Android RTC 自下而上分析

作者：邹南,华清远见嵌入式学院讲师。

在android中，定时alarm功能是很常用的，现在来分析下怎么实现的，这里将采用自下而上的方式讲解。

arm： cortex-a8
        Board: FS_S5PC100
        Linux: 2.6.29
        Android: 2.1

1、 RTC控制器

1.1 feature

实时时钟（RTC）单元可以通过备用电池供电，因此，即使系统电源关闭，它也可以继续工作。RTC 可以通过STRB/LDRB 指令将8 位BCD 码数据送至CPU。这些BCD 数据包括秒，分，时，日期，星期，月和年。RTC 单元通过一个外部的32.768KHz晶振提供时钟。RTC具有定时报警的功能。RTC 控制器功能说明：

时钟数据采用BCD 编码
        能够对闰年的年月日进行自动处理
        具有告警功能，当系统处于关机状态时，能产生告警中断;
        具有独立的电源输入
        提供毫秒级时钟中断，该中断可用于作为嵌入式操作系统的内核时钟

1.2 register description

(1) RTC 中断挂起寄存器

（2） RTC控制器寄存器

（3）RTC报警使能寄存器

（4） alarm 值寄存器 （SEC/MIN/HOUR/ DATE/DAY/MON/YEAR）

（5）BCD值寄存器（SEC/MIN/HOUR/ DATE/DAY/MON/YEAR）

1.3 如何program?

从上图可以看到RTC有三个功能块，一个是计时器，一个是定时器，一个是“嘀嗒”产生器，后两个都可以产生中断，前者只要配置后，在power-off的情况下也会计时，当然要有后备电池的供电才可能。

1.计时器

计时器只要你配置好BCD寄存器即可，也就是填入当前的时间，年月日，时分秒。星期这些数据即可。当然在填写之前应该先将控制器寄存器使能。

2.定时器

定时器和计时器不同的地方在于，定时器的值寄存器填写的是触发中断的时间，当BCD计时器的值增加到定时器的值时，就会产生一个中断。该中断可以再掉电模式下或者是普通模式。

3.“嘀嗒”产生器

该部分功能是为OS所提供的功能，初始化后就可以，该值可提供给RTOS。

2、 linux driver

上面只是把RTC硬件给过了一遍，现在往上升一级，开始看下linux下是如何driver一个RTC的。假设你的linux kernel source code的主目录名字为LINUX。

先关注一个目录：LINUX/driver/rtc/

在该目录下，有一堆以rtc-为前缀的文件，这些文件都是各种板子上用的rtc底层驱动代码，我们要看的只有3个，rtc-s3c.c ,alarm.c, alarm-dev.c 。

看下第一个，rtc-s3c.c 是三星产的arm芯片所专用的一个rtc驱动，要说专用也不为过，看看编写者就知道了，看看怎么实现：

它用的是平台设备驱动，

static struct platform_driver s3c2410_rtc_driver = {
                .probe = s3c_rtc_probe,
                .remove = __devexit_p(s3c_rtc_remove),
                .suspend = s3c_rtc_suspend,
                .resume = s3c_rtc_resume,
                .driver = {
                        .name = "s3c2410-rtc",
                        .owner = THIS_MODULE,
                },
        };

static const struct rtc_class_ops s3c_rtcops = {
                .open = s3c_rtc_open,
                .release = s3c_rtc_release,
                .ioctl = s3c_rtc_ioctl,
                .read_time = s3c_rtc_gettime,
                .set_time = s3c_rtc_settime,
                .read_alarm = s3c_rtc_getalarm,
                .set_alarm = s3c_rtc_setalarm,
                .irq_set_freq = s3c_rtc_setfreq,
                .irq_set_state = s3c_rtc_setpie,
                .proc = s3c_rtc_proc,
        };

看这两个结构体，我认为就已经达到目的，第一个结构体是平台设备中的driver部分，也就是s3c_rtc_probe,是个很重要的函数，在这里面，第二个结构体被顺利注册进rtc子系统。Rtc的所用到的结构体被定义在，LINUX/include/linux/rtc.h里面。

struct rtc_device
        {
                struct device dev;
                struct module *owner;

        int id;
                char name[RTC_DEVICE_NAME_SIZE];

        const struct rtc_class_ops *ops;
                struct mutex ops_lock;

        struct cdev char_dev;
                unsigned long flags;

        unsigned long irq_data;
                spinlock_t irq_lock;
                wait_queue_head_t irq_queue;
                struct fasync_struct *async_queue;

        struct rtc_task *irq_task;
                spinlock_t irq_task_lock;
                int irq_freq;
                int max_user_freq;
        #ifdef CONFIG_RTC_INTF_DEV_UIE_EMUL
                struct work_struct uie_task;
                struct timer_list uie_timer;
                /* Those fields are protected by rtc->irq_lock */
                unsigned int oldsecs;
                unsigned int uie_irq_active:1;
                unsigned int stop_uie_polling:1;
                unsigned int uie_task_active:1;
                unsigned int uie_timer_active:1;
                #endif
        };

这个结构体是核心部分，内核中就是靠它传递信息，不管在哪使用，都要靠它间接的调用底层信息。比如在alarm.c 中。

alarm_ioctl这个函数中，多次使用了rtc_set_time/rtc_get_time，这些函数虽然是定义在rtc目录下的interface.c 中，但实质还是rtc-s3c.c中结构体 rtc_class_ops所指过去的函数。

那么我可以告诉你了，为什么多了一个alarm.c ，因为在android中它为了使得平台无关性提高，因此大量的增加过渡代码层，HAL就是这种性质的存在。
alarm.c在用户空间中会多一个/dev/alarm 节点，而rtc-s3c.c 会产生/dev/rtc这样的节点。

Android在HAL层中，是对/dev/alarm这个结点进行操作。

3、JNI 的实现

直接看代码

static jint android_server_AlarmManagerService_init(JNIEnv* env, jobject obj)
        {
                return open("/dev/alarm", O_RDWR);
        }

static void android_server_AlarmManagerService_set(JNIEnv* env, jobject obj, jint fd, jint type, jlong nanoseconds)
        {
                struct timespec ts;
                ts.tv_sec = NANOSECONDS_TO_SECONDS(nanoseconds);
                ts.tv_nsec = nanoseconds - SECONDS_TO_NANOSECONDS(ts.tv_sec);

                int result = ioctl(fd, ANDROID_ALARM_SET(type), &ts);

         }

static JNINativeMethod sMethods[] = {
                /* name, signature, funcPtr */
                {"init", "()I", (void*)android_server_AlarmManagerService_init},
                {"close", "(I)V", (void*)android_server_AlarmManagerService_close},
                {"set", "(IIJ)V", (void*)android_server_AlarmManagerService_set}，
        };

颜色部分说明了一个问题，那就是android也就那么回事，JNI就是按照特定写法的JAVA版的linux c应用程序。完事。如果你觉得不是这么回事，那么你就有事了，去复习复习linux文件IO，看看如何用一个文件描述符打开设备，操作设备等等。

4、 framework层

frameworks/base/services/java/com/android/server/AlarmManagerService.java 
        frameworks/base/core/java/android/app/AlarmManager.java

下面的是直接提供给app层的API接口，它是AlarmManagerService.java的一个封装。

这里只是简单的解释下service到底在此做什么了。

其实也没做什么，仅仅是把上面分析的JNI拿来在此调用一下而已。然后包装一下，将功能实现得更完美些。

下面是 AlarmManagerService这个类中摘出来的小段：

private native int init();
        private native void close(int fd);
        private native void set(int fd, int type, long nanoseconds);
        private native int waitForAlarm(int fd);
        private native int setKernelTimezone(int fd, int minuteswest);

这些就是JNI实现过来的接口。呵呵。

5、APP层

packages/apps/AlarmClock/src/com/android/alarmclock/ 这个目录下，就是系统自带定时器的源代码，比如Alarms.java 中：第一个导入的包就是
import android.app.AlarmManager; 怎样，到现在是否感受到了android从下至上分析的快感？

转自：http://www.embedu.org/Column/Column468.htm

************************************************************************************************************************************************************************

很久之前写的一个流程文档，从上层界面一直调用到内核的过程，最近同事跟我要，我看了下又在整理了下，纯属个人分析（不过都运行验证过），不对的请大牛指出

Alarm 调用流程，alarm的流程实现了从上层应用一直到下面driver的调用流程，下面简单阐述：

涉及代码;
./packages/apps/DeskClock/src/com/android/deskclock/Alarms.java
./frameworks/base/core/java/android/app/AlarmManager.java
./frameworks/base/services/java/com/android/server/AlarmManagerService.java
./frameworks/base/services/jni/com_android_server_AlarmManagerService.cpp
./kernel/kernel/drivers/rtc/alarm-dev.c
./kernel/kernel/include/linux/android_alarm.h
./kernel/kernel/drivers/rtc/alarm.c
./kernel/kernel/drivers/rtc/interface.c
./kernel/kernel/drivers/rtc/rtc-pcf8563.c


./packages/apps/DeskClock/src/com/android/deskclock/AlarmReceiver.java


./kernel/arch/arm/configs/mmp2_android_defconfig
./kernel/kernel/kernel/.config   


点击Clock 应用程序，然后设置新闹钟，会调到  Alarms.java  里面的
public static long setAlarm(Context context, Alarm alarm) {
....
setNextAlert(context);
....
}
然后这里面也会调用到  
public static void setNextAlert(final Context context) {
        if (!enableSnoozeAlert(context)) {
            Alarm alarm = calculateNextAlert(context);   //new 一个新的alarm
            if (alarm != null) {
                enableAlert(context, alarm, alarm.time);
            } else {
                disableAlert(context);
            }
        }
    }
然后继续调用到 
private static void enableAlert(Context context, final Alarm alarm, final long atTimeInMillis) {
.......
am.set(AlarmManager.RTC_WAKEUP, atTimeInMillis, sender);   //这里是RTC_WAKEUP, 这就保证了即使系统睡眠了，都能唤醒，闹钟工作（android平台关机闹钟好像不行）
.....
}

然后就调用到了AlarmManager.java 里面方法
    public void set(int type, long triggerAtTime, PendingIntent operation) {
        try {
            mService.set(type, triggerAtTime, operation);
        } catch (RemoteException ex) {
        }
    }

然后就调用到了AlarmManagerService.java  里面方法
public void set(int type, long triggerAtTime, PendingIntent operation) {
        setRepeating(type, triggerAtTime, 0, operation);
    }

然后继续调用
public void setRepeating(int type, long triggerAtTime, long interval, 
            PendingIntent operation) {
.....
synchronized (mLock) {
            Alarm alarm = new Alarm();
            alarm.type = type;
            alarm.when = triggerAtTime;
            alarm.repeatInterval = interval;
            alarm.operation = operation;

            // Remove this alarm if already scheduled.
            removeLocked(operation);

            if (localLOGV) Slog.v(TAG, "set: " + alarm);

            int index = addAlarmLocked(alarm);
            if (index == 0) {
                setLocked(alarm);
            }
        }
    }

然后就调用到
private void setLocked(Alarm alarm)
    {
    ......
    set(mDescriptor, alarm.type, alarmSeconds, alarmNanoseconds);   //mDescriptor  这里的文件是 /dev/alarm
    .....
}

这里就调用到jni了
private native void set(int fd, int type, long seconds, long nanoseconds);

这就调用到了com_android_server_AlarmManagerService.cpp 里面
static JNINativeMethod sMethods[] = {
     /* name, signature, funcPtr */
    {"init", "()I", (void*)android_server_AlarmManagerService_init},
    {"close", "(I)V", (void*)android_server_AlarmManagerService_close},
    {"set", "(IIJJ)V", (void*)android_server_AlarmManagerService_set},
    {"waitForAlarm", "(I)I", (void*)android_server_AlarmManagerService_waitForAlarm},
    {"setKernelTimezone", "(II)I", (void*)android_server_AlarmManagerService_setKernelTimezone},
};

set 对应的是android_server_AlarmManagerService_set， 具体是
static void android_server_AlarmManagerService_set(JNIEnv* env, jobject obj, jint fd, jint type, jlong seconds, jlong nanoseconds)
{
#if HAVE_ANDROID_OS
    struct timespec ts;
    ts.tv_sec = seconds;
    ts.tv_nsec = nanoseconds;
    
    int result = ioctl(fd, ANDROID_ALARM_SET(type), &ts);
    if (result < 0)
    {
        LOGE("Unable to set alarm to %lld.%09lld: %s\n", seconds, nanoseconds, strerror(errno));
    }
#endif
}

然后ioctl 就调用到了alarm-dev.c
static long alarm_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
....
    case ANDROID_ALARM_SET(0):
        if (copy_from_user(&new_alarm_time, (void __user *)arg,
            sizeof(new_alarm_time))) {
            rv = -EFAULT;
            goto err1;
        }
from_old_alarm_set:
        spin_lock_irqsave(&alarm_slock, flags);
        pr_alarm(IO, "alarm %d set %ld.%09ld\n", alarm_type,
            new_alarm_time.tv_sec, new_alarm_time.tv_nsec);
        alarm_enabled |= alarm_type_mask;
        alarm_start_range(&alarms[alarm_type],
            timespec_to_ktime(new_alarm_time),
            timespec_to_ktime(new_alarm_time));
        spin_unlock_irqrestore(&alarm_slock, flags);
        if (ANDROID_ALARM_BASE_CMD(cmd) != ANDROID_ALARM_SET_AND_WAIT(0)
            && cmd != ANDROID_ALARM_SET_AND_WAIT_OLD)
            break;
        /* fall though */
....

case ANDROID_ALARM_SET_RTC:
        if (copy_from_user(&new_rtc_time, (void __user *)arg,
            sizeof(new_rtc_time))) {
            rv = -EFAULT;
            goto err1;
        }
        rv = alarm_set_rtc(new_rtc_time);
        spin_lock_irqsave(&alarm_slock, flags);
        alarm_pending |= ANDROID_ALARM_TIME_CHANGE_MASK;
        wake_up(&alarm_wait_queue);
        spin_unlock_irqrestore(&alarm_slock, flags);
        if (rv < 0)
            goto err1;
        break;
....
}

然后这边就调用到了alarm_start_range  设置闹钟，   alarm_set_rtc  设置RTC
这两个函数在 android_alarm.h 声明，在 alarm.c 里实现
这是android_alarm.h 里面的声明
void alarm_start_range(struct alarm *alarm, ktime_t start, ktime_t end);
int alarm_try_to_cancel(struct alarm *alarm);
int alarm_cancel(struct alarm *alarm);
ktime_t alarm_get_elapsed_realtime(void);

/* set rtc while preserving elapsed realtime */
int alarm_set_rtc(const struct timespec ts);

下面看alarm.c 里面实现：
int alarm_set_rtc(struct timespec new_time)
{
....
ret = rtc_set_time(alarm_rtc_dev, &rtc_new_rtc_time);
....
}

alarm.c  里面实现了 alarm_suspend  alarm_resume 函数
就是如果系统没有suspend的时候，设置闹钟并不会往rtc 芯片的寄存器上写数据，因为不需要唤醒系统，所以闹钟数据时间什么的就通过上层写到设备文件/dev/alarm
里面就可以了，AlarmThread 会不停的去轮寻下一个时间有没有闹钟，直接从设备文件 /dev/alarm 里面读取
第二种，系统要是进入susupend的话，alarm 的alarm_suspend  就会写到下层的rtc芯片的寄存器上去， 然后即使系统suspend之后，闹钟通过rtc 也能唤醒系统



这里就调用到了interface.c 里面   //这里面 int rtc_set_alarm(struct rtc_device *rtc, struct rtc_wkalrm *alarm) 差不多 也是跟下面一样
int rtc_set_time(struct rtc_device *rtc, struct rtc_time *tm)
{
....
    err = rtc->ops->set_time(rtc->dev.parent, tm);
....
}

然后set_time 就看到具体的是那个RTC芯片，这边我们是rtc-pcf8563.c
static const struct rtc_class_ops pcf8563_rtc_ops = {
    .read_time    = pcf8563_rtc_read_time,
    .set_time    = pcf8563_rtc_set_time,
    .read_alarm    = pcf8563_rtc_read_alarm,
    .set_alarm    = pcf8563_rtc_set_alarm,
};
然后就到了
static int pcf8563_rtc_set_time(struct device *dev, struct rtc_time *tm)
{
    unsigned char buf[TIME_NUM];
    int ret;

    ret = data_calc(buf, tm, TIME_NUM);
    if (ret < 0)
        goto out;
    ret = i2c_smbus_write_i2c_block_data(pcf8563_info->client, PCF8563_RTC_SEC, TIME_NUM, buf);  //这边就调用i2c统一接口，往pcf8563rtc芯片寄存器里面写出数据
out:
    return ret;
}

到此，闹钟时间就已经写到rtc 芯片的寄存器里面，第二个参数就是寄存器的名字，后面的buf就是要写入的时间，rtc芯片是额外供电的，所以系统suspend之后，系统kernel都关了，但是rtc里面还有电，寄存器里面数据还是有的（掉电就会丢失数据），所以闹钟到了，通过硬件中断机制就可以唤醒系统。

上面那个rtc下面有几十个rtc芯片驱动代码，没有结构基本一样，都有基本操作函数，注册函数，都是对各自芯片上特有的寄存器操作，为什么调用的是pcf8563rtc呢？这个要看你系统用的是那个芯片，这个可以通过./kernel/kernel/kernel/.config  查看，这边的pcf8563rtc  是当前系统正在使用的芯片型号  
# CONFIG_RTC_DRV_ISL1208 is not set
# CONFIG_RTC_DRV_X1205 is not set
CONFIG_RTC_DRV_PCF8563=y
# CONFIG_RTC_DRV_PCF8583 is not set
# CONFIG_RTC_DRV_M41T80 is not set



下面是系统唤醒之后，闹钟怎么工作的流程，简单阐述
系统没有suspend的话直接走下面流程，如果suspend的话会被RTC唤醒，然后还是走下面的流程

 private class AlarmThread extends Thread
    {
        public AlarmThread()
        {
            super("AlarmManager");
        }
        
        public void run()
        { 
        while (true)
            {
        int result = waitForAlarm(mDescriptor); //这里调用jni调用static jint android_server_AlarmManagerService_waitForAlarm，主要还是对 /dev/alarm  操作
        ....
        Alarm alarm = it.next();
                        try {
                            if (localLOGV) Slog.v(TAG, "sending alarm " + alarm);
                            alarm.operation.send(mContext, 0,
                                    mBackgroundIntent.putExtra(
                                            Intent.EXTRA_ALARM_COUNT, alarm.count),
                                    mResultReceiver, mHandler);
        ....
        }

    }
      }


static jint android_server_AlarmManagerService_waitForAlarm(JNIEnv* env, jobject obj, jint fd)
{
#if HAVE_ANDROID_OS
    int result = 0;
    
    do
    {
        result = ioctl(fd, ANDROID_ALARM_WAIT);
    } while (result < 0 && errno == EINTR);
    
    if (result < 0)
    {
        LOGE("Unable to wait on alarm: %s\n", strerror(errno));
        return 0;
    }
    
    return result;
#endif
}

AlarmManagerService  里面有个AlarmThread  会一直轮询 /dev/alarm文件，如果打开失败就直接返回，成功就会做一些动作，比如查找时间最近的
alarm，比如睡眠被闹钟唤醒的时候，这边就发一个intent出去，然后在AlarmReceiver.java里面弹出里面会收到就会调用下面的
        context.startActivity(alarmAlert);

然后弹出alarm  这个界面
        Class c = AlarmAlert.class;
其中public class AlarmAlert extends AlarmAlertFullScreen  所以系统睡眠之后被alarm唤醒弹出的alarm就是这边start的
public class AlarmReceiver extends BroadcastReceiver {

    /** If the alarm is older than STALE_WINDOW, ignore.  It
        is probably the result of a time or timezone change */
    private final static int STALE_WINDOW = 30 * 60 * 1000;

    @Override
    public void onReceive(Context context, Intent intent) {
    .........
        Intent alarmAlert = new Intent(context, c);
        alarmAlert.putExtra(Alarms.ALARM_INTENT_EXTRA, alarm);
        alarmAlert.setFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK
                | Intent.FLAG_ACTIVITY_NO_USER_ACTION);
        context.startActivity(alarmAlert);
    ........
}

到这里alarm 就显示出来了

我个人添加的log，验证了流程，suspend和不suspend的时候alarm的区别跟上面说的一样

转自：http://blog.csdn.net/k229650014/article/details/6729483