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OpenHarmony：全流程讲解如何编写RTC平台驱动以及应用程序

  • 其乐融融 发布于 2023-09-20
  • 分类：Harmony
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一、程序介绍

本程序是基于OpenHarmony标准系统编写的平台驱动案例：RTC目前已在凌蒙派-RK3568开发板跑通。详细资料请参考官网：https://gitee.com/Lockzhiner-Electronics/lockzhiner-rk3568-openharmony/tree/master/samples/b09_platform_device_rtc详细资料请参考官网：

  • RTC平台驱动开发
  • RTC应用程序开发

二、基础知识

1、RTC简介

RTC（real-time clock）为操作系统中的实时时钟设备，为操作系统提供精准的实时时间和定时报警功能。当设备下电后，通过外置电池供电，RTC继续记录操作系统时间；设备上电后，RTC提供实时时钟给操作系统，确保断电后系统时间的连续性。

2、RTC驱动开发

在HDF框架中，RTC的接口适配模式采用独立服务模式，在这种模式下，每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问，设备管理器收到API的访问请求之后，通过提取该请求的参数，达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDFDeviceManager的服务管理能力，但需要为每个设备单独配置设备节点，增加内存占用。
独立服务模式下，核心层不会统一发布一个服务供上层使用，因此这种模式下驱动要为每个控制器发布一个服务，具体表现为：

  • 驱动适配者需要实现HdfDriverEntry的Bind钩子函数以绑定服务。
  • device_info.hcs文件中deviceNode的policy字段为1或2，不能为0。

（1）RTC驱动开发接口

为了保证上层在调用RTC接口时能够正确的操作硬件，核心层在//drivers/hdf_core/framework/support/platform/include/rtc/rtc_core.h中定义了以下钩子函数。驱动适配者需要在适配层实现这些函数的具体功能，并与这些钩子函数挂接，从而完成接口层与核心层的交互。
RtcMethod定义：

struct RtcMethod {
    int32_t (*ReadTime)(struct RtcHost *host, struct RtcTime *time);
    int32_t (*WriteTime)(struct RtcHost *host, const struct RtcTime *time);
    int32_t (*ReadAlarm)(struct RtcHost *host, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, struct RtcTime *time);
    int32_t (*WriteAlarm)(struct RtcHost *host, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, const struct RtcTime *time);
    int32_t (*RegisterAlarmCallback)(struct RtcHost *host, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, RtcAlarmCallback cb);
    int32_t (*AlarmInterruptEnable)(struct RtcHost *host, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, uint8_t enable);
    int32_t (*GetFreq)(struct RtcHost *host, uint32_t *freq);
    int32_t (*SetFreq)(struct RtcHost *host, uint32_t freq);
    int32_t (*Reset)(struct RtcHost *host);
    int32_t (*ReadReg)(struct RtcHost *host, uint8_t usrDefIndex, uint8_t *value);
    int32_t (*WriteReg)(struct RtcHost *host, uint8_t usrDefIndex, uint8_t value);
};

RtcMethod结构体成员的钩子函数功能说明：

（2）RTC驱动开发步骤

RTC模块适配HDF框架包含以下四个步骤：

  • 实例化驱动入口。
  • 配置属性文件。
  • 实例化RTC控制器对象。
  • 驱动调试。

我们以//drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/platform/rtc/rtc_adapter.c为例（该rtc驱动是建立于Linux rtc子系统基础上创建）。

驱动实例化驱动入口

驱动入口必须为HdfDriverEntry（在hdf_device_desc.h中定义）类型的全局变量，且moduleName要和device_info.hcs中保持一致。
HDF框架会将所有加载的驱动的HdfDriverEntry对象首地址汇总，形成一个类似数组的段地址空间，方便上层调用。
一般在加载驱动时HDF会先调用Bind函数，再调用Init函数加载该驱动。当Init调用异常时，HDF框架会调用Release释放驱动资源并退出。
rtc驱动入口参考：

struct HdfDriverEntry g_rtcDriverEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .Bind = HiRtcBind,
    .Init = HiRtcInit,
    .Release = HiRtcRelease,
    .moduleName = "HDF_PLATFORM_RTC",	//【必要且与HCS文件中里面的moduleName匹配】
};
/* 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中 */
HDF_INIT(g_rtcDriverEntry);

配置属性文件

deviceNode信息与驱动入口注册相关，器件属性值与核心层RTCCntlr成员的默认值或限制范围有密切关系。
本例只有一个RTC控制器，如有多个器件信息，则需要在device_info.hcs文件增加deviceNode信息。
本次案例以rk3568为案例（即文件//vendor/lockzhiner/rk3568/hdf_config/khdf/device_info/device_info.hcs），添加deviceNode描述，具体修改如下：

device_rtc :: device {
    device0 :: deviceNode {
        policy = 2;							// 驱动服务发布的策略，policy大于等于1（用户态可见为2，仅内核态可见为1）
        priority = 30;						// 驱动启动优先级
        permission = 0644;					// 驱动创建设备节点权限
        moduleName = "HDF_PLATFORM_RTC";	// 驱动名称，该字段的值必须和驱动入口结构的moduleName值一致
        serviceName = "HDF_PLATFORM_RTC";	// 驱动对外发布服务的名称，必须唯一
        deviceMatchAttr = "";				// 驱动私有数据匹配的关键字，必须和驱动私有数据配置表中的match_attr值一致
    }
}

实例化RTC控制器对象

完成属性文件配置之后，下一步就是以核心层RtcHost对象的初始化为核心，包括驱动适配者自定义结构体（传递参数和数据），实例化RtcHost成员RtcMethod（让用户可以通过接口来调用驱动底层函数），实现HdfDriverEntry成员函数（Bind、Init、Release）。

RtcHost成员钩子函数结构体RtcMethod的实例化，其他成员在Init函数中初始化。

static int32_t HiRtcReadTime(struct RtcHost *host, struct RtcTime *hdfTime);
static int32_t HiRtcWriteTime(struct RtcHost *host, const struct RtcTime *hdfTime);
static int32_t HiReadAlarm(struct RtcHost *host, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, struct RtcTime *hdfTime);
static int32_t HiWriteAlarm(struct RtcHost *host, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, const struct RtcTime *hdfTime);
static int32_t HiAlarmInterruptEnable(struct RtcHost *host, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, uint8_t enable);
// 定义RtcMethod结构体变量g_method，负责RTC相关接口
static struct RtcMethod g_method = {
    .ReadTime = HiRtcReadTime,
    .WriteTime = HiRtcWriteTime,
    .ReadAlarm = HiReadAlarm,
    .WriteAlarm = HiWriteAlarm,
    .RegisterAlarmCallback = NULL,
    .AlarmInterruptEnable = HiAlarmInterruptEnable,
    .GetFreq = NULL,
    .SetFreq = NULL,
    .Reset = NULL,
    .ReadReg = NULL,
    .WriteReg = NULL,
};

static int32_t HiRtcBind(struct HdfDeviceObject *device);
static int32_t HiRtcInit(struct HdfDeviceObject *device);
static void HiRtcRelease(struct HdfDeviceObject *device);
struct HdfDriverEntry g_rtcDriverEntry = {
    .moduleVersion = 1,
    .Bind = HiRtcBind,
    .Init = HiRtcInit,
    .Release = HiRtcRelease,
    .moduleName = "HDF_PLATFORM_RTC",	//【必要且与HCS文件中里面的moduleName匹配】
};
/* 调用HDF_INIT将驱动入口注册到HDF框架中 */
HDF_INIT(g_rtcDriverEntry);

驱动调试

建议先在Linux下修改确认，再移植到OpenHarmony。

3、RTC应用开发

RTC主要用于提供实时时间和定时报警功能。

（1）接口说明

RTC模块提供的主要接口如表1所示，具体API详见//drivers/hdf_core/framework/include/platform/rtc_if.h。

RTC驱动API接口功能介绍如下所示：

RtcOpen

RTC驱动加载成功后，使用驱动框架提供的查询接口并调用RTC设备驱动接口。

DevHandle RtcOpen(void);

RtcOpen参数定义如下：

RtcOpen返回值定义如下：

假设系统中的RTC设备总线号为0，片选号为0，获取该RTC设备句柄的示例如下：

DevHandle  handle = NULL;

/* 获取RTC句柄 */
handle = RtcOpen();
if (handle  == NULL) {
    /* 错误处理 */
}

RtcClose

销毁RTC设备句柄，系统释放对应的资源。
void RtcClose(DevHandle handle);

RtcClose返回值定义如下：

RtcReadTime

系统从RTC读取时间信息，包括年、月、星期、日、时、分、秒、毫秒。

int32_t RtcReadTime(DevHandle handle, struct RtcTime *time);

RtcReadTime参数定义如下：

RtcReadTime返回值定义如下：

RtcWriteTime

设置RTC时间。

int32_t RtcWriteTime(DevHandle handle, struct RtcTime *time);

RtcWriteTime参数定义如下：

RtcWriteTime返回值定义如下：

RtcReadAlarm

从rtc模块中读取定时报警时间。

int32_t RtcReadAlarm(DevHandle handle, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, struct RtcTime *time);

RtcReadAlarm参数定义如下：

RtcReadAlarm返回值定义如下：

RtcWriteAlarm

根据报警索引设置RTC报警时间。

int32_t RtcWriteAlarm(DevHandle handle, enum RtcAlarmIndex  alarmIndex, struct RtcTime \*time);

RtcWriteAlarm参数定义如下：

RtcWriteAlarm返回值定义如下：

RtcRegisterAlarmCallback

系统启动后需要注册RTC定时报警回调函数，报警超时后触发回调函数。

int32_t RtcRegisterAlarmCallback(DevHandle handle, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, RtcAlarmCallback cb);

RtcRegisterAlarmCallback参数定义如下：

RtcRegisterAlarmCallback返回值定义如下：

RtcAlarmInterruptEnable

在启动报警操作前，需要先设置报警中断使能，报警超时后会触发告警回调函数。

int32_t RtcAlarmInterruptEnable(DevHandle handle, enum RtcAlarmIndex alarmIndex, uint8_t enable);

RtcAlarmInterruptEnable参数定义如下：

RtcAlarmInterruptEnable返回值定义如下：

（2）开发流程

使用rtc的一般流程如下图所示：

三、程序解析

1、准备工作

无

2、Linux内核解析

（1）创建Linux内核Git

请参考《OpenHarmony如何为内核打patch》（即Git仓库的//docs/OpenHarmony如何为内核打patch.docx）。

（2）修改设备树PWM7配置

修改//arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568-lockzhiner-x0.dtsi（即该目录是指已打Patch后的Linux内核，不是OpenHarmony主目录），具体如下所示：

&i2c5 {
	status = "okay";
	......
	
	hym8563: hym8563@51 {
		compatible = "haoyu,hym8563";
		reg = <0x51>;
		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&rtc_int>;

		interrupt-parent = <&gpio0>;
		interrupts = ;
	};
}

设备树中默认是开启rtc模块的hym8563，读者不用修改。

（3）创建内核patch

请参考《OpenHarmony如何为内核打patch》（即Git仓库的//docs/OpenHarmony如何为内核打patch.docx）。

（4）替换OpenHarmony的内核patch

将制作出的kernel.patch替换到//kernel/linux/patches/linux-5.10/rk3568_patch/kernel.patch即可。

（5）开启内核配置

修改///kernel/linux/config/linux-5.10/arch/arm64/configs/rk3568_standard_defconfig（即该目录是指OpenHarmony主目录），将CONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_RTC功能开启，具体如下所示：

CONFIG_DRIVERS_HDF_PLATFORM_RTC=y

另外，Linux配置文件中需要定义rtc设备名称定义，具体如下所示：

CONFIG_RTC_SYSTOHC_DEVICE="rtc0"

3、OpenHarmony配置树配置

（1）device_info.hcs

//vendor/lockzhiner/rk3568/hdf_config/khdf/device_info/device_info.hcs已定义好，具体如下：

device_rtc :: device {
    device0 :: deviceNode {
        policy = 2;
        priority = 30;
        permission = 0644;
        moduleName = "HDF_PLATFORM_RTC";
        serviceName = "HDF_PLATFORM_RTC";
        deviceMatchAttr = "";
    }
}

注意：

  • device0是rtc模块，一般只需要1个rtc设备即可。
  • policy必须为2，表示对内核态和用户态提供服务。否则，应用程序无法调用。

4、OpenHarmony RTC平台驱动

在//drivers/hdf_core/adapter/khdf/linux/platform/rtc/rtc_adapter.c已编写对接Linux RTC驱动的相关代码，具体内容如下：

static inline void HdfTimeToLinuxTime(const struct RtcTime *hdfTime, struct rtc_time *linuxTime)
{
    linuxTime->tm_sec = hdfTime->second;
    linuxTime->tm_min = hdfTime->minute;
    linuxTime->tm_hour = hdfTime->hour;
    linuxTime->tm_mday = hdfTime->day;
    linuxTime->tm_mon = hdfTime->month - MONTH_DIFF;
    linuxTime->tm_year = hdfTime->year - YEAR_BASE;
    linuxTime->tm_wday = hdfTime->weekday;
    linuxTime->tm_yday = rtc_year_days(linuxTime->tm_mday, linuxTime->tm_mon, linuxTime->tm_year);
}

static inline void LinuxTimeToHdfTime(struct RtcTime *hdfTime, const struct rtc_time *linuxTime)
{
    hdfTime->second = linuxTime->tm_sec;
    hdfTime->minute = linuxTime->tm_min;
    hdfTime->hour = linuxTime->tm_hour;
    hdfTime->day = linuxTime->tm_mday;
    hdfTime->month = linuxTime->tm_mon + MONTH_DIFF;
    hdfTime->year = linuxTime->tm_year + YEAR_BASE;
    hdfTime->weekday = linuxTime->tm_wday;
}

// 获取Linux环境下的rtc设备接口
static inline struct rtc_device *HdfGetRtcDevice(void)
{
    // 获取Linux环境下的rtc设备接口
    struct rtc_device *dev = rtc_class_open(CONFIG_RTC_SYSTOHC_DEVICE);
    if (dev == NULL) {
        HDF_LOGE("%s: failed to get rtc device", __func__);
    }
    return dev;
}

// 释放Linux环境下的rtc设备接口
static inline void HdfPutRtcDevice(struct rtc_device *dev)
{
    rtc_class_close(dev);
}

static int32_t HiRtcReadTime(struct RtcHost *host, struct RtcTime *hdfTime)
{
    int32_t ret;
    struct rtc_time linuxTime = {0};
    struct rtc_device *dev = HdfGetRtcDevice();		// 获取Linux环境下的rtc设备接口

    (void)host;
    if (dev == NULL) {
        return HDF_FAILURE;
    }
    ret = rtc_read_time(dev, &linuxTime);			// 直接对Linux环境下的rtc设备接口进行读操作
    if (ret < 0) {
        HDF_LOGE("%s: rtc_read_time error, ret is %d", __func__, ret);
        return ret;
    }
    HdfPutRtcDevice(dev);
    LinuxTimeToHdfTime(hdfTime, &linuxTime);
    return HDF_SUCCESS;
}

该部分代码不细述，感兴趣的读者可以去详读。

5、应用程序

（1）rtc_test.c

rtc相关头文件如下所示：

#include "rtc_if.h"                 // rtc标准接口头文件

主函数定义RTC接口调用，具体如下：

int main(int argc, char* argv[])
{
    int32_t ret = 0;
    DevHandle handle = NULL;
    struct RtcTime curTime;
    struct RtcTime alarmTime;

    // 获取RTC设备句柄
    handle = RtcOpen();
    if (handle == NULL) {
        PRINT_ERROR("RtcOpen failed\n");
        return -1;
    }

    // 读取RTC实时时间
    ret = RtcReadTime(handle, &curTime);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("RtcReadTime failed and ret = %d\n", ret);
        goto out;
    }
    printf("RtcReadTime successful\n");
    printf("    year        = %d\n", curTime.year);
    printf("    month       = %d\n", curTime.month);
    printf("    day         = %d\n", curTime.day);
    printf("    hour        = %d\n", curTime.hour);
    printf("    minute      = %d\n", curTime.minute);
    printf("    second      = %d\n", curTime.second);
    printf("    millisecond = %d\n", curTime.millisecond);
    
    // 设置RTC时间
    curTime.year = 2023;
    curTime.month = 8;
    curTime.day = 28;
    curTime.hour = 17;
    curTime.minute = 45;
    curTime.second = 0;
    curTime.millisecond = 0;
    // 写RTC时间信息
    ret = RtcWriteTime(handle, &curTime);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("RtcWriteTime failed and ret = %d\n", ret);
        goto out;
    }
    printf("RtcWriteTime successful\n");
    printf("    year        = %d\n", curTime.year);
    printf("    month       = %d\n", curTime.month);
    printf("    day         = %d\n", curTime.day);
    printf("    hour        = %d\n", curTime.hour);
    printf("    minute      = %d\n", curTime.minute);
    printf("    second      = %d\n", curTime.second);
    printf("    millisecond = %d\n", curTime.millisecond);

    // 该部分代码，驱动尚未完成
#if 0
    // 注册报警A的定时回调函数
    ret = RtcRegisterAlarmCallback(handle, RTC_ALARM_INDEX_A, RtcAlarmCallback_DefaultFunc);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("RtcRegisterAlarmCallback failed and ret = %d\n", ret);
        goto out;
    }

    // 设置RTC报警时间
    alarmTime.year = curTime.year;
    alarmTime.month = curTime.month;
    alarmTime.day = curTime.day;
    alarmTime.hour = curTime.hour;
    alarmTime.minute = curTime.minute;
    alarmTime.second = curTime.second + SLEEP_SEC;
    alarmTime.millisecond = curTime.millisecond;
    // 设置RTC_ALARM_INDEX_A索引定时器报警
    ret = RtcWriteAlarm(handle, RTC_ALARM_INDEX_A, &alarmTime);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("RtcWriteAlarm failed and ret = %d\n", ret);
        goto out;
    }

    // 设置RTC报警中断使能
    ret = RtcAlarmInterruptEnable(handle, RTC_ALARM_INDEX_A, 1);
    if (ret != 0) {
        PRINT_ERROR("RtcAlarmInterruptEnable failed and ret = %d\n", ret);
        goto out;
    }

    sleep(SLEEP_SEC + 5);
#endif

out:
    RtcClose(handle);
    return ret;
}

注意：由于目前rtc平台驱动没有定义rtc定时器响应函数接口，故rtc定时回调功能暂时关闭

（2）BUILD.gn

编写应用程序的BUILD.gn，具体内容如下：

import("//build/ohos.gni")
import("//drivers/hdf_core/adapter/uhdf2/uhdf.gni")

print("samples: compile rk3568_rtc_test")
ohos_executable("rk3568_rtc_test") {
  sources = [ "rtc_test.c" ]
  include_dirs = [
    "$hdf_framework_path/include",
    "$hdf_framework_path/include/core",
    "$hdf_framework_path/include/osal",
    "$hdf_framework_path/include/platform",
    "$hdf_framework_path/include/utils",
    "$hdf_uhdf_path/osal/include",
    "$hdf_uhdf_path/ipc/include",
    "//base/hiviewdfx/hilog/interfaces/native/kits/include",
    "//third_party/bounds_checking_function/include",
  ]

  deps = [
    "$hdf_uhdf_path/platform:libhdf_platform",
    "$hdf_uhdf_path/utils:libhdf_utils",
    "//base/hiviewdfx/hilog/interfaces/native/innerkits:libhilog",
  ]

  cflags = [
    "-Wall",
    "-Wextra",
    "-Werror",
    "-Wno-format",
    "-Wno-format-extra-args",
  ]

  part_name = "product_rk3568"
  install_enable = true
}

（3）参与应用程序编译

编辑//vendor/lockzhiner/rk3568/samples/BUILD.gn，开启编译选项。具体如下：

"b09_platform_device_rtc/app:rk3568_rtc_test",

四、程序编译

建议使用docker编译方法，运行如下：

hb set -root .
hb set
# 选择lockzhiner下的rk3568编译分支。
hb build -f

五、运行结果

运行如下：

# rk3568_rtc_test
RtcReadTime successful
    year        = 2017
    month       = 8
    day         = 5
    hour        = 10
    minute      = 58
    second      = 9
    millisecond = 0
RtcWriteTime successful
    year        = 2023
    month       = 8
    day         = 28
    hour        = 17
    minute      = 45
    second      = 0
    millisecond = 0
#

开发板重启，可以发现系统相关时间已经变更为我们案例中的配置。

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