4.3.2的ZYNQ的时钟驱动架构和原理解析 - 全文

在查看zynq的clk时钟驱动时，在源码文件clkc.c中我们看到匹配属性字段”xlnx,ps7-clkc”，该字段匹配zynq-7000.dtsi的时钟子节点的compatible关键字属性相匹配，时钟的setup函数为zynq_clk_setup，查看整个源码包没有发现有调用该函数的痕迹，但是发现该函数被宏CLK_OF_DECLARE引用了。

首先看一下CLK_OF_DECLARE宏，它的定义位于“include/linux/clk-provider.h”中，负责在指定的section中（以__clk_of_table开始的位置），定义structof_device_id类型的变量，并由of_clk_init(在函数 zynq_timer_init (mach-zynq/common.c)中被调用)接口解析、匹配，如果匹配成功，则执行相应的回调函数（这里为of_fixed_clk_setup）；初始化的时候，device tree负责读取DTS，并和这些变量的名字（这里为" xlnx,ps7-clkc "）匹配，如果匹配成功，则执行相应的回调函数（这里为of_fixed_clk_setup）；of_fixed_clk_setup会解析两个DTS字段"clock-frequency"和"clock-output-names"，然后调用clk_register_fixed_rate，注册clock。注意，注册时的flags为CLK_IS_ROOT，说明目前只支持ROOT类型的clock通过DTS注册；最后，调用of_clk_add_provider接口，将该clock添加到provider_list中，方便后续的查找使用。该接口会在后面再详细介绍。

在of_clk_init被调用之前，zynq_timer_init 先调用了zynq_clock_init函数，该函数实现功能如下：

1. 根据字段“compatible”匹配“xlnx,ps7-clkc”判断节点np是否存在

2. 判断np是否有地址内存定义

3. 判断np是否存在父节点slcr

4. 将节点np的物理地址赋值给全局变量zynq_clkc_base，该变量是void *指针，并通过__iomem修饰，强制定义链接区域

5. 通过of_node_put函数将np和slcr的refcount减1，我们查到of_node_put函数的说明，但我发现它调用了kobject_put，该函数简要说明如下：当一个kobject对象的引用ref被减少到0时，程序就会释放这个kobject相关的资源，所以在减少引用的函数中就应该有调用释放资源的相关代码，在下面内核代码中也可以看到。

下面我们正式来看下函数of_clk_init，该函数被调用时传递进来的参数matches为NULL，该函数具体实现了以下功能：

1. 初始化全局链表clk_provider_list，

2. 如果matches为空，就把__clk_of_table的地址赋值给matches，对应我们上面谈到的宏CLK_OF_DECLARE

3. 通过宏for_each_matching_node_and_match来捕获matches指向的of_device_id型指针数组中所有成员，当捕获数组成员时，执行操作如下：

3.1. 创造一个clock_provider对象

3.2. 把捕获道德数组成员的data和np指针分别赋值给clock_provider对象的clk_init_cb和np成员

3.3. 最后把clock_provider对象添加到全局链表clk_provider_list中

4. 判断如果clk_provider_list不为空，执行如下操作:

4.1. 遍历并去除该链表中的所有成员，并通过宏定义获取包含该成员的对象的指针，对象为clock_provider

4.2. 判断是否是否强制处理，一般我们都处理所有节点，然后判断clock_provider中np的父节点是否能使用，如果以上判断成立，执行以下操作:

4.2.1 通过调用clk_provider->clk_init_cb(clk_provider->np)，初始化clock_provider中的时钟节点，具体函数为zynq_clk_setup，此处不做具体讨论

4.2.2 接着对父节点和子节点做时钟匹配（暂时不理解）

4.2.3 摧毁该节点和对象clock_provider

我在此处有一个疑问，为什么大费周章的去创造和销毁对象clock_provider，为什么不直接处理？希望有读者来解答一下。

接下来看到函数zynq_clk_setup，由上面看到我们把节点指针np传递了进去，具体实现功能如下：

1. 取出np中所有对象clock-output-names的数字中的字符串的指针，这些都是时钟的名字，在设备树文件zynq-7000.dtsi中被定义

2. 构建系统时钟树，具体如下，先看图：

由图中不难看出，ps_clk进来以后直接连接了3个时钟锁相环，分别是：ARM PLL、I/O PLL、 DDR PLL，其他所有的时钟如CPU时钟和外设时钟，都是从这几个模块中输出的，也就是为什么，会有代码cpu_parents[0] = clk_output_name[armpll]等的原因了，至于为什么有些时钟作为时钟源使用了2次，比如ARM PLL，这个时钟除了给CPU提供时钟以外，还给内部互联接口提供时钟，所以引用了2次；而I/O PLL不仅负责PS端的I/O设备，还负责PL部分I/O设备，所以也使用了2次。

3. 接着取出fclk-enable和ps-clk-frequency的32位整型值，其中ps_clk的频率为33.333333MHz，也可以从原理图来验证这一点

4. 通过clk_register_fixed_rate注册频率固定的时钟，此处注册了ps_clk，类型为CLK_IS_ROOT，作为根时钟，没有父节点，temp它的固有频率；并将注册结果生成clk 对象指针赋值给全局变量ps_clk，该时钟会被注册进全局链表clk_root_list中

5. 接下来注册3个时钟锁相环，这里xilinx实现了函数clk_register_zynq_pll，专门用于锁相环的注册，以下我们详细研究一下该函数，以此向下看：

5.1 函数在栈里面构造了类型为clk_init_data的对象initd，包含以下属性：1. 该锁相环的名字，2. 父节点的名字，3. 类型为clk_ops的结构体指针，4. 父节点的数量，5. 类型

5.2 构造了类型为 zynq_pll的对象pll，并对该对象进行了初始化

5.3 此处启动了pll自旋锁，配置了时钟寄存器，清除了该寄存器的PLL_BYPASS_QUAL位，此为在硬件启动时为1，起到关闭BYPASS功能使用的作用；再解锁自旋锁

5.4 通过函数clk_register注册并获取一个时钟对象指针，在该函数中会构建一个类型为clk_core对象core，获取initd的各个成员的值，所以最后initd已经没有存在的必必要了，所以直接在栈里面构造该对象，这2个PLL时钟会被提添加到他们父节点parent->children链表中

5.5 通过函数clk_register_mux注册有n个父节点的时钟，可以显实现以下的回调，get_parent/.set_parent/.recalc_rate，我们深入看一下这个函数最后会干嘛，进去看了下，和clk_register_zynq_pll类似，最后也是通过clk_register注册这个时钟

5.6 以此类推，注册了ddr pll和io pll

5.7 注册了cpu_mux，通过clk_register_divider注册这一类函数可以设置分频，通过.recalc_rate/.set_rate/.round_rate回调

5.8 通过clk_register_gate注册了CPU的时钟源，通过clk_register_gate注册的时钟只可以开关，通过.enable/.disable回调

5.9 通过clk_register_fixed_factor注册了CPU时钟的锁相环，这一类clock具有固定的factor（即multiplier和divider），clock的频率是由parent clock的频率，乘以mul，除以div，多用于一些具有固定分频系数的clock。由于parent clock的频率可以改变，因而fix factor clock也可该改变频率，因此也会提供.recalc_rate/.set_rate/.round_rate等回调

5.10 以此类推，可以看到此处还使用了函数clk_prepare_enable，用来是能该时钟的相关功能操作

5.11 以此类推，注册了timer时钟、DDR时钟和Peripheral时钟，其中的函数zynq_clk_register_periph_clk只是把上面的各种时钟的注册方法进行了进一步的封装

... ...

5.12 函数统一检测所有注册的时钟是否有效

5.13 把时钟指针数组和数量交给全局变量clk_data

5.14 通过函数of_clk_add_provider把整个时钟注册进全局链表of_clk_providers，只要有全局变量就能被其他的函数简单的调用了

这些过程综合来说，就是就是从设备树文件，取出各种各样的时钟，按照芯片的时钟树结构，将他们组合起来，变得和上面的时钟框图“一样”，组成父子关系；接着把这些时钟的按照特性，通过的相关的函数组织起来，例如是否可以开关、是否集成锁相环等，防止以后对时钟进行不允许的操作，当然了需要立刻打开的时钟就直接打开了；最后把整个时钟树作为一个节点注册到全局链表of_clk_add_provider上面（如果没有注册全局变量，没法记录，也就没法调用了）。