问个关于ARM中System Counter的问题
本文是原「蜗窝讨论区」的历史存档（2016-08-22），来自版块「Linux kernel技术问答」，共 7 帖。讨论区已停止服务，此处仅供查阅。
首先感谢网站，能够分享这么好的文章，让我学到了很多，谢谢。
最近我跟着相关文章的内容，自己在NanoPi M3（SoC为S5P6818，八核A53）上移植64位的U-boot。目前U-boot已经基本可用，但是遇到了一个问题：系统需要个定时器来记录时间，并且提供相应api以进行一些时间相关的功能，最终通过设备树的方式传递给Linux。通过查阅各种资料，我得到了以下信息： 1. 对系统定时器的初始化操作一般都在U-boot前期完成，包括System Counter的enable，基本是在lowlevel_init函数中完成，在进入C环境之前系统定时器可用。 2. 由于使用的是A53的SoC，所以参考了ARMv8和A53的技术手册的Generic Timers部分，但是看着看着就觉得有些奇怪。ARMv8中将Generic Timers分成了System Counter和Timers两部分，并且分别提供了Memory-mapped I/O和寄存器访问（AArch64 Mode）两种方式，其实在之前网站上的文章中也交待清楚了（Linux时间子系统之（十七）：ARM generic timer驱动代码分析），这倒没什么问题。 但是，Cortex-A53的manuals则表示CPU中不存在System Counter部分（This resides in SoC），并且只提及了两个接口，即CNTCLKEN和CNTVALUEB，而没有提到通过bus访问的其他接口，而CNTCLKEN和CNTVALUEB在ARMv8的技术文档中完全没有提及。我做过测试，CNTVALUEB的值和AArch64中cntpct_el0寄存器的值一模一样，说明这确实是一个用作System Counter的接口。 那么问题来了，我查阅了SoC的datasheet，发现关于System Counter的部分确实只提供了CNTCLKEN和CNTVALUEB的接口，坑爹的是并没有详细说明这部分接口是否连到了SoC Timers部分，datasheet中提到的timers都是32位down-counter的，与System Counter的要求不符，感觉并不是用作System Counter的timers。（顺便吐槽下，这个SoC的datasheet写得挺糟糕，IP核似乎是来自几个平台拼凑而成的，相关资料都不大好找，虽然基本最后都能找得到，除了这个。） 3. 看了半天文档也没什么结果，于是我去翻了翻网上移植好的U-boot和Linux。不过蛋疼的是网上找到的都是32位的代码，移植的版本也比较早（14年），说白了就是把S5P4418（一个系列的前代产品，使用四核A9）的代码直接移植过来使用的。可能是ARMv7时代对于Generic Timers没有统一的规范，这些代码都是自己编写的timers驱动，没有用到后面抽象好的架构，而是使用一个SoC的定时器作为tick使用，看着实在是头大。。问过板子的技术支持，得到的答复是暂时没有提供64位的文档，噗。。。 不死心的我又看了几个同为A53的SoC的U-boot代码，但是却发现基本分成两种情况：要么压根没有初始化System Counter（可能在更早的时候就完成了初始化？），要么确实初始化了System Counter（典型的如freescale），但是访问了Memory-mapped I/O的接口（也就是CNTCR寄存器），而这个接口（当然也包括一个系列的其他接口）并没有出现在A53的技术文档和S5P6818的datasheet中。我猜测，System Counter的接口访问部分可能不是强制要求实现的，所以才会导致不一致的问题。
对于这个问题，我想到了以下几个解决方案： 1. 最好的方法当然是使用ARMv8和A53提供好的架构，但是在参考文档不大完善且有些矛盾的情况下似乎不大好搞。现在看来，要么等待官方更新64位部分的文档，要么就是自己使用定时器中断的方式更新CNTVALUEB寄存器来模拟，而前者遥遥无期，后者将要花费不少的系统资源来处理中断（DMA显然不适合，timer的类型都不一样），而且不符合power-down时的要求，更麻烦的是需要修改U-boot的exception vectors（U-boot默认将IRQ和FIQ中断引导到panic，不像ARMv7时可以自己处理异常），感觉不是一个合适的方法。 2. 参考旧的U-boot和linux代码，将其中一个普通定时器用作System Ticks，这样做的缺点也显而易见，那就是不符合ARMv8的规范，相关的驱动都要自己重新实现，这个只能说是下下之策。 3. 抛弃timer机制，使用一些其他函数替代system ticks的功能，但是只能在U-boot上凑合用用（U-boot基本上只在delay的时候用到），Linux上显然行不通。
目前卡在这个问题上，不知道各位对此有什么见解吗？谢谢！
System counter是ARM体系结构规定的，不是具体的CPU规定的，怎么会没有呢？你可以参考“DDI0487A_d_armv8_arm.pdf”，查看里面有关CNTFRQ_EL0的定义。 另外，在u-boot中，要使用system counter是非常容易的： 1）在配置头文件中，定义system counter的时钟频率
[== Undefined ==]
COUNTER_FREQUENCY
2）arch/arm/cpu/armv8/start.S中会根据时钟频率，配置CNTFRQ_EL0
[== Undefined ==]
#ifdef COUNTER_FREQUENCY
ldr x0, =COUNTER_FREQUENCY
msr cntfrq_el0, x0 /* Initialize CNTFRQ */
#endif
3）arch/arm/cpu/armv8/generic_timer.c中有关的API就可以使用了
wowo 写道： System counter是ARM体系结构规定的，不是具体的CPU规定的，怎么会没有呢？你可以参考“DDI0487A_d_armv8_arm.pdf”，查看里面有关CNTFRQ_EL0的定义。 另外，在u-boot中，要使用system counter是非常容易的： 1）在配置头文件中，定义system counter的时钟频率
[== Undefined ==]
COUNTER_FREQUENCY
2）arch/arm/cpu/armv8/start.S中会根据时钟频率，配置CNTFRQ_EL0
[== Undefined ==]
#ifdef COUNTER_FREQUENCY
ldr x0, =COUNTER_FREQUENCY
msr cntfrq_el0, x0 /* Initialize CNTFRQ */
#endif
3）arch/arm/cpu/armv8/generic_timer.c中有关的API就可以使用了
抱歉之前可能没说清楚。按理来说应该是配置好COUNTER_FREQUENCY（也就是cntfrq_el0）之后应该就可以用了，但实际上配置好后调用timer_read_counter函数时cntpct_el0的读数始终为0没有变化，所以怀疑是System Counter不工作导致的。有些SoC的timer的驱动包括了操作cntcr的部分（bit0控制System Counter是否运行），但有些并没有。我也觉得应该是需要打开某个开关来启动System Counter，但SoC的datasheet没有交代，而是提到了CNTCLKEN和CLKVALUEB这两个接口，而这两个接口只在Cortex-A53的manuals中提及，在ARMv8中却没有出现过（完整版5000多页的pdf同样没有），所以这才是让我疑惑的地方。
metro 写道：
wowo 写道： System counter是ARM体系结构规定的，不是具体的CPU规定的，怎么会没有呢？你可以参考“DDI0487A_d_armv8_arm.pdf”，查看里面有关CNTFRQ_EL0的定义。 另外，在u-boot中，要使用system counter是非常容易的： 1）在配置头文件中，定义system counter的时钟频率
[== Undefined ==]
COUNTER_FREQUENCY
2）arch/arm/cpu/armv8/start.S中会根据时钟频率，配置CNTFRQ_EL0
[== Undefined ==]
#ifdef COUNTER_FREQUENCY
ldr x0, =COUNTER_FREQUENCY
msr cntfrq_el0, x0 /* Initialize CNTFRQ */
#endif
3）arch/arm/cpu/armv8/generic_timer.c中有关的API就可以使用了
抱歉之前可能没说清楚。按理来说应该是配置好COUNTER_FREQUENCY（也就是cntfrq_el0）之后应该就可以用了，但实际上配置好后调用timer_read_counter函数时cntpct_el0的读数始终为0没有变化，所以怀疑是System Counter不工作导致的。有些SoC的timer的驱动包括了操作cntcr的部分（bit0控制System Counter是否运行），但有些并没有。我也觉得应该是需要打开某个开关来启动System Counter，但SoC的datasheet没有交代，而是提到了CNTCLKEN和CLKVALUEB这两个接口，而这两个接口只在Cortex-A53的manuals中提及，在ARMv8中却没有出现过（完整版5000多页的pdf同样没有），所以这才是让我疑惑的地方。
我明白你的意思了，这里有一份数据手册： http://wiki.friendlyarm.com/wiki/images/8/8b/SEC_S5P6818X_Users_Manual_preliminary_Ver_0.00.pdf 你可以参考“4.9.2.86”章节，其中有一个“counter clock enable”的bit位，可能就是控制system counter的，你可以试试。 另外我没有找到有关system counter Frequency的信息，你找找，然后给大家分享一下。
PS：你用的这个板子的数据手册已经挺详细的了，我觉得x project都可以考虑也在这个板子上玩玩~~~
wowo 写道：
metro 写道：
wowo 写道： System counter是ARM体系结构规定的，不是具体的CPU规定的，怎么会没有呢？你可以参考“DDI0487A_d_armv8_arm.pdf”，查看里面有关CNTFRQ_EL0的定义。 另外，在u-boot中，要使用system counter是非常容易的： 1）在配置头文件中，定义system counter的时钟频率
[== Undefined ==]
COUNTER_FREQUENCY
2）arch/arm/cpu/armv8/start.S中会根据时钟频率，配置CNTFRQ_EL0
[== Undefined ==]
#ifdef COUNTER_FREQUENCY
ldr x0, =COUNTER_FREQUENCY
msr cntfrq_el0, x0 /* Initialize CNTFRQ */
#endif
3）arch/arm/cpu/armv8/generic_timer.c中有关的API就可以使用了
抱歉之前可能没说清楚。按理来说应该是配置好COUNTER_FREQUENCY（也就是cntfrq_el0）之后应该就可以用了，但实际上配置好后调用timer_read_counter函数时cntpct_el0的读数始终为0没有变化，所以怀疑是System Counter不工作导致的。有些SoC的timer的驱动包括了操作cntcr的部分（bit0控制System Counter是否运行），但有些并没有。我也觉得应该是需要打开某个开关来启动System Counter，但SoC的datasheet没有交代，而是提到了CNTCLKEN和CLKVALUEB这两个接口，而这两个接口只在Cortex-A53的manuals中提及，在ARMv8中却没有出现过（完整版5000多页的pdf同样没有），所以这才是让我疑惑的地方。
我明白你的意思了，这里有一份数据手册： http://wiki.friendlyarm.com/wiki/images/8/8b/SEC_S5P6818X_Users_Manual_preliminary_Ver_0.00.pdf 你可以参考“4.9.2.86”章节，其中有一个“counter clock enable”的bit位，可能就是控制system counter的，你可以试试。 另外我没有找到有关system counter Frequency的信息，你找找，然后给大家分享一下。
PS：你用的这个板子的数据手册已经挺详细的了，我觉得x project都可以考虑也在这个板子上玩玩~~~
感谢回复，这个位我试过了，还是不工作，所以也有些郁闷。。打算把网上能找到的u-boot都试一遍（可惜暂时只能找到32位的，要不可以连移植都省了，哈哈）。 当时选开发板时就是找了这么一个资料比较丰富的SoC，现在做下来除了DRAM的初始化部分只能反汇编得到源代码之外（按照datasheet的方式初始化不工作），其他都没遇到什么太大的问题。要是解决了这个问题，一定会来分享的，哈哈。
有机会可以把做的东西传到x project上面，和大家分享分享哈
不好意思挖个自己的坟。 暑假后因为太忙暂时搁置了，这个月有空后又回来看了眼，发现手中的这块板子还没更新Linux 4.x 64位的OS。失望之余，偶然在网上看到三星搞了个开发平台ARTIK，里面的ARTIK710用的就是这个SoC。于是到github上找找，竟然有了收获：(http://github.com/SamsungArtik)，发现从2ndboot（相当于SPL）到U-boot和Linux 4.1的源码一应俱全，美中不足的是还是没有这个SoC的最新Datasheet（之前的Datasheet有很多错误）。 然后这几天就试着移植到NanoPi M3上了。两个开发板之间的区别不算太大，主要在于PMIC、eMMC、WiFi等等。目前2ndboot移植完毕，U-boot也可以使用（除了有些驱动例如PMIC还没移植）。但是很奇怪的是System Counter依然是之前未启用的状态（表现为cntpct_el0恒为零），U-boot的dts也没有generic timers的影子，不知道是什么情况，等移植到Linux的时候再说吧。 最后给个自己的github地址：(https://github.com/metro94)，有兴趣的可以试试看。不过最近可能又没时间了，等到彻底闲下来的时候可能会考虑自己编写和移植2ndboot和U-boot，感觉官方写得不能忍 :mad: