X-015-KERNEL-ARM generic timer driver的移植

作者：wowo 发布于：2016-11-2 22:31 分类：X Project

1. 前言

本文将基于“Linux时间子系统之（十七）：ARM generic timer驱动代码分析^[1]”，以bubblegum-96平台为例，介绍ARM generic timer的移植步骤。

另外，我们在[2]中完成了ARM GIC驱动的移植，但还没有测试是否可用。刚好借助timer驱动，测试GIC是否可以正常工作，顺便理解Interrupt的使用方法。

2. Generic timer硬件说明

有关ARM generic timer的技术细节，可参考[1]。本文所使用的bubblegum-96平台，其SOC包含了4个Cortex A53的core，支持CP15 type的Generic timer。为了驱动它，我们需要如下两个信息：

1）System counter的输入频率。

2）Per-CPU的timer和GIC之间的接口（即这些Timer的中断源以及中断触发方式）。参考[2]中的介绍，对于支持virtualization extension的SOC，每个cpu有四个timer：Non-secure PL1 physical timer，Secure PL1 physical timer，Non-secure PL2 physical timer和virtual timer ，因此将会有四个中断源。

不过，和我们移植GIC驱动^[2]时遇到的问题一样，我们找不到bubblegum-96平台有关的信息（大家在开发自己的平台时，应该没有这些困扰），只能从开源出来的代码中^[5]反推，结论如下：

1）System counter的输入频率为24MHz，这一点可以从[4]中推测出来，因为bubblegum-96开发板的晶振是24MHz，一般system counter直接使用晶振为输入时钟。

2）4个Per-CPU timer的中断源分别是：Non-secure PL1 physical timer----PPI 13，Secure PL1 physical timer----PPI 14，Non-secure PL2 physical timer----PPI 11，virtual timer----PPI 10。它们都是低电平触发的方式。

3. Generic timer移植

3.1 u-boot中的移植

记得我们在“X-013-UBOOT-使能autoboot功能”中调试u-boot的autoboot功能的时候，由于没有timer驱动，无法正确使用CONFIG_BOOTDELAY（因为无法计时）。既然本文要在kernel中移植generic timer，就顺便提一下，在u-boot中支持ARM generic timer的方法。

其实很简单，对于ARM64平台来说，支持generic timer只需要知道System counter的输入频率，并通过COUNTER_FREQUENCY宏定义告诉u-boot即可，如下（我们同时修改boot delay为5s，以验证timer功能）：

/* include/configs/bubblegum.h */

@@ -74,7 +74,8 @@
#define CONFIG_CMD_BOOTI

-#define CONFIG_BOOTDELAY -2
+#define CONFIG_BOOTDELAY 5
#define CONFIG_BOOTCOMMAND "bootm 0x6400000"

+#define COUNTER_FREQUENCY (24000000) /* 24MHz */
#endif

修改完成后，编译u-boot并启动kernel，就可以看到自动boot之前的倒计时了，说明timer添加成功：

cd ~/work/xprj/build
make u-boot uImage
make spi-run

make kernel-run

3.2 kernel中的移植

在kernel中的移植也很简单，只需要修改dts文件，添加generic timer的节点，并提供第2章所描述的硬件信息即可：

/* ./arch/arm64/boot/dts/actions/s900-bubblegum.dts */

+#include
+
/ {
        model = "Bubblegum-96 Development Board";
        compatible = "actions,s900-bubblegum", "actions,s900";
+
+       timer {
+               compatible = "arm,armv8-timer";
+               interrupts = ,
+                            ,
+                            ,
+                            ;
+               clock-frequency = <24000000>;
+       };
};

说明如下：

1）为了使用GIC有关的信息，我们需要包含“include/dt-bindings/interrupt-controller/arm-gic.h”头文件。

2）timer节点的compatible字段为"arm,armv8-timer"，表明我们是armv8 generic timer。

3）通过clock-frequency字段指定system counter的输入频率，这里为24000000（24MHz）。

4）interrupts字段指定了该设备所使用的中断源，可以是一个，也可以是多个，按照第2章的介绍，这里共有4个。参考[2]中的介绍，GIC的interrupt-cell为3，分别是：

第一个cell：PPI或SPI，此处均为PPI；

第二个cell，中断号，这里分别为13，14，11，10；

第三个cell，终端flag，这里需要包含一个GIC强制要求的----GIC_CPU_MASK_SIMPLE(4)，另外就是中断触发类型，此处全是低电平触发。

4. 测试和验证

4.1 编译及debug

修改完dts文件，编译并运行kernel，GIC移植^[4]时最后的kernel panic（如下）不见了：

clocksource_probe: no matching clocksources found
Kernel panic - not syncing: Unable to initialise architected timer.

---[ end Kernel panic - not syncing: Unable to initialise architected timer.

取而代之的是：

NR_IRQS:64 nr_irqs:64 0
arch_timer: No interrupt available, giving up
sched_clock: 64 bits at 250 Hz, resolution 4000000ns, wraps every 9007199254000000ns
Calibrating delay loop (skipped), value calculated using timer frequency.. 48.00 BogoMIPS (lpj=96000)
pid_max: default: 4096 minimum: 301
Mount-cache hash table entries: 4096 (order: 3, 32768 bytes)
Mountpoint-cache hash table entries: 4096 (order: 3, 32768 bytes)
No CPU information found in DT
ASID allocator initialised with 65536 entries
Brought up 1 CPUs
SMP: Total of 1 processors activated.
CPU: All CPU(s) started at EL2
clocksource: jiffies: mask: 0xffffffff max_cycles: 0xffffffff, max_idle_ns: 7645041785100000 ns
vdso: 2 pages (1 code @ ffffff8008185000, 1 data @ ffffff80081c4000)
DMA: preallocated 256 KiB pool for atomic allocations
workingset: timestamp_bits=60 max_order=19 bucket_order=0
Failed to find cpu0 device node
Unable to detect cache hierarchy from DT for CPU 0
Warning: unable to open an initial console.
Freeing unused kernel memory: 116K (ffffff80081a0000 - ffffff80081bd000)
This architecture does not have kernel memory protection.
Kernel panic - not syncing: No working init found. Try passing init= option to kernel. See Linux Documentation/init.txt for guidance.
Kernel Offset: disabled
Memory Limit: none
---[ end Kernel panic - not syncing: No working init found. Try passing init= option to kernel. See Linux Documentation/init.txt for guidance.

“arch_timer: No interrupt available, giving up”好像还有哪里不对劲，好像我们在第3章dts中指定的interrupts字段，没有被正常解析。没关系，根据[6]的介绍，打开所有的DEBUG输出，然后根据更为详细的日志，检查代码（过程略掉……），如下（从drivers/clocksource/arm_arch_timer.c开始）：

       CLOCKSOURCE_OF_DECLARE(armv8_arch_timer, "arm,armv8-timer", arch_timer_of_init);
              irq_of_parse_and_map(drivers/of/irq.c)
                     of_irq_parse_one
                            of_irq_find_parent

好像是找不到interrupt parent？原来是我们的dts还没有添加interrupt-parent字段，按照下面的代码增加：

--- a/arch/arm64/boot/dts/actions/s900-bubblegum.dts
+++ b/arch/arm64/boot/dts/actions/s900-bubblegum.dts

@@ -12,6 +12,8 @@

        model = "Bubblegum-96 Development Board";
        compatible = "actions,s900-bubblegum", "actions,s900";
+       interrupt-parent = <&gic>;
+
        #address-cells = <2>;
        #size-cells = <2>;

再次编译执行，异常消失了，算是移植完成了吧。

4.2 测试

测试的方法很简单，我们把printk的时间戳打开，如果可以正确显示时间戳，则说明移植成功。打开printk时间戳的方法如下：

cd ~/work/xprj/build;
make kernel-config

    Kernel hacking --->
        printk and dmesg options --->
            [*] Show timing information on printks

然后编译并运行kernel，输出的日志如下：

…

[    0.093281] Failed to find cpu0 device node

[    0.097437] Unable to detect cache hierarchy from DT for CPU 0

[    0.103562] Warning: unable to open an initial console.

[    0.108531] Freeing unused kernel memory: 116K (ffffff80081a0000 - ffffff80081bd000)

[    0.116156] This architecture does not have kernel memory protection.

[    0.122593] Kernel panic - not syncing: No working init found. Try passing init= option to kernel. See Linux Documentation/init.txt for guidance.

[    0.135656] Kernel Offset: disabled

[    0.139124] Memory Limit: none

[    0.142156] ---[ end Kernel panic - not syncing: No working init found. Try passing init= option to kernel. See Linux Documentation/init.txt for guidance.

成功了。