一文搞懂 Linux 時鐘子系統
Clock 時鐘就是 SoC 中的脈搏，由它來控制各個部件按各自的節奏跳動。比如，CPU 主頻設置，串口的波特率設置，I2S 的採樣率設置，I2C 的速率設置等等。這些不同的 clock 設置，都需要從某個或某幾個時鐘源頭而來，最終開枝散葉，形成一顆時鐘樹。可通過 cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary 查看這棵時鐘樹。
內核中用 CCF 框架來管理 clock，如下所示，右邊是 clock 提供者，即 Clock Provider；中間是 CCF；左邊是設備驅動的 clock 使用者，即 Clock Consumer。
Clock Provider
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根節點一般是 Oscillator（有源振盪器）或者 Crystal（無源振盪器）。
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中間節點有很多種，包括 PLL（鎖相環，用於提升頻率的），Divider（分頻器，用於降頻的），Mux（從多個 clock path 中選擇一個），Gate（用來控制 ON/OFF 的）。
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葉節點是使用 clock 做爲輸入的、有具體功能的 HW block。
根據 clock 的特點，clock framework 將 clock 分爲 fixed rate、gate、devider、mux、fixed factor、composite 六類。
數據結構
上面六類本質上都屬於 clock device，內核把這些 clock HW block 的特性抽取出來，用 struct clk_hw 來表示，具體如下：
struct clk_hw {
//指向CCF模塊中對應 clock device 實例
struct clk_core *core;
//clk是訪問clk_core的實例。每當consumer通過clk_get對CCF中的clock device（也就是clk_core）發起訪問的時候都需要獲取一個句柄，也就是clk
struct clk *clk;
//clock provider driver初始化時的數據，數據被用來初始化clk_hw對應的clk_core數據結構。
const struct clk_init_data *init;
};
struct clk_init_data {
//該clock設備的名字
const char *name;
//clock provider driver進行具體的 HW 操作
const struct clk_ops *ops;
//描述該clk_hw的拓撲結構
const char * const *parent_names;
const struct clk_parent_data *parent_data;
const struct clk_hw **parent_hws;
u8 num_parents;
unsigned long flags;
};以固定頻率的振動器 fixed rate 爲例，它的數據結構是：
struct clk_fixed_rate {
//下面是fixed rate這種clock device特有的成員
struct clk_hw hw；
//基類
unsigned long fixed_rate;
unsigned long fixed_accuracy;
u8 flags;
};其他的特定的 clock device 大概都是如此，這裏就不贅述了。
這裏用一張圖描述這些數據結構之間的關係：
註冊方式
理解了數據結構，我們再看下每類 clock device 的註冊方式。
1. fixed rate clock
這一類 clock 具有固定的頻率，不能開關、不能調整頻率、不能選擇 parent，是最簡單的一類 clock。可以直接通過 DTS 配置的方式支持。也可以通過接口，可以直接註冊 fixed rate clock，如下：
CLK_OF_DECLARE(fixed_clk, "fixed-clock", of_fixed_clk_setup);
struct clk *clk_register_fixed_rate(struct device *dev, const char *name,
const char *parent_name, unsigned long flags,
unsigned long fixed_rate);2. gate clock
這一類 clock 只可開關（會提供. enable/.disable 回調），可使用下面接口註冊：
struct clk *clk_register_gate(struct device *dev, const char *name,
const char *parent_name, unsigned long flags,
void __iomem *reg, u8 bit_idx,
u8 clk_gate_flags, spinlock_t *lock);3. divider clock
這一類 clock 可以設置分頻值（因而會提供. recalc_rate/.set_rate/.round_rate 回調），可通過下面兩個接口註冊：
struct clk *clk_register_divider(struct device *dev, const char *name,
const char *parent_name, unsigned long flags,
void __iomem *reg, u8 shift, u8 width,
u8 clk_divider_flags, spinlock_t *lock);
struct clk *clk_register_divider_table(struct device *dev, const char *name,
const char *parent_name, unsigned long flags,
void __iomem *reg, u8 shift, u8 width,
u8 clk_divider_flags, const struct clk_div_table *table,
spinlock_t *lock);4. mux clock
這一類 clock 可以選擇多個 parent，因爲會實現. get_parent/.set_parent/.recalc_rate 回調，可通過下面兩個接口註冊：
struct clk *clk_register_mux(struct device *dev, const char *name,
const char **parent_names, u8 num_parents, unsigned long flags,
void __iomem *reg, u8 shift, u8 width,
u8 clk_mux_flags, spinlock_t *lock);
struct clk *clk_register_mux_table(struct device *dev, const char *name,
const char **parent_names, u8 num_parents, unsigned long flags,
void __iomem *reg, u8 shift, u32 mask,
u8 clk_mux_flags, u32 *table, spinlock_t *lock);5. fixed factor clock
這一類 clock 具有固定的 factor（即 multiplier 和 divider），clock 的頻率是由 parent clock 的頻率，乘以 mul，除以 div，多用於一些具有固定分頻係數的 clock。由於 parent clock 的頻率可以改變，因而 fix factor clock 也可該改變頻率，因此也會提供. recalc_rate/.set_rate/.round_rate 等回調。可通過下面接口註冊：
struct clk *clk_register_fixed_factor(struct device *dev, const char *name,
const char *parent_name, unsigned long flags,
unsigned int mult, unsigned int div);6. composite clock
顧名思義，就是 mux、divider、gate 等 clock 的組合，可通過下面接口註冊：
struct clk *clk_register_composite(struct device *dev, const char *name,
const char **parent_names, int num_parents,
struct clk_hw *mux_hw, const struct clk_ops *mux_ops,
struct clk_hw *rate_hw, const struct clk_ops *rate_ops,
struct clk_hw *gate_hw, const struct clk_ops *gate_ops,
unsigned long flags);這些註冊函數最終都會通過函數 clk_register 註冊到 Common Clock Framework 中，返回爲 struct clk 指針。如下所示：
然後將返回的 struct clk 指針，保存在一個數組中，並調用 of_clk_add_provider 接口，告知 Common Clock Framework。
Clock Consumer
獲取 clock
即通過 clock 名稱獲取 struct clk 指針的過程，由 clk_get、devm_clk_get、clk_get_sys、of_clk_get、of_clk_get_by_name、of_clk_get_from_provider 等接口負責實現，這裏以 clk_get 爲例，分析其實現過程：
struct clk *clk_get(struct device *dev, const char *con_id)
{
const char *dev_id = dev ? dev_name(dev) : NULL;
struct clk *clk;
if (dev) {
//通過掃描所有“clock-names”中的值，和傳入的name比較，如果相同，獲得它的index（即“clock-names”中的第幾個），調用of_clk_get，取得clock指針。
clk = __of_clk_get_by_name(dev->of_node, dev_id, con_id);
if (!IS_ERR(clk) || PTR_ERR(clk) == -EPROBE_DEFER)
return clk;
}
return clk_get_sys(dev_id, con_id);
}struct clk *of_clk_get(struct device_node *np, int index)
{
struct of_phandle_args clkspec;
struct clk *clk;
int rc;
if (index < 0)
return ERR_PTR(-EINVAL);
rc = of_parse_phandle_with_args(np, "clocks", "#clock-cells", index,
&clkspec);
if (rc)
return ERR_PTR(rc);
//獲取clock指針
clk = of_clk_get_from_provider(&clkspec);
of_node_put(clkspec.np);
return clk;
}of_clk_get_from_provider 通過便利 of_clk_providers 鏈表，並調用每一個 provider 的 get 回調函數，獲取 clock 指針。如下：
struct clk *of_clk_get_from_provider(struct of_phandle_args *clkspec)
{
struct of_clk_provider *provider;
struct clk *clk = ERR_PTR(-ENOENT);
/* Check if we have such a provider in our array */
mutex_lock(&of_clk_lock);
list_for_each_entry(provider, &of_clk_providers, link) {
if (provider->node == clkspec->np)
clk = provider->get(clkspec, provider->data);
if (!IS_ERR(clk))
break;
}
mutex_unlock(&of_clk_lock);
return clk;
}至此，Consumer 與 Provider 裏講的 of_clk_add_provider 對應起來了。
操作 clock
//啓動clock前的準備工作/停止clock後的善後工作。可能會睡眠。
int clk_prepare(struct clk *clk)
void clk_unprepare(struct clk *clk)
//啓動/停止clock。不會睡眠。
static inline int clk_enable(struct clk *clk)
static inline void clk_disable(struct clk *clk)
//clock頻率的獲取和設置
static inline unsigned long clk_get_rate(struct clk *clk)
static inline int clk_set_rate(struct clk *clk, unsigned long rate)
static inline long clk_round_rate(struct clk *clk, unsigned long rate)
//獲取/選擇clock的parent clock
static inline int clk_set_parent(struct clk *clk, struct clk *parent)
static inline struct clk *clk_get_parent(struct clk *clk)
//將clk_prepare和clk_enable組合起來，一起調用。將clk_disable和clk_unprepare組合起來，一起調用
static inline int clk_prepare_enable(struct clk *clk)
static inline void clk_disable_unprepare(struct clk *clk)總結
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