Linu系统时间不准问题分析

1、Linux系统时间不准问题分析CPU： PowerPC P1020RDB-PCOS： Linux-2.6.35问题：系统跑一段时间后，执行date和hwclock分别获取系统时钟和rtc时钟，出现差异, 差异为sysclk时间比rtc每分钟慢0.6秒。误差是比较人了。一. 问题分析1. 转换误差2. 时钟不稳定3. 时钟频率不对二. 结构分析卜面是CPU内部的核心时钟组成Note: The logic circuits shown depict functional relationships only; they do not represent physical implementation details.Figure 4-7. RTC and Core Timer Facilities Clocking Options如上，Core Time Base (TBU+TBL)是一个时钟计数器，里面存放的cycles随着CCB Clock分 频出来的时钟一直递增，cycles =系统时间怕乙DEC作为时钟事件的中断触发，按照时钟频率递减，减到0后产生Decrementer Event

2、爭件， 可以在中断触发时由程序写入初始值，也可以设置为Auto-Reload DECAR的值。这一块还没 具体分析有什么用。上图中的RTC并没有使用。当前系统参数外部时钟 =66.0MCCB Clock= 400MSYSCLK= 800M从CCB 8分频出来给Core Time Base和DEC的时钟为50M接下来来看一下Linux系统内时间管理的内容clock source用于为linux内核提供一个时间基线，实际上就是一,个时间相关的结构体，如 果你用linux的date命令获取当前时间，内核会读取当前的clock source,转换并返回合适的 时间单位给用户空间。在硬件层，它通常实现为一个由固定时钟频率驱动的计数器（上面的 TimeBase），计数器只能单调地增加，直到溢出为止。系统启动时，内核通过硬件RTC获得 当前时间，并设置到计数器内，在这以后，内核通过选定的时钟源更新实时时间信息（墙上 时间），而不再读取RTC的时间。clock source可以有多个，系统启动时会检查所有clock source,然后将精度最好的时钟源设 为当前时钟源。每个时钟源的精度由驱动它的时钟频

3、率决定，可以用如下命令查看clocksource：roott:home#cat/sys/devices/system/clocksource/clocksourceO/available_c locksource timebase roott:home#cat /sys/devices/system/clocksource/clocksourceO/curre nt_clocksource timebase看一下我们系统中timebase时钟源的定义time.c (arch/powerpc/kernel) static struct clocksource clocksource_timebase = .n ame .rating .flags.mask .shift .mult .read=“timebase 蔦= 400,=CLOCK_SOURCES_CONTINUOUS,=CLOCKSOURCE_MASK(64),= 22,=0,/* To be filled in */=timebase.read,.read = timebase_read,该函数就是读取TB的计数值 time

4、base_read是通过汇编来实现的。static cycle_t timebase_read(struct clocksource *cs)return (cycle_t)get_tb();static inline u64 get_tb(void)return mftb();#define mftbu()(unsigned long rval; asm volatile(mftbu %0 : =r (rval); rval;)三. 具体分析1 转换误差 现在我们可以获取到cycles的计数值，也知道了 HZ=50M,那么根据公式很容易就得到系统 时间了。times_elapse = cycles_interval / frequency但是，因为内核中使用除法不太方便，所以将这个公式转换成了乘法与移位操作 times_elapse = cycles_interval * mult shift关于这个转换有个专门的内核函数，可以由frequency和精度值计算出mult和shift 后面再贴。从上面clocksource_tiniebase的定义己经看到shift=22 mult=O

5、(后续计算)了，看一下mult 的计算。在clocksourcejnit函数中找到mult的初始化clock-mult = clocksouiXQ-hz2mult(tb_tickS-pQr_SQC” clock-shift);打印出来这个值为clock-mult =83886080现在shift和mult的值都有了，那我们来验证一下转换的误差就以 times_elapse = Is 为例，则 cyclesjnterval = frequency = 50000000按照公式：times_elapse = cyclesjnterval * mult shift (50000000*83886080)221000000000L= Is由此可见，将除法转换成乘法并未带来误差。2耐钟频率不对前面的计算都是按照CCB Clock 8分频50M来计算，但是这个50M是否准确？那就看看这个50M到底从哪来的timenit (/arch/powerpc/kernel/time.c)-ppc_md.calibrate_decr(); = generic_calibrate_decr(void)-get_

6、freq(Htimebase-frequency： 1, &ppc_tb_freq)此处获取到的ppc_tb_freq = 50Mget_freq是从设备树中读取的，但实际的设备树中并没有timebase-frequency这个选项最终找到 uboot 中 fdt.c (arch/powerpc/cpu/mpc85xx)void ft_cpu_setup(void *blob, bd_t *bd)do_fixup_by_prop_u32(blob，device_type,/ cpu, 4,timebase-frequency, get_tbclk(), 1);由 do_fixup_by_prop_u32 将 get_tbclk()的值填入timebase-frequency,原来是 uboot 创建了 这个选项，继续查找50M的来历，看看get_tbclk函数今#ifndef CONFIG_SYS_FSL_TBCLK_DIV#define CONFIG_SYS_FSL_TBCLK_DIV 8# endifunsigned long get_tbclk (void)unsigned lo

7、ng tbclk.div = CONFIG_SYS.FSL.TBCLK.DIV;return (gd-bus_clk + (tbclk.div 1) / tbclk_div;-get_clocksgd-bus_clk = sy s J nf o .f r e qSy st e m B u s;Tget_sysnfounsigned long sysclk = CONFIG.SYS_CLK_FREQ sysl nfo-freqSystemBus = sysclk;syslnfo-freqSystemBus *= (in_be32(&gur-rcwsr0j) 25) & Oxlf;上面代码可以看出get_tbclk()的原始值是从CONFIG_SYS_CLK_FREQ得来的 cp u_pl020.h(include/configs)中的定义#define CONFIG_SYS_CLK_FREQ 66666666而实际上外部时钟是66.0M,原来是配置文件指定错了。系统实际参数外部时钟 =66.0MCCB Clock=396MSYSCLK=792MDDR=396Mppc_tb_freq=49

8、500000clock-mult=84733414clock-shift=22重新计算一下转换误差：times_elapse = cyclesjnterval * mult shift (49500000*84733414)22999999998L误差为每秒2ns,已经很小了附：内核中由除法转换成乘法的函数clocksource.c(kernel/time)/* clocks_calc_mult_shift - calculate mult/shift factors for scaled math of clocks* mult:pointer to mult variable* shift:pointer to shift variable* from: frequency to convert from* to:frequency to convert to* min sec: guaranteed run time conv ersion range in seconds* The function evaluates the shift/mult pair for the s

9、caled math* operations of clocksources and clockevents* to and from are frequency values in HZ. For clock sources to is* NSEC_PER_SEC = 1GHz and from is the counter frequency. For clock* event to is the counter frequency and from is NSEC_PER_SEC* The minsec conversion range argument controls the time frame in* sec onds which must be covered by the run time conv ersio n with the* calculated mult and shift factors This guarantees that no 64bit* overflow happens when the input value of the conversion is* multiplied with the calculated mult factor. Larger ranges may* reduce the conversion accuracy by chosing smaller mult and sh

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