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在本篇內容中，我們將圍繞 Linux 內核中的時鐘子系統核心架構 —— Common Clock Framework（簡稱 CCF）展開深入講解，目標是幫助你全面理解其設計理念、主要數據結構、注冊流程、驅動實現方式，以及如何基于 NXP i.MX8MP 平臺進行完整的時鐘驅動開發。
一、Common Clock Framework 簡介
Common Clock Framework（CCF）是 Linux 內核自 v3.4 起引入的通用時鐘架構，用于統一管理 SoC 上所有的時鐘資源，解決平臺異構、驅動分裂、代碼冗余等問題。
CCF 的設計目標是：
- 提供統一的時鐘抽象接口（如
clk_get()/clk_prepare()/clk_enable()）。 - 支持復雜的時鐘樹結構，包括分頻、門控、復用器等組件。
- 支持時鐘源的動態切換與頻率動態調整（DFS）。
- 解耦設備驅動與時鐘控制的實現。
二、CCF 的三大核心角色與架構總覽
在上一篇中我們已概述三個核心角色：
| 角色 | 作用 | 示例 |
|---|---|---|
| 時鐘提供者（Provider） | 注冊并實現時鐘控制邏輯，如 PLL、分頻器、門控器 | NXP CCM 時鐘控制器驅動 |
| 時鐘消費者（Consumer） | 使用時鐘接口獲取和啟用時鐘 | UART/I2C 等外設驅動 |
| 時鐘框架（Framework） | 統一管理所有時鐘，維護拓撲關系與接口 | drivers/clk/clk.c |
架構示意圖：
+---------------------+ +-------------------+
| UART 驅動 (Consumer)|<---->| CCF 框架層 |
+---------------------+ +-------------------+↑|+---------------------+| 時鐘控制器驅動 || (如 fsl-imx8mp-ccm) |+---------------------+
三、CCF 核心數據結構分析
1. struct clk_hw
該結構體表示一個底層時鐘硬件實體，由時鐘提供者實現：
struct clk_hw {struct clk_core *core;struct clk_init_data *init;// 可擴展的私有數據指針
};
2. struct clk_ops
用于定義操作時鐘的函數集，是最關鍵的回調接口：
struct clk_ops {int (*enable)(struct clk_hw *hw);void (*disable)(struct clk_hw *hw);unsigned long (*recalc_rate)(struct clk_hw *hw, unsigned long parent_rate);long (*round_rate)(struct clk_hw *hw, unsigned long rate,unsigned long *parent_rate);int (*set_rate)(struct clk_hw *hw, unsigned long rate,unsigned long parent_rate);...
};
3. struct clk_init_data
用于注冊時鐘時的初始化信息：
struct clk_init_data {const char *name;const struct clk_ops *ops;const char * const *parent_names;u8 num_parents;unsigned long flags;
};
四、時鐘提供者（Provider）注冊流程
Provider 通過 clk_register() 或 devm_clk_hw_register() 將 clk_hw 實例注冊給框架，框架內部建立 clk_core 對象并添加至全局時鐘樹。
示例流程：
- 定義
clk_ops實現； - 構造
clk_hw； - 填寫
clk_init_data； - 調用
devm_clk_hw_register()完成注冊； - 若是 platform 設備，通過
of_clk_add_hw_provider()提供給設備樹接口。
五、實戰開發：NXP i.MX8MP 時鐘驅動解析
我們以 NXP i.MX8MP 的 UART2 根時鐘 IMX8MP_CLK_UART2_ROOT 為例，講解從時鐘控制器提供者，到 UART2 驅動消費者的完整鏈路。
1. 設備樹配置分析
uart2: serial@30890000 {compatible = "fsl,imx8mp-uart", "fsl,imx6q-uart";reg = <0x30890000 0x10000>;interrupts = <GIC_SPI 27 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;clocks = <&clk IMX8MP_CLK_UART2_ROOT>,<&clk IMX8MP_CLK_UART2_ROOT>;clock-names = "ipg", "per";status = "disabled";
};
<&clk IMX8MP_CLK_UART2_ROOT> 表示設備節點引用了 ID 為 IMX8MP_CLK_UART2_ROOT 的時鐘，provider 必須實現它。
2. Provider 實現（drivers/clk/imx/clk-imx8mp.c）
static const struct imx8m_clk_root_clk uart2_root = {.id = IMX8MP_CLK_UART2_ROOT,.name = "uart2_root_clk",.parent_names = (const char *[]){ "uart2_div" },.num_parents = 1,.flags = CLK_SET_RATE_PARENT,
};
注冊流程：
hw = imx8m_clk_hw_register_composite(NULL, clk_root->name,clk_root->parent_names, clk_root->num_parents,mux_hw, &clk_mux_ops,rate_hw, &clk_divider_ops,gate_hw, &clk_gate_ops,clk_root->flags);
注： 每個 root clock 通常由一個復用器、一個分頻器和一個門控組成，符合 CCF 的復合時鐘模型。
六、時鐘消費者如何使用時鐘
驅動中使用以下接口獲取與控制時鐘：
struct clk *clk = devm_clk_get(dev, "ipg");
clk_prepare_enable(clk);
...
clk_disable_unprepare(clk);
內核根據 clock-names 字符串與設備樹中的 <&clk ID> 找到實際的 clk_core 實例，進一步調用對應 clk_ops 接口。
七、完整代碼實例：模擬一個外設時鐘 Provider
以下模擬一個名為 "demo-gate-clk" 的時鐘，基于 GPIO 控制實現一個簡單門控時鐘：
1. 示例平臺驅動結構：
static struct clk_hw *demo_clk_hw;
static struct clk_ops demo_clk_ops = {.enable = demo_clk_enable,.disable = demo_clk_disable,
};static int demo_clk_probe(struct platform_device *pdev)
{struct clk_init_data init;demo_clk_hw = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*demo_clk_hw), GFP_KERNEL);init.name = "demo-gate-clk";init.ops = &demo_clk_ops;init.num_parents = 0;init.flags = 0;demo_clk_hw->init = &init;clk_hw_register(&pdev->dev, demo_clk_hw);of_clk_add_hw_provider(pdev->dev.of_node, of_clk_hw_simple_get, demo_clk_hw);return 0;
}
2. 在設備樹中描述該時鐘：
demo_clk: demo-clk {compatible = "vendor,demo-gate-clk";#clock-cells = <0>;
};
3. 在其他設備中消費該時鐘：
my_peripheral@12340000 {...clocks = <&demo_clk>;clock-names = "core";
};
八、Framework 的統一管理機制
Linux 內核 CCF 框架通過 clk_core 全局對象池，維持整個時鐘拓撲結構，并提供統一接口進行操作與調試。
核心文件位于 drivers/clk/clk.c，負責：
- 初始化時鐘樹結構；
- 實現
clk_get()、clk_set_rate()等函數； - 管理依賴關系（父子時鐘）；
- 調度跨時鐘域變更時的同步機制。
框架的調試接口如：
cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary
可查看當前系統所有時鐘狀態。
九、總結與實戰建議
- Provider 注冊邏輯必須按 CCF 規則實現
clk_hw、clk_ops，并注冊給框架； - Consumer 驅動應只依賴標準
clk_*()接口，不直接操作硬件； - Framework 負責維護拓撲、管理父子關系、支持動態調頻調占；
- 實戰中，先梳理平臺提供的 clock ID 定義（如
imx8mp-clock.h），再定位 clock controller 驅動； - 開發自定義外設或 FPGA 時鐘控制時，也可編寫 Provider 兼容設備樹接口。
十、每日提問與答案
問題 1：一個時鐘可以有多個父時鐘嗎？如何選擇？
回答：
可以。CCF 支持多父時鐘的復用器機制，注冊 clk_hw 時傳入多個 parent_names，并實現 set_parent() 和 get_parent() 回調。使用者可調用 clk_set_parent() 選擇目標父時鐘。
問題 2：如何調試某個時鐘未啟用的問題？
回答：
可通過以下方式定位：
cat /sys/kernel/debug/clk/clk_summary查看時鐘是否啟用；- 查看是否被 Consumer 使用并調用
clk_prepare_enable()； - 檢查 Provider 的
clk_ops.enable()是否被成功執行； - 驗證時鐘的 parent 是否啟用，是否存在 gating 問題。
以上即為 Day 27 下篇全部內容，完整講解了 CCF 架構設計與實際使用方式。
下一日我們將正式進入子系統與電源管理集成的驅動開發專題。
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