吃我一記咸魚突刺——使用板載RTC定時開機

前言

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2016年3月30日 Lemuntu（Base On Jessie） 3.10.37

原載於Lemaker論壇。匯總於此。
看ATC2603C手冊的時候發現其內置硬件時鍾（Real Time Clock，RTC），並且提供alarm功能，用於把設備從低功耗狀態喚醒。
7.2.5章節提到，PMU提供4種省電模式，且支持多種喚醒方式，包括按鍵、GPIO、RTC ALARM、紅外線IR等，其中RTC ALARM可在S4深度睡眠狀態喚醒設備。
查看原理圖可知RTC只能從鋰電池和DC電源取電，所以實用性有所下降。后期考慮加一個供電模塊。
以前用樹莓派的時候有想過如何自動開機，比如無線智能開關、紅外控制器等，但是一直沒有很好的方案。現在在Guitar上可以非常方便地實現。

不知道大家有沒有看過《行屍走肉》，第一季里面瑞克給摩根一個無線電對講機，告訴他每日幾時會打開無線電通訊，而其他時候都處於省電狀態。類似的，我們在野外給Guitar使用供電時，為了降低功耗，不需要讓Guitar隨時都處於開機狀態。
好的，我們回到RTC上來。

什么是RTC

系統用兩個時鍾保存時間：硬件時鍾和系統時鍾。

硬件時鍾(即實時時鍾 RTC 或 CMOS 時鍾)

僅能保存年、月、日、時、分、秒這些時間數值，無法保存時間標准(UTC 或 localtime)和是否使用夏令時調節。大家還記得1秒的定義嗎：1967年召開的國際計量大會上，一秒鍾被定義為銫原子的9192631770次固有微波振盪次數所需的時間，這一標准沿用至今。而硬件時鍾原理類似，也是通過石英晶體振盪器頻率工作，詳情可以去看實時時鍾的百度百科。特性是系統關閉后，只要供電就會持續計時。

系統時鍾(即軟件時間)

與硬件時間分別維護，保存了時間、時區和夏令時設置。Linux 內核保存為自 UTC 時間 1970 年1月1日 00:00:00 經過的秒數。初始系統時鍾是從硬件時間計算得來，計算時會考慮/etc/adjtime的設置。由於這個文件的存在，即使硬件時鍾設置的為UTC時間，系統也能顯示正確的本地時間。系統啟動之后，系統時鍾與硬件時鍾獨立運行。

系統時間管理流程

• 啟動時根據硬件時鍾設置系統時間
• 運行時通過 NTP 守護進程聯網校正時間
• 關機時根據系統時間設置硬件時間。
  

通過dmesg |grep rtc和sudo systemctl stop ntp命令可以證實。

附注

• date命令僅更改系統時鍾；
• timedatectl set-time 命令會同時影響硬件時鍾和系統時鍾 Via
• ArchWiki上有更詳細的講解

如何訪問板載RTC

通過hwclock軟件：需要管理員（root）權限

常用命令：

• sudo hwclock -r讀取當前硬件時鍾
• sudo hwclock -s 以系統時鍾為准寫入硬件時鍾
• sudo hwclock -w 以硬件時鍾為准設置系統時鍾
• sudo hwclock -u 設置硬件時鍾為UTC標准

時間表示有兩個標准：localtime 和 UTC(Coordinated Universal Time) 。UTC 是與時區無關的全球時間標准。盡管概念上有差別，UTC 和 GMT (格林威治時間) 是一樣的。localtime 標准則依賴於當前時區。

這里建議將硬件時鍾設置為UTC標准，以避免使用localtime時可能引起的麻煩和bug。前文已經講過，系統讀取硬件時鍾后會根據/etc/adjtime調整（+8h）。

通過用戶空間訪問RTC

設備地址在/dev/rtcX X為編號
cat /proc/driver/rtc 可以看到RTC時鍾信息，僅記錄時間數值。如圖所示

在/sys/class/rtc/rtcX目錄下，可以訪問控制RTC參數：

詳情訪問這里

如何使用板載RTC自動從低功耗狀態喚醒

linux提供了一個工具rtcwake,可以設置系統延時、定時從低功耗狀態喚醒。
因為RTC的特點是即使系統不運行，也能繼續計時。而需要在系統運行時計時的應用就沒必要用RTC了。

低功耗狀態

我們首先來看看Guitar支持哪幾種低功耗狀態：

TigerBoard的：

RPi2因為沒有PMU，所以不支持低功耗狀態:

• freeze：Suspend-To-Idle，純軟件實現，凍結進程+掛起設備+使處理器空閑，Kernel 3.9引入
• standby：Power-On Suspend，喚醒速度快，CPU在電
• mem：Suspend-to-RAM，僅內存在電，其他設備處於低功耗狀態
• disk：Suspend-to-disk，也就是常說的休眠狀態，將內存內容保存到磁盤。

耗電依次遞減。詳細解釋可以看這里

我們可以直接使用參數使設備進入相應的狀態，例如：
echo freeze > /sys/power/state 將會使系統進入freeze狀態
如何喚醒請參考PMU手冊，然而一般我都是直接插拔電源:-D

使用rtcwake喚醒設備

例1：延遲指定時間后喚醒
sudo rtcwake -m mem -s 20 -v
意思是進入mem狀態並於20秒后喚醒，-v會獲得更多信息
例2：在指定時間喚醒

sudo rtcwake -m mem -t `date -d 05:00 +%s`

意思是進入mem狀態並於本地時間5:00喚醒（05:00和5:00效果一樣，注意date命令的%s參數）。因為前文我們設置RTC使用UTC標准，而硬件時鍾僅僅記錄時間數值，所以系統通過-a參數來讀取/etc/adjtime來調整時間，不過這是默認參數，可以不寫。
上面講了幾種低功耗狀態，此外rtcwake還支持以下參數：

• off：Poweroff，也就是關機
• no：Don't suspend，啥都不干，僅僅設置RTC Alarm時間
• on：Don't suspend，但是會讀取RTC時間，等待RTC Alarm。主要用於調試。
• diable：禁用之前設置的RTC Alarm
• show：顯示RTC Alarm信息

注意：在Guitar上，進入disk狀態不正常，串口線帶回家了，無法得知發生了什么，以后會補充。更多信息請通過man rtcwake命令查看
各種省電模式可通過dmesg命令查看具體發生了什么。

簡單應用

此時我們就可以編寫shell腳本，通過Cron計划任務讓系統於指定時間添加rtcwake任務后自動關機。

拓展閱讀

• freeze state：http://kernelnewbies.org/Linux_3.9#head-1e61261c0d231fce38d9c738540ac01e59648d80
• Automatically sleep and wake-up at specific times：http://askubuntu.com/questions/61708/automatically-sleep-and-wake-up-at-specific-times
• Linux 下利用rtcwake喚醒設備：http://blog.csdn.net/bulreed/article/details/19907691

后記

試用了這么長時間，對Guitar的印象非常好，做工優秀，資料夠用，拓展潛力強：自定義底板可以增減模塊，當然目前對個人來說有點難。雖然現在沒有樹莓派那么流行，但是希望以后發展可以越來越好。