요약·해설과 원문, 전문 번역을 서로 분리했습니다. API 이름, symbol, source path는 원문 표기를 사용합니다.
1. 요약·해설
원문의 핵심 논리와 kernel programming 관점의 보충 설명입니다. 아래의 전문 번역과는 별도로 작성했습니다.
2. 영어 원문 전체
번역 기준이 된 Linux v6.18.37 원문입니다. 줄 번호는 이 버전의 파일 좌표입니다.
원문 전체 펼치기
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Real Time Clock (RTC) Drivers for Linux
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When Linux developers talk about a "Real Time Clock", they usually mean
something that tracks wall clock time and is battery backed so that it
works even with system power off. Such clocks will normally not track
the local time zone or daylight savings time -- unless they dual boot
with MS-Windows -- but will instead be set to Coordinated Universal Time
(UTC, formerly "Greenwich Mean Time").
The newest non-PC hardware tends to just count seconds, like the time(2)
system call reports, but RTCs also very commonly represent time using
the Gregorian calendar and 24 hour time, as reported by gmtime(3).
Linux has two largely-compatible userspace RTC API families you may
need to know about:
* /dev/rtc ... is the RTC provided by PC compatible systems,
so it's not very portable to non-x86 systems.
* /dev/rtc0, /dev/rtc1 ... are part of a framework that's
supported by a wide variety of RTC chips on all systems.
Programmers need to understand that the PC/AT functionality is not
always available, and some systems can do much more. That is, the
RTCs use the same API to make requests in both RTC frameworks (using
different filenames of course), but the hardware may not offer the
same functionality. For example, not every RTC is hooked up to an
IRQ, so they can't all issue alarms; and where standard PC RTCs can
only issue an alarm up to 24 hours in the future, other hardware may
be able to schedule one any time in the upcoming century.
Old PC/AT-Compatible driver: /dev/rtc
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All PCs (even Alpha machines) have a Real Time Clock built into them.
Usually they are built into the chipset of the computer, but some may
actually have a Motorola MC146818 (or clone) on the board. This is the
clock that keeps the date and time while your computer is turned off.
ACPI has standardized that MC146818 functionality, and extended it in
a few ways (enabling longer alarm periods, and wake-from-hibernate).
That functionality is NOT exposed in the old driver.
However it can also be used to generate signals from a slow 2Hz to a
relatively fast 8192Hz, in increments of powers of two. These signals
are reported by interrupt number 8. (Oh! So *that* is what IRQ 8 is
for...) It can also function as a 24hr alarm, raising IRQ 8 when the
alarm goes off. The alarm can also be programmed to only check any
subset of the three programmable values, meaning that it could be set to
ring on the 30th second of the 30th minute of every hour, for example.
The clock can also be set to generate an interrupt upon every clock
update, thus generating a 1Hz signal.
The interrupts are reported via /dev/rtc (major 10, minor 135, read only
character device) in the form of an unsigned long. The low byte contains
the type of interrupt (update-done, alarm-rang, or periodic) that was
raised, and the remaining bytes contain the number of interrupts since
the last read. Status information is reported through the pseudo-file
/proc/driver/rtc if the /proc filesystem was enabled. The driver has
built in locking so that only one process is allowed to have the /dev/rtc
interface open at a time.
A user process can monitor these interrupts by doing a read(2) or a
select(2) on /dev/rtc -- either will block/stop the user process until
the next interrupt is received. This is useful for things like
reasonably high frequency data acquisition where one doesn't want to
burn up 100% CPU by polling gettimeofday etc. etc.
At high frequencies, or under high loads, the user process should check
the number of interrupts received since the last read to determine if
there has been any interrupt "pileup" so to speak. Just for reference, a
typical 486-33 running a tight read loop on /dev/rtc will start to suffer
occasional interrupt pileup (i.e. > 1 IRQ event since last read) for
frequencies above 1024Hz. So you really should check the high bytes
of the value you read, especially at frequencies above that of the
normal timer interrupt, which is 100Hz.
Programming and/or enabling interrupt frequencies greater than 64Hz is
only allowed by root. This is perhaps a bit conservative, but we don't want
an evil user generating lots of IRQs on a slow 386sx-16, where it might have
a negative impact on performance. This 64Hz limit can be changed by writing
a different value to /proc/sys/dev/rtc/max-user-freq. Note that the
interrupt handler is only a few lines of code to minimize any possibility
of this effect.
Also, if the kernel time is synchronized with an external source, the
kernel will write the time back to the CMOS clock every 11 minutes. In
the process of doing this, the kernel briefly turns off RTC periodic
interrupts, so be aware of this if you are doing serious work. If you
don't synchronize the kernel time with an external source (via ntp or
whatever) then the kernel will keep its hands off the RTC, allowing you
exclusive access to the device for your applications.
The alarm and/or interrupt frequency are programmed into the RTC via
various ioctl(2) calls as listed in ./include/linux/rtc.h
Rather than write 50 pages describing the ioctl() and so on, it is
perhaps more useful to include a small test program that demonstrates
how to use them, and demonstrates the features of the driver. This is
probably a lot more useful to people interested in writing applications
that will be using this driver. See the code at the end of this document.
(The original /dev/rtc driver was written by Paul Gortmaker.)
New portable "RTC Class" drivers: /dev/rtcN
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Because Linux supports many non-ACPI and non-PC platforms, some of which
have more than one RTC style clock, it needed a more portable solution
than expecting a single battery-backed MC146818 clone on every system.
Accordingly, a new "RTC Class" framework has been defined. It offers
three different userspace interfaces:
* /dev/rtcN ... much the same as the older /dev/rtc interface
* /sys/class/rtc/rtcN ... sysfs attributes support readonly
access to some RTC attributes.
* /proc/driver/rtc ... the system clock RTC may expose itself
using a procfs interface. If there is no RTC for the system clock,
rtc0 is used by default. More information is (currently) shown
here than through sysfs.
The RTC Class framework supports a wide variety of RTCs, ranging from those
integrated into embeddable system-on-chip (SOC) processors to discrete chips
using I2C, SPI, or some other bus to communicate with the host CPU. There's
even support for PC-style RTCs ... including the features exposed on newer PCs
through ACPI.
The new framework also removes the "one RTC per system" restriction. For
example, maybe the low-power battery-backed RTC is a discrete I2C chip, but
a high functionality RTC is integrated into the SOC. That system might read
the system clock from the discrete RTC, but use the integrated one for all
other tasks, because of its greater functionality.
Check out tools/testing/selftests/rtc/rtctest.c for an example usage of the
ioctl interface.
3. 한국어 전문 번역
영어 원문의 문단 순서와 의미를 유지한 전체 번역입니다. 코드, 함수명, symbol과 URL은 원문 표기를 유지합니다.
Real Time Clock와 두 userspace API
1-34Linux 개발자가 Real Time Clock(RTC)이라고 할 때는 보통 system power가 꺼져도 battery로 동작하며 wall-clock time을 추적하는 clock을 뜻합니다. MS-Windows와 dual boot하는 경우를 제외하면 local time zone이나 daylight saving time을 따르지 않고 Coordinated Universal Time(UTC, 이전 명칭 Greenwich Mean Time)으로 설정합니다.
최신 non-PC hardware는 `time(2)` system call처럼 초를 세는 방식이 많습니다. RTC는 `gmtime(3)`이 보고하는 Gregorian calendar와 24-hour time으로 시간을 표현하는 경우도 매우 흔합니다.
Linux에는 대체로 호환되는 두 userspace RTC API family가 있습니다. PC-compatible system이 제공하는 `/dev/rtc`는 non-x86에서 이식성이 낮고, `/dev/rtc0`, `/dev/rtc1` 같은 RTC Class device는 모든 system의 다양한 RTC chip을 지원합니다.
두 framework는 file name만 다르고 같은 API로 요청하지만 hardware 기능은 같지 않을 수 있습니다. 모든 RTC가 IRQ에 연결되는 것은 아니어서 alarm을 발생시키지 못할 수 있습니다. Standard PC RTC는 최대 24시간 뒤 alarm만 설정하지만 다른 hardware는 앞으로 한 세기 안의 어느 때든 예약할 수 있습니다.
기존 PC/AT-compatible `/dev/rtc` driver
35-107Alpha를 포함한 모든 PC에는 Real Time Clock이 있습니다. 보통 chipset에 통합되지만 board에 Motorola MC146818 또는 clone이 있을 수도 있습니다. 이 clock이 computer가 꺼져 있을 때 date와 time을 유지합니다.
ACPI는 MC146818 기능을 표준화하고 더 긴 alarm 기간과 hibernate wake 기능으로 확장했지만 기존 driver는 이 기능을 노출하지 않습니다.
RTC는 2Hz에서 8192Hz까지 2의 거듭제곱 간격으로 signal을 만들 수 있고 interrupt number 8로 보고합니다. 24-hour alarm으로 동작해 alarm 시 IRQ 8을 발생시키며, hour·minute·second 중 일부 값만 검사하도록 설정할 수도 있습니다. 매 clock update마다 interrupt를 발생시키면 1Hz signal이 됩니다.
Interrupt는 read-only character device `/dev/rtc`(major 10, minor 135)를 통해 `unsigned long`으로 전달됩니다. Low byte에는 update-done, alarm-rang, periodic 중 interrupt type이 들어가고 나머지 byte에는 마지막 read 이후 interrupt 횟수가 들어갑니다.
`/proc` filesystem이 켜져 있으면 `/proc/driver/rtc`에서 status를 봅니다. Driver locking 때문에 한 번에 한 process만 `/dev/rtc` interface를 열 수 있습니다.
User process는 `/dev/rtc`에 `read(2)` 또는 `select(2)`를 호출해 interrupt를 감시할 수 있습니다. 둘 다 다음 interrupt까지 process를 block하며 `gettimeofday` polling으로 CPU 100%를 소모하지 않고 비교적 고주파 data acquisition을 수행할 때 유용합니다.
고주파나 높은 load에서는 마지막 read 뒤 받은 interrupt 수를 확인해 pileup이 있었는지 봅니다. 예를 들어 tight read loop를 도는 486-33은 1024Hz보다 높은 주파수에서 한 read 사이 여러 IRQ가 쌓이기 시작합니다. 특히 일반 timer interrupt 100Hz보다 높을 때 읽은 값의 high byte를 반드시 확인해야 합니다.
64Hz를 넘는 interrupt frequency를 program하거나 활성화하는 것은 root만 가능합니다. 느린 386sx-16에서 악의적인 사용자가 많은 IRQ를 만들어 성능을 떨어뜨리는 것을 막기 위한 제한입니다. `/proc/sys/dev/rtc/max-user-freq`에 다른 값을 쓰면 바꿀 수 있으며 interrupt handler는 영향을 줄이도록 몇 줄로 짧게 작성됐습니다.
Kernel time이 외부 source와 동기화되면 kernel은 11분마다 CMOS clock에 시간을 다시 씁니다. 이 과정에서 RTC periodic interrupt를 잠시 끄므로 정밀한 작업에서는 유의해야 합니다. NTP 등 외부 source와 동기화하지 않으면 kernel은 RTC에 손대지 않아 application이 device를 독점할 수 있습니다.
Alarm과 interrupt frequency는 `./include/linux/rtc.h`에 정의된 여러 `ioctl(2)`로 RTC에 설정합니다. 긴 ioctl 설명 대신 이 문서가 가리키는 test program이 driver 기능과 사용 방법을 보여줍니다. 원래 `/dev/rtc` driver는 Paul Gortmaker가 작성했습니다.
Portable RTC Class `/dev/rtcN` driver
108-140Linux는 non-ACPI·non-PC platform과 RTC가 여러 개인 system도 지원하므로 모든 system에 battery-backed MC146818 clone 하나가 있다고 가정할 수 없습니다. 이를 위해 portable RTC Class framework가 정의됐습니다.
| Interface | 역할 |
|---|---|
| `/dev/rtc` | PC-compatible RTC용 기존 API; non-x86 이식성이 낮음 |
| `/dev/rtcN` | 다양한 system과 RTC chip을 지원하는 RTC Class device |
| `/sys/class/rtc/rtcN` | 일부 RTC attribute에 대한 read-only sysfs 접근 |
| `/proc/driver/rtc` | system clock RTC의 procfs 상태 정보 |
`/dev/rtcN`은 기존 `/dev/rtc`와 거의 같고 `/sys/class/rtc/rtcN`은 일부 attribute를 read-only로 제공합니다. System clock용 RTC는 `/proc/driver/rtc`로 더 많은 정보를 노출할 수 있으며 해당 RTC가 없으면 기본으로 `rtc0`을 사용합니다.
RTC Class는 embedded SOC에 통합된 RTC부터 I2C, SPI, 기타 bus로 host CPU와 통신하는 discrete chip까지 지원합니다. ACPI가 새 PC에서 노출하는 기능을 포함한 PC-style RTC도 지원합니다.
새 framework는 system당 RTC 하나라는 제한도 없앱니다. 예를 들어 low-power battery-backed RTC는 discrete I2C chip이고 기능이 많은 RTC는 SOC에 통합될 수 있습니다. System clock은 discrete RTC에서 읽고 다른 작업은 기능이 더 많은 integrated RTC에서 수행할 수 있습니다.
`ioctl` interface 사용 예제는 `tools/testing/selftests/rtc/rtctest.c`를 참조하십시오.
요약과 해설
rtc.rst:1-140RTC API는 device file 문법이 비슷해도 hardware capability가 동일하다는 뜻은 아닙니다. Alarm 범위, IRQ 연결, periodic frequency를 확인하고 high byte의 누적 interrupt count도 읽어야 합니다.
새 code는 여러 RTC와 non-PC platform을 지원하는 RTC Class를 우선 고려해야 합니다. PC/AT 전용 동작과 ACPI 확장은 기존 `/dev/rtc`에서 모두 노출되지 않습니다.