吃我一记咸鱼突刺——使用板载RTC定时开机

前言

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

原载于Lemaker论坛。汇总于此。
看ATC2603C手册的时候发现其内置硬件时钟（Real Time Clock，RTC），并且提供alarm功能，用于把设备从低功耗状态唤醒。
7.2.5章节提到，PMU提供4种省电模式，且支持多种唤醒方式，包括按键、GPIO、RTC ALARM、红外线IR等，其中RTC ALARM可在S4深度睡眠状态唤醒设备。
查看原理图可知RTC只能从锂电池和DC电源取电，所以实用性有所下降。后期考虑加一个供电模块。
以前用树莓派的时候有想过如何自动开机，比如无线智能开关、红外控制器等，但是一直没有很好的方案。现在在Guitar上可以非常方便地实现。

不知道大家有没有看过《行尸走肉》，第一季里面瑞克给摩根一个无线电对讲机，告诉他每日几时会打开无线电通讯，而其他时候都处于省电状态。类似的，我们在野外给Guitar使用供电时，为了降低功耗，不需要让Guitar随时都处于开机状态。
好的，我们回到RTC上来。

什么是RTC

系统用两个时钟保存时间：硬件时钟和系统时钟。

硬件时钟(即实时时钟 RTC 或 CMOS 时钟)

仅能保存年、月、日、时、分、秒这些时间数值，无法保存时间标准(UTC 或 localtime)和是否使用夏令时调节。大家还记得1秒的定义吗：1967年召开的国际计量大会上，一秒钟被定义为铯原子的9192631770次固有微波振荡次数所需的时间，这一标准沿用至今。而硬件时钟原理类似，也是通过石英晶体振荡器频率工作，详情可以去看实时时钟的百度百科。特性是系统关闭后，只要供电就会持续计时。

系统时钟(即软件时间)

与硬件时间分别维护，保存了时间、时区和夏令时设置。Linux 内核保存为自 UTC 时间 1970 年1月1日 00:00:00 经过的秒数。初始系统时钟是从硬件时间计算得来，计算时会考虑/etc/adjtime的设置。由于这个文件的存在，即使硬件时钟设置的为UTC时间，系统也能显示正确的本地时间。系统启动之后，系统时钟与硬件时钟独立运行。

系统时间管理流程

• 启动时根据硬件时钟设置系统时间
• 运行时通过 NTP 守护进程联网校正时间
• 关机时根据系统时间设置硬件时间。
  

通过dmesg |grep rtc和sudo systemctl stop ntp命令可以证实。

附注

• date命令仅更改系统时钟；
• timedatectl set-time 命令会同时影响硬件时钟和系统时钟 Via
• ArchWiki上有更详细的讲解

如何访问板载RTC

通过hwclock软件：需要管理员（root）权限

常用命令：

• sudo hwclock -r读取当前硬件时钟
• sudo hwclock -s 以系统时钟为准写入硬件时钟
• sudo hwclock -w 以硬件时钟为准设置系统时钟
• sudo hwclock -u 设置硬件时钟为UTC标准

时间表示有两个标准：localtime 和 UTC(Coordinated Universal Time) 。UTC 是与时区无关的全球时间标准。尽管概念上有差别，UTC 和 GMT (格林威治时间) 是一样的。localtime 标准则依赖于当前时区。

这里建议将硬件时钟设置为UTC标准，以避免使用localtime时可能引起的麻烦和bug。前文已经讲过，系统读取硬件时钟后会根据/etc/adjtime调整（+8h）。

通过用户空间访问RTC

设备地址在/dev/rtcX X为编号
cat /proc/driver/rtc 可以看到RTC时钟信息，仅记录时间数值。如图所示

在/sys/class/rtc/rtcX目录下，可以访问控制RTC参数：

详情访问这里

如何使用板载RTC自动从低功耗状态唤醒

linux提供了一个工具rtcwake,可以设置系统延时、定时从低功耗状态唤醒。
因为RTC的特点是即使系统不运行，也能继续计时。而需要在系统运行时计时的应用就没必要用RTC了。

低功耗状态

我们首先来看看Guitar支持哪几种低功耗状态：

TigerBoard的：

RPi2因为没有PMU，所以不支持低功耗状态:

• freeze：Suspend-To-Idle，纯软件实现，冻结进程+挂起设备+使处理器空闲，Kernel 3.9引入
• standby：Power-On Suspend，唤醒速度快，CPU在电
• mem：Suspend-to-RAM，仅内存在电，其他设备处于低功耗状态
• disk：Suspend-to-disk，也就是常说的休眠状态，将内存内容保存到磁盘。

耗电依次递减。详细解释可以看这里

我们可以直接使用参数使设备进入相应的状态，例如：
echo freeze > /sys/power/state 将会使系统进入freeze状态
如何唤醒请参考PMU手册，然而一般我都是直接插拔电源:-D

使用rtcwake唤醒设备

例1：延迟指定时间后唤醒
sudo rtcwake -m mem -s 20 -v
意思是进入mem状态并于20秒后唤醒，-v会获得更多信息
例2：在指定时间唤醒

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

意思是进入mem状态并于本地时间5:00唤醒（05:00和5:00效果一样，注意date命令的%s参数）。因为前文我们设置RTC使用UTC标准，而硬件时钟仅仅记录时间数值，所以系统通过-a参数来读取/etc/adjtime来调整时间，不过这是默认参数，可以不写。
上面讲了几种低功耗状态，此外rtcwake还支持以下参数：

• off：Poweroff，也就是关机
• no：Don't suspend，啥都不干，仅仅设置RTC Alarm时间
• on：Don't suspend，但是会读取RTC时间，等待RTC Alarm。主要用于调试。
• diable：禁用之前设置的RTC Alarm
• show：显示RTC Alarm信息

注意：在Guitar上，进入disk状态不正常，串口线带回家了，无法得知发生了什么，以后会补充。更多信息请通过man rtcwake命令查看
各种省电模式可通过dmesg命令查看具体发生了什么。

简单应用

此时我们就可以编写shell脚本，通过Cron计划任务让系统于指定时间添加rtcwake任务后自动关机。

拓展阅读

• 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唤醒设备：http://blog.csdn.net/bulreed/article/details/19907691

后记

试用了这么长时间，对Guitar的印象非常好，做工优秀，资料够用，拓展潜力强：自定义底板可以增减模块，当然目前对个人来说有点难。虽然现在没有树莓派那么流行，但是希望以后发展可以越来越好。