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drivers/clk/clk-bulk.c 批量时钟控制(Bulk Clock Control) 简化多路时钟管理

历史与背景

这项技术是为了解决什么特定问题而诞生的？

drivers/clk/clk-bulk.c 文件实现了一套批量时钟控制的辅助API。这项技术并非一个独立的框架，而是对通用时钟框架（Common Clock Framework, CCF）的一个重要补充和优化。它的诞生是为了解决设备驱动程序中管理多个时钟资源时的代码冗余、逻辑复杂和易于出错的问题。

许多现代SoC中的复杂外设（如显示控制器、GPU、视频处理器）往往不只依赖一个时钟，而是需要一组时钟（例如，一个像素时钟、一个总线接口时钟、一个寄存器访问时钟）同时被使能才能正常工作。在没有clk-bulk API之前，驱动程序必须：

  1. 逐个调用devm_clk_get()来获取每一个时钟的句柄。
  2. 编写一个循环来逐个调用clk_prepare_enable()来使能这些时钟。
  3. 最关键也是最麻烦的是，必须编写复杂的错误处理代码。如果在使能第五个时钟时失败了，驱动程序必须手动地、按相反的顺序去clk_disable_unprepare()前四个已经成功使能的时钟，以保证系统状态的一致性。

这种手动管理模式导致驱动的.probe()函数中充满了重复的、冗长的、极易出错的样板代码。clk-bulk API的诞生就是为了将这种“获取一组资源，要么全部成功，要么全部回滚”的事务性操作抽象成一个简单的函数调用。

它的发展经历了哪些重要的里程碑或版本迭代？

clk-bulk API是随着CCF的成熟和SoC复杂度的增加而自然演进出来的辅助功能。

  • 模式识别：内核开发者们在审查大量复杂驱动（特别是DRM图形驱动和多媒体驱动）时，发现上述手动管理多个时钟的模式被反复实现。
  • API抽象：为了消除这种重复，社区将这种通用模式抽象出来，创建了clk-bulk API，提供了clk_bulk_get, clk_bulk_prepare_enable, clk_bulk_disable_unprepare等核心函数。
  • devm集成：为了与设备资源管理（devres）框架更好地集成，后续又添加了devm_clk_bulk_get和devm_clk_bulk_get_all等函数，使得时钟句柄的获取也能被devres自动管理，进一步简化了驱动的资源释放逻辑。

目前该技术的社区活跃度和主流应用情况如何？

clk-bulk API已经成为CCF中一个非常标准和成熟的部分，是编写需要管理多个时钟的驱动时的最佳实践。它被广泛应用于内核中各种复杂的驱动程序，尤其是：

  • DRM（Direct Rendering Manager）图形和显示驱动
  • V4L2（Video for Linux 2）多媒体驱动（如视频编解码器、ISP）
  • SoC平台驱动中用于管理复杂IP核的驱动

核心原理与设计

它的核心工作原理是什么？

clk-bulk 的核心原理非常直接：它将针对单个时钟的操作封装在一个循环中，并内置了健壮的错误处理和回滚（unwind）逻辑。

  1. 批量获取（Bulk Get）：

    • 驱动程序通常在设备树中通过clock-names属性列出所有需要的时钟名。
    • 驱动调用devm_clk_bulk_get_all(dev, &clks)。
    • 这个函数会解析clock-names属性，并在内部循环调用devm_clk_get()来获取每一个时钟的句柄，然后将这些句柄填充到一个由调用者提供的数组中。

  2. 批量使能（Bulk Enable）：

    • 驱动调用clk_bulk_prepare_enable(num_clocks, clks)。
    • 这个函数内部会启动一个循环，按顺序对数组中的每一个时钟调用clk_prepare_enable()。
    • 关键的回滚逻辑：如果在循环过程中，有任何一个clk_prepare_enable()调用失败并返回错误，该函数会立即停止。然后，它会自动启动另一个循环，按相反的顺序对所有已经成功使能的时钟调用clk_disable_unprepare()，从而将时钟状态回滚到调用之前的状态。最后，它将原始的错误码返回给调用者。

  3. 批量禁用（Bulk Disable）：

    • 驱动调用clk_bulk_disable_unprepare(num_clocks, clks)。
    • 这个函数简单地按相反顺序循环遍历时钟数组，并对每个时钟调用clk_disable_unprepare()。

它的主要优势体现在哪些方面？

  • 代码极大简化：将几十行复杂的、带错误处理的循环代码，缩减为一两个函数调用。
  • 健壮性：将容易出错的回滚逻辑集中在一个地方实现并经过充分测试，极大地提高了驱动程序的健壮性，避免了开发者因疏忽而导致的资源泄漏或状态不一致。
  • 可读性：驱动代码的意图变得更加清晰。clk_bulk_prepare_enable明确地表达了“将这一组时钟作为一个整体进行使能”的意图。

它存在哪些已知的劣势、局限性或在特定场景下的不适用性？

  • 缺乏个性化操作：clk-bulk API将所有时钟视为一个同质的集合，统一进行使能或禁用。它不提供对组内单个时钟进行独立操作（如单独设置某个时钟的频率）的接口。如果需要这类操作，驱动仍然需要获取单个时钟的句柄并调用标准的clk_* API。
  • “全体一致”模型：该API适用于所有时钟需要被同时打开或关闭的场景。如果一组时钟有不同的生命周期（例如，时钟A需要一直开启，而时钟B仅在特定操作时开启），那么它们就不应该被放在同一个批量操作中。

使用场景

在哪些具体的业务或技术场景下，它是首选解决方案？请例举说明。

clk-bulk 是任何**一个设备驱动需要依赖两个或更多时钟，并且这些时钟的生命周期一致（需要同时开启和关闭）**时的首选解决方案。

  • 场景一：DRM显示控制器驱动
    一个显示控制器（CRTC）可能需要一个bus_clk来访问寄存器，一个axi_clk来进行内存访问，以及一个pixel_clk来驱动显示面板。这三个时钟必须全部开启，显示通路才能工作。驱动程序会在.enable()回调中调用clk_bulk_prepare_enable()，在.disable()回调中调用clk_bulk_disable_unprepare()。
  • 场景二：视频解码器驱动
    一个H.264硬件解码器可能需要一个core_clk用于其主逻辑，一个mem_clk用于访问帧缓冲，以及一个reg_clk用于CPU访问。这些时钟也构成了一个必须被整体管理的集合。
  • 场景三：复杂的SoC外设
    一个集成了SPI主控和DMA引擎的IP核，可能需要spi_clk和dma_clk。如果驱动的设计是让它们协同工作，那么使用clk-bulk API来管理这两个时钟会非常方便。

是否有不推荐使用该技术的场景？为什么？

  • 单时钟设备：如果一个设备只需要一个时钟，使用clk-bulk API纯属画蛇添足，标准的devm_clk_get()和clk_prepare_enable()更简单直接。
  • 生命周期不同的多时钟设备：如果一个设备有多个时钟，但它们的开关时机不同。例如，一个bus_clk需要在整个驱动生命周期内保持开启，而一个高功耗的core_clk仅在执行计算密集型任务时才被短暂开启。这种情况下，这两个时钟必须被独立管理。

对比分析

请将其 与 其他相似技术 进行详细对比。

clk-bulk API的主要对比对象就是不使用它，而是手动实现相同逻辑的“DIY”方法。

特性 clk-bulk API 手动循环管理
实现方式 调用devm_clk_bulk_get_all()和clk_bulk_prepare_enable()等高级API。 在驱动中编写for循环，逐个调用devm_clk_get()和clk_prepare_enable()。
代码复杂度 极低。几行代码即可完成。 高。需要编写获取、使能、错误检查和错误回滚的完整逻辑，代码量大且嵌套深。
健壮性 高。核心的回滚逻辑是标准化的、经过充分测试的。 中到低。每个驱动的实现质量参差不齐，极易在回滚逻辑中引入bug。
可读性和维护性 高。代码简洁，意图清晰。 低。大量的样板代码掩盖了驱动的核心逻辑，难以阅读和维护。
开发效率 高。开发者无需花费时间在重复的、易错的基础设施代码上。 低。需要为每个驱动编写和调试相同的底层逻辑。
功能 提供一个“全有或全无”的事务性保证。 功能取决于开发者的实现，但通常目标是实现与clk-bulk相同的功能。

clk_bulk_prepare

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/**
 * clk_bulk_prepare - prepare a set of clocks
 * @num_clks: the number of clk_bulk_data
 * @clks: the clk_bulk_data table being prepared
 *
 * clk_bulk_prepare may sleep, which differentiates it from clk_bulk_enable.
 * Returns 0 on success, -EERROR otherwise.
 */
int __must_check clk_bulk_prepare(int num_clks,
				  const struct clk_bulk_data *clks)
{
	int ret;
	int i;

	for (i = 0; i < num_clks; i++) {
		ret = clk_prepare(clks[i].clk);
		if (ret) {
			pr_err("Failed to prepare clk '%s': %d\n",
				clks[i].id, ret);
			goto err;
		}
	}

	return 0;

err:
	clk_bulk_unprepare(i, clks);

	return  ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(clk_bulk_prepare);

clk_bulk_enable

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/**
 * clk_bulk_enable - ungate a set of clocks
 * @num_clks: the number of clk_bulk_data
 * @clks: the clk_bulk_data table being ungated
 *
 * clk_bulk_enable must not sleep
 * Returns 0 on success, -EERROR otherwise.
 */
int __must_check clk_bulk_enable(int num_clks, const struct clk_bulk_data *clks)
{
	int ret;
	int i;

	for (i = 0; i < num_clks; i++) {
		ret = clk_enable(clks[i].clk);
		if (ret) {
			pr_err("Failed to enable clk '%s': %d\n",
				clks[i].id, ret);
			goto err;
		}
	}

	return 0;

err:
	clk_bulk_disable(i, clks);

	return  ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(clk_bulk_enable);