Relógio de tempo real

Para ler 07:32:59, precisas de obter horas, minutos e segundos de registos diferentes. O RTC conserva a data e a hora com alimentação própria e continua a contar mesmo quando o computador está desligado; o timer usado para contar ticks mede apenas intervalos de execução. A hora do RTC pode datar uma partida; os ticks podem medir a sua duração.

Endereço e dados

O RTC tem registos internos. Para aceder a um deles, seleciona o índice pela porta 0x70 e transfere o valor pela porta 0x71. A porta de endereço também tem um bit relacionado com o controlo de NMI no PC; conserva a política exigida pelo ambiente em vez de o alterar sem intenção.

Índice	Conteúdo
0x00, 0x02, 0x04	Segundos, minutos e horas
0x01, 0x03, 0x05	Campos do alarme
0x07, 0x08, 0x09	Dia do mês, mês e ano
0x0A	Registo A, atualização e taxa periódica
0x0B	Registo B, formatos e ativação de eventos
0x0C	Registo C, causas de eventos
0x0D	Registo D, validade da memória e hora

Escrever 0x0A em 0x70 e ler 0x71 consulta A. Uma leitura de 0x71 sem selecionar antes o índice pode consultar o registo que outra operação deixou selecionado. Seleção e transferência formam uma operação lógica que deve ser protegida de acessos concorrentes segundo o ambiente. Para ler os segundos, por exemplo, escreve 0x00 em 0x70 e lê o valor em 0x71; para os minutos, repete com 0x02.

BCD e formato das horas

No registo B, DM, bit 2, seleciona binário quando vale 1 e BCD quando vale 0. O bit 1 seleciona 24 horas quando vale 1, ou 12 horas quando vale 0.

Em BCD, cada nibble representa um algarismo decimal. O valor 0x59 representa 59, não 89. A conversão é:

$$decimal=10\cdot(value\gg4)+(value\mathbin{\&}\texttt{0x0F}).$$

Para 0x59, o nibble alto vale 5 e o baixo vale 9, por isso o resultado é 10 vezes 5 mais 9, ou 59.

Esta fórmula assume dois algarismos BCD válidos. Um nibble acima de 9 é inválido. Em binário, 0x3B já representa 59 e não deve ser convertido por BCD.

No formato de 12 horas, o bit 7 do campo de horas marca PM, por isso retira-o antes de converter os algarismos. Para obter horas de 0 a 23, transforma 12 AM em 0 e soma 12 às horas PM depois de transformar 12 em 0. Assim, 12 AM dá 0, 12 PM dá 12 e 9 PM dá 21.

Não mudes o formato do RTC apenas para simplificar a leitura. Essa alteração afeta outros utilizadores do dispositivo e exigiria transformar os valores de tempo e alarme existentes.

Ler uma hora coerente

Os registos atualizam-se de forma assíncrona, por isso se leres os segundos de 07:32:59 e os minutos depois da passagem para 07:33:00, constróis 07:33:59, uma hora que o relógio nunca mostrou. Cada campo é válido isoladamente; a coerência exige que os campos pertençam à mesma atualização.

O registo A tem UIP, bit 7. O RTC assinala a atualização 244 µs antes de a começar e limpa UIP quando termina. Há por isso uma janela curta entre veres UIP a 0 e o início da escrita interna. Esperar UIP a 0 e depois ler os campos pressupõe que terminas antes da próxima atualização e que não és suspenso demasiado tempo durante a sequência.

Uma estratégia de polling reforça a coerência com repetição:

1. Espera UIP a 0, com um limite de espera.
2. Lê todos os campos e a configuração necessária para os interpretar; volta a consultar UIP e rejeita a leitura se estiver ativo.
3. Repete a leitura a partir de UIP a 0.
4. Aceita apenas duas fotografias consecutivas iguais e obtidas sem atualização assinalada; caso contrário, tenta novamente.

Esta estratégia depende de acessos curtos, de não haver outro programa a reconfigurar o relógio e de uma política de tentativas. Não dá ao programa controlo sobre os registos internos. Outra opção é usar a interrupção de fim de atualização e ler dentro do intervalo disponível antes da atualização seguinte.

O bit SET de B inibe atualizações para permitir escrever os campos de data e hora. Usá-lo descuidadamente para ler altera o funcionamento do dispositivo. Desativar interrupções num núcleo também não é uma solução universal para acessos concorrentes em vários núcleos.

Três causas, uma IRQ

O RTC pode produzir eventos periódicos, alarmes e fim de atualização. Todos usam IRQ8. B controla quais geram interrupções:

Bit de B	Ativa
6, PIE	Eventos periódicos
5, AIE	Alarmes
4, UIE	Fim de atualização

A contém o seletor de taxa periódica. Para os valores usuais do seletor RS entre 3 e 15, a frequência é $32768/2^{RS-1}$ Hz. Por exemplo, RS = 6 dá 1024 Hz e RS = 15 dá 2 Hz. Preserva os bits superiores do registo ao alterar o seletor e não extrapoles a fórmula para os códigos especiais 0, 1 e 2.

O registo C assinala PF, AF e UF nos bits 6, 5 e 4. IRQF no bit 7 indica o pedido. Ler C limpa as causas assinaladas e permite que a linha deixe de manter esse pedido. Uma rotina que nunca lê C pode atender o primeiro evento e deixar de receber os seguintes.

Guarda o byte lido e testa cada causa com um if independente, porque com C = 0xD0 temos IRQF, PF e UF ativos e um else if trataria só um dos dois eventos. Os flags podem registar eventos mesmo quando a respetiva geração de interrupção está desativada; interpreta-os com a configuração aplicável.

Alarmes e validade

Os três campos de alarme comparam segundos, minutos e horas. Um campo com os dois bits superiores a 1 representa “qualquer valor”. Com hora e minuto indiferentes e segundos 0, o alarme coincide no início de cada minuto. Com os três campos indiferentes, coincide a cada segundo, se a geração de alarme estiver ativa.

O registo D tem VRT no bit 7. Se estiver a 0, a validade da memória e da hora é duvidosa, por exemplo após falha da alimentação de reserva. Converter bytes para uma data bem formada não prova que o relógio esteja certo.

Para alterar um bit de B, lê o valor anterior, modifica apenas a máscara pretendida e repõe-o quando terminares. Limpar PIE não deve mudar DM nem o formato de 12/24 horas. A limpeza final tem duas partes: desativar a causa no RTC e remover a subscrição no Minix.