tests/rtc-test.c

   1 /*
   2  * QTest testcase for the MC146818 real-time clock
   3  *
   4  * Copyright IBM, Corp. 2012
   5  *
   6  * Authors:
   7  *  Anthony Liguori   <[email protected]>
   8  *
   9  * This work is licensed under the terms of the GNU GPL, version 2 or later.
  10  * See the COPYING file in the top-level directory.
  11  *
  12  */
  13
  14 #include <glib.h>
  15 #include <stdio.h>
  16 #include <string.h>
  17 #include <stdlib.h>
  18 #include <unistd.h>
  19
  20 #include "libqtest.h"
  21 #include "hw/timer/mc146818rtc_regs.h"
  22
  23 static uint8_t base = 0x70;
  24
  25 static int bcd2dec(int value)
  26 {
  27     return (((value >> 4) & 0x0F) * 10) + (value & 0x0F);
  28 }
  29
  30 static uint8_t cmos_read(uint8_t reg)
  31 {
  32     outb(base + 0, reg);
  33     return inb(base + 1);
  34 }
  35
  36 static void cmos_write(uint8_t reg, uint8_t val)
  37 {
  38     outb(base + 0, reg);
  39     outb(base + 1, val);
  40 }
  41
  42 static int tm_cmp(struct tm *lhs, struct tm *rhs)
  43 {
  44     time_t a, b;
  45     struct tm d1, d2;
  46
  47     memcpy(&d1, lhs, sizeof(d1));
  48     memcpy(&d2, rhs, sizeof(d2));
  49
  50     a = mktime(&d1);
  51     b = mktime(&d2);
  52
  53     if (a < b) {
  54         return -1;
  55     } else if (a > b) {
  56         return 1;
  57     }
  58
  59     return 0;
  60 }
  61
  62 #if 0
  63 static void print_tm(struct tm *tm)
  64 {
  65     printf("%04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n",
  66            tm->tm_year + 1900, tm->tm_mon + 1, tm->tm_mday,
  67            tm->tm_hour, tm->tm_min, tm->tm_sec, tm->tm_gmtoff);
  68 }
  69 #endif
  70
  71 static void cmos_get_date_time(struct tm *date)
  72 {
  73     int base_year = 2000, hour_offset;
  74     int sec, min, hour, mday, mon, year;
  75     time_t ts;
  76     struct tm dummy;
  77
  78     sec = cmos_read(RTC_SECONDS);
  79     min = cmos_read(RTC_MINUTES);
  80     hour = cmos_read(RTC_HOURS);
  81     mday = cmos_read(RTC_DAY_OF_MONTH);
  82     mon = cmos_read(RTC_MONTH);
  83     year = cmos_read(RTC_YEAR);
  84
  85     if ((cmos_read(RTC_REG_B) & REG_B_DM) == 0) {
  86         sec = bcd2dec(sec);
  87         min = bcd2dec(min);
  88         hour = bcd2dec(hour);
  89         mday = bcd2dec(mday);
  90         mon = bcd2dec(mon);
  91         year = bcd2dec(year);
  92         hour_offset = 80;
  93     } else {
  94         hour_offset = 0x80;
  95     }
  96
  97     if ((cmos_read(0x0B) & REG_B_24H) == 0) {
  98         if (hour >= hour_offset) {
  99             hour -= hour_offset;
 100             hour += 12;
 101         }
 102     }
 103
 104     ts = time(NULL);
 105     localtime_r(&ts, &dummy);
 106
 107     date->tm_isdst = dummy.tm_isdst;
 108     date->tm_sec = sec;
 109     date->tm_min = min;
 110     date->tm_hour = hour;
 111     date->tm_mday = mday;
 112     date->tm_mon = mon - 1;
 113     date->tm_year = base_year + year - 1900;
 114 #ifndef __sun__
 115     date->tm_gmtoff = 0;
 116 #endif
 117
 118     ts = mktime(date);
 119 }
 120
 121 static void check_time(int wiggle)
 122 {
 123     struct tm start, date[4], end;
 124     struct tm *datep;
 125     time_t ts;
 126
 127     /*
 128      * This check assumes a few things.  First, we cannot guarantee that we get
 129      * a consistent reading from the wall clock because we may hit an edge of
 130      * the clock while reading.  To work around this, we read four clock readings
 131      * such that at least two of them should match.  We need to assume that one
 132      * reading is corrupt so we need four readings to ensure that we have at
 133      * least two consecutive identical readings
 134      *
 135      * It's also possible that we'll cross an edge reading the host clock so
 136      * simply check to make sure that the clock reading is within the period of
 137      * when we expect it to be.
 138      */
 139
 140     ts = time(NULL);
 141     gmtime_r(&ts, &start);
 142
 143     cmos_get_date_time(&date[0]);
 144     cmos_get_date_time(&date[1]);
 145     cmos_get_date_time(&date[2]);
 146     cmos_get_date_time(&date[3]);
 147
 148     ts = time(NULL);
 149     gmtime_r(&ts, &end);
 150
 151     if (tm_cmp(&date[0], &date[1]) == 0) {
 152         datep = &date[0];
 153     } else if (tm_cmp(&date[1], &date[2]) == 0) {
 154         datep = &date[1];
 155     } else if (tm_cmp(&date[2], &date[3]) == 0) {
 156         datep = &date[2];
 157     } else {
 158         g_assert_not_reached();
 159     }
 160
 161     if (!(tm_cmp(&start, datep) <= 0 && tm_cmp(datep, &end) <= 0)) {
 162         long t, s;
 163
 164         start.tm_isdst = datep->tm_isdst;
 165
 166         t = (long)mktime(datep);
 167         s = (long)mktime(&start);
 168         if (t < s) {
 169             g_test_message("RTC is %ld second(s) behind wall-clock\n", (s - t));
 170         } else {
 171             g_test_message("RTC is %ld second(s) ahead of wall-clock\n", (t - s));
 172         }
 173
 174         g_assert_cmpint(ABS(t - s), <=, wiggle);
 175     }
 176 }
 177
 178 static int wiggle = 2;
 179
 180 static void set_year_20xx(void)
 181 {
 182     /* Set BCD mode */
 183     cmos_write(RTC_REG_B, REG_B_24H);
 184     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 185     cmos_write(RTC_YEAR, 0x11);
 186     cmos_write(RTC_CENTURY, 0x20);
 187     cmos_write(RTC_MONTH, 0x02);
 188     cmos_write(RTC_DAY_OF_MONTH, 0x02);
 189     cmos_write(RTC_HOURS, 0x02);
 190     cmos_write(RTC_MINUTES, 0x04);
 191     cmos_write(RTC_SECONDS, 0x58);
 192     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 193
 194     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_HOURS), ==, 0x02);
 195     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MINUTES), ==, 0x04);
 196     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_SECONDS), >=, 0x58);
 197     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_DAY_OF_MONTH), ==, 0x02);
 198     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MONTH), ==, 0x02);
 199     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_YEAR), ==, 0x11);
 200     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_CENTURY), ==, 0x20);
 201
 202     if (sizeof(time_t) == 4) {
 203         return;
 204     }
 205
 206     /* Set a date in 2080 to ensure there is no year-2038 overflow.  */
 207     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 208     cmos_write(RTC_YEAR, 0x80);
 209     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 210
 211     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_HOURS), ==, 0x02);
 212     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MINUTES), ==, 0x04);
 213     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_SECONDS), >=, 0x58);
 214     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_DAY_OF_MONTH), ==, 0x02);
 215     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MONTH), ==, 0x02);
 216     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_YEAR), ==, 0x80);
 217     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_CENTURY), ==, 0x20);
 218
 219     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 220     cmos_write(RTC_YEAR, 0x11);
 221     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 222
 223     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_HOURS), ==, 0x02);
 224     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MINUTES), ==, 0x04);
 225     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_SECONDS), >=, 0x58);
 226     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_DAY_OF_MONTH), ==, 0x02);
 227     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MONTH), ==, 0x02);
 228     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_YEAR), ==, 0x11);
 229     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_CENTURY), ==, 0x20);
 230 }
 231
 232 static void set_year_1980(void)
 233 {
 234     /* Set BCD mode */
 235     cmos_write(RTC_REG_B, REG_B_24H);
 236     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 237     cmos_write(RTC_YEAR, 0x80);
 238     cmos_write(RTC_CENTURY, 0x19);
 239     cmos_write(RTC_MONTH, 0x02);
 240     cmos_write(RTC_DAY_OF_MONTH, 0x02);
 241     cmos_write(RTC_HOURS, 0x02);
 242     cmos_write(RTC_MINUTES, 0x04);
 243     cmos_write(RTC_SECONDS, 0x58);
 244     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 245
 246     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_HOURS), ==, 0x02);
 247     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MINUTES), ==, 0x04);
 248     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_SECONDS), >=, 0x58);
 249     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_DAY_OF_MONTH), ==, 0x02);
 250     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MONTH), ==, 0x02);
 251     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_YEAR), ==, 0x80);
 252     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_CENTURY), ==, 0x19);
 253 }
 254
 255 static void bcd_check_time(void)
 256 {
 257     /* Set BCD mode */
 258     cmos_write(RTC_REG_B, REG_B_24H);
 259     check_time(wiggle);
 260 }
 261
 262 static void dec_check_time(void)
 263 {
 264     /* Set DEC mode */
 265     cmos_write(RTC_REG_B, REG_B_24H | REG_B_DM);
 266     check_time(wiggle);
 267 }
 268
 269 static void alarm_time(void)
 270 {
 271     struct tm now;
 272     time_t ts;
 273     int i;
 274
 275     ts = time(NULL);
 276     gmtime_r(&ts, &now);
 277
 278     /* set DEC mode */
 279     cmos_write(RTC_REG_B, REG_B_24H | REG_B_DM);
 280
 281     g_assert(!get_irq(RTC_ISA_IRQ));
 282     cmos_read(RTC_REG_C);
 283
 284     now.tm_sec = (now.tm_sec + 2) % 60;
 285     cmos_write(RTC_SECONDS_ALARM, now.tm_sec);
 286     cmos_write(RTC_MINUTES_ALARM, RTC_ALARM_DONT_CARE);
 287     cmos_write(RTC_HOURS_ALARM, RTC_ALARM_DONT_CARE);
 288     cmos_write(RTC_REG_B, cmos_read(RTC_REG_B) | REG_B_AIE);
 289
 290     for (i = 0; i < 2 + wiggle; i++) {
 291         if (get_irq(RTC_ISA_IRQ)) {
 292             break;
 293         }
 294
 295         clock_step(1000000000);
 296     }
 297
 298     g_assert(get_irq(RTC_ISA_IRQ));
 299     g_assert((cmos_read(RTC_REG_C) & REG_C_AF) != 0);
 300     g_assert(cmos_read(RTC_REG_C) == 0);
 301 }
 302
 303 static void set_time(int mode, int h, int m, int s)
 304 {
 305     /* set BCD 12 hour mode */
 306     cmos_write(RTC_REG_B, mode);
 307
 308     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 309     cmos_write(RTC_HOURS, h);
 310     cmos_write(RTC_MINUTES, m);
 311     cmos_write(RTC_SECONDS, s);
 312     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 313 }
 314
 315 #define assert_time(h, m, s) \
 316     do { \
 317         g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_HOURS), ==, h); \
 318         g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MINUTES), ==, m); \
 319         g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_SECONDS), ==, s); \
 320     } while(0)
 321
 322 static void basic_12h_bcd(void)
 323 {
 324     /* set BCD 12 hour mode */
 325     set_time(0, 0x81, 0x59, 0x00);
 326     clock_step(1000000000LL);
 327     assert_time(0x81, 0x59, 0x01);
 328     clock_step(59000000000LL);
 329     assert_time(0x82, 0x00, 0x00);
 330
 331     /* test BCD wraparound */
 332     set_time(0, 0x09, 0x59, 0x59);
 333     clock_step(60000000000LL);
 334     assert_time(0x10, 0x00, 0x59);
 335
 336     /* 12 AM -> 1 AM */
 337     set_time(0, 0x12, 0x59, 0x59);
 338     clock_step(1000000000LL);
 339     assert_time(0x01, 0x00, 0x00);
 340
 341     /* 12 PM -> 1 PM */
 342     set_time(0, 0x92, 0x59, 0x59);
 343     clock_step(1000000000LL);
 344     assert_time(0x81, 0x00, 0x00);
 345
 346     /* 11 AM -> 12 PM */
 347     set_time(0, 0x11, 0x59, 0x59);
 348     clock_step(1000000000LL);
 349     assert_time(0x92, 0x00, 0x00);
 350     /* TODO: test day wraparound */
 351
 352     /* 11 PM -> 12 AM */
 353     set_time(0, 0x91, 0x59, 0x59);
 354     clock_step(1000000000LL);
 355     assert_time(0x12, 0x00, 0x00);
 356     /* TODO: test day wraparound */
 357 }
 358
 359 static void basic_12h_dec(void)
 360 {
 361     /* set decimal 12 hour mode */
 362     set_time(REG_B_DM, 0x81, 59, 0);
 363     clock_step(1000000000LL);
 364     assert_time(0x81, 59, 1);
 365     clock_step(59000000000LL);
 366     assert_time(0x82, 0, 0);
 367
 368     /* 12 PM -> 1 PM */
 369     set_time(REG_B_DM, 0x8c, 59, 59);
 370     clock_step(1000000000LL);
 371     assert_time(0x81, 0, 0);
 372
 373     /* 12 AM -> 1 AM */
 374     set_time(REG_B_DM, 0x0c, 59, 59);
 375     clock_step(1000000000LL);
 376     assert_time(0x01, 0, 0);
 377
 378     /* 11 AM -> 12 PM */
 379     set_time(REG_B_DM, 0x0b, 59, 59);
 380     clock_step(1000000000LL);
 381     assert_time(0x8c, 0, 0);
 382
 383     /* 11 PM -> 12 AM */
 384     set_time(REG_B_DM, 0x8b, 59, 59);
 385     clock_step(1000000000LL);
 386     assert_time(0x0c, 0, 0);
 387     /* TODO: test day wraparound */
 388 }
 389
 390 static void basic_24h_bcd(void)
 391 {
 392     /* set BCD 24 hour mode */
 393     set_time(REG_B_24H, 0x09, 0x59, 0x00);
 394     clock_step(1000000000LL);
 395     assert_time(0x09, 0x59, 0x01);
 396     clock_step(59000000000LL);
 397     assert_time(0x10, 0x00, 0x00);
 398
 399     /* test BCD wraparound */
 400     set_time(REG_B_24H, 0x09, 0x59, 0x00);
 401     clock_step(60000000000LL);
 402     assert_time(0x10, 0x00, 0x00);
 403
 404     /* TODO: test day wraparound */
 405     set_time(REG_B_24H, 0x23, 0x59, 0x00);
 406     clock_step(60000000000LL);
 407     assert_time(0x00, 0x00, 0x00);
 408 }
 409
 410 static void basic_24h_dec(void)
 411 {
 412     /* set decimal 24 hour mode */
 413     set_time(REG_B_24H | REG_B_DM, 9, 59, 0);
 414     clock_step(1000000000LL);
 415     assert_time(9, 59, 1);
 416     clock_step(59000000000LL);
 417     assert_time(10, 0, 0);
 418
 419     /* test BCD wraparound */
 420     set_time(REG_B_24H | REG_B_DM, 9, 59, 0);
 421     clock_step(60000000000LL);
 422     assert_time(10, 0, 0);
 423
 424     /* TODO: test day wraparound */
 425     set_time(REG_B_24H | REG_B_DM, 23, 59, 0);
 426     clock_step(60000000000LL);
 427     assert_time(0, 0, 0);
 428 }
 429
 430 static void am_pm_alarm(void)
 431 {
 432     cmos_write(RTC_MINUTES_ALARM, 0xC0);
 433     cmos_write(RTC_SECONDS_ALARM, 0xC0);
 434
 435     /* set BCD 12 hour mode */
 436     cmos_write(RTC_REG_B, 0);
 437
 438     /* Set time and alarm hour.  */
 439     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 440     cmos_write(RTC_HOURS_ALARM, 0x82);
 441     cmos_write(RTC_HOURS, 0x81);
 442     cmos_write(RTC_MINUTES, 0x59);
 443     cmos_write(RTC_SECONDS, 0x00);
 444     cmos_read(RTC_REG_C);
 445     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 446
 447     /* Check that alarm triggers when AM/PM is set.  */
 448     clock_step(60000000000LL);
 449     g_assert(cmos_read(RTC_HOURS) == 0x82);
 450     g_assert((cmos_read(RTC_REG_C) & REG_C_AF) != 0);
 451
 452     /*
 453      * Each of the following two tests takes over 60 seconds due to the time
 454      * needed to report the PIT interrupts.  Unfortunately, our PIT device
 455      * model keeps counting even when GATE=0, so we cannot simply disable
 456      * it in main().
 457      */
 458     if (g_test_quick()) {
 459         return;
 460     }
 461
 462     /* set DEC 12 hour mode */
 463     cmos_write(RTC_REG_B, REG_B_DM);
 464
 465     /* Set time and alarm hour.  */
 466     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 467     cmos_write(RTC_HOURS_ALARM, 0x82);
 468     cmos_write(RTC_HOURS, 3);
 469     cmos_write(RTC_MINUTES, 0);
 470     cmos_write(RTC_SECONDS, 0);
 471     cmos_read(RTC_REG_C);
 472     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 473
 474     /* Check that alarm triggers.  */
 475     clock_step(3600 * 11 * 1000000000LL);
 476     g_assert(cmos_read(RTC_HOURS) == 0x82);
 477     g_assert((cmos_read(RTC_REG_C) & REG_C_AF) != 0);
 478
 479     /* Same as above, with inverted HOURS and HOURS_ALARM.  */
 480     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 481     cmos_write(RTC_HOURS_ALARM, 2);
 482     cmos_write(RTC_HOURS, 3);
 483     cmos_write(RTC_MINUTES, 0);
 484     cmos_write(RTC_SECONDS, 0);
 485     cmos_read(RTC_REG_C);
 486     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 487
 488     /* Check that alarm does not trigger if hours differ only by AM/PM.  */
 489     clock_step(3600 * 11 * 1000000000LL);
 490     g_assert(cmos_read(RTC_HOURS) == 0x82);
 491     g_assert((cmos_read(RTC_REG_C) & REG_C_AF) == 0);
 492 }
 493
 494 /* success if no crash or abort */
 495 static void fuzz_registers(void)
 496 {
 497     unsigned int i;
 498
 499     for (i = 0; i < 1000; i++) {
 500         uint8_t reg, val;
 501
 502         reg = (uint8_t)g_test_rand_int_range(0, 16);
 503         val = (uint8_t)g_test_rand_int_range(0, 256);
 504
 505         cmos_write(reg, val);
 506         cmos_read(reg);
 507     }
 508 }
 509
 510 static void register_b_set_flag(void)
 511 {
 512     /* Enable binary-coded decimal (BCD) mode and SET flag in Register B*/
 513     cmos_write(RTC_REG_B, REG_B_24H | REG_B_SET);
 514
 515     cmos_write(RTC_REG_A, 0x76);
 516     cmos_write(RTC_YEAR, 0x11);
 517     cmos_write(RTC_CENTURY, 0x20);
 518     cmos_write(RTC_MONTH, 0x02);
 519     cmos_write(RTC_DAY_OF_MONTH, 0x02);
 520     cmos_write(RTC_HOURS, 0x02);
 521     cmos_write(RTC_MINUTES, 0x04);
 522     cmos_write(RTC_SECONDS, 0x58);
 523     cmos_write(RTC_REG_A, 0x26);
 524
 525     /* Since SET flag is still enabled, these are equality checks. */
 526     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_HOURS), ==, 0x02);
 527     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MINUTES), ==, 0x04);
 528     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_SECONDS), ==, 0x58);
 529     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_DAY_OF_MONTH), ==, 0x02);
 530     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MONTH), ==, 0x02);
 531     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_YEAR), ==, 0x11);
 532     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_CENTURY), ==, 0x20);
 533
 534     /* Disable SET flag in Register B */
 535     cmos_write(RTC_REG_B, cmos_read(RTC_REG_B) & ~REG_B_SET);
 536
 537     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_HOURS), ==, 0x02);
 538     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MINUTES), ==, 0x04);
 539
 540     /* Since SET flag is disabled, this is an inequality check.
 541      * We (reasonably) assume that no (sexagesimal) overflow occurs. */
 542     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_SECONDS), >=, 0x58);
 543     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_DAY_OF_MONTH), ==, 0x02);
 544     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_MONTH), ==, 0x02);
 545     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_YEAR), ==, 0x11);
 546     g_assert_cmpint(cmos_read(RTC_CENTURY), ==, 0x20);
 547 }
 548
 549 int main(int argc, char **argv)
 550 {
 551     QTestState *s = NULL;
 552     int ret;
 553
 554     g_test_init(&argc, &argv, NULL);
 555
 556     s = qtest_start("-rtc clock=vm");
 557     qtest_irq_intercept_in(s, "ioapic");
 558
 559     qtest_add_func("/rtc/check-time/bcd", bcd_check_time);
 560     qtest_add_func("/rtc/check-time/dec", dec_check_time);
 561     qtest_add_func("/rtc/alarm/interrupt", alarm_time);
 562     qtest_add_func("/rtc/alarm/am-pm", am_pm_alarm);
 563     qtest_add_func("/rtc/basic/dec-24h", basic_24h_dec);
 564     qtest_add_func("/rtc/basic/bcd-24h", basic_24h_bcd);
 565     qtest_add_func("/rtc/basic/dec-12h", basic_12h_dec);
 566     qtest_add_func("/rtc/basic/bcd-12h", basic_12h_bcd);
 567     qtest_add_func("/rtc/set-year/20xx", set_year_20xx);
 568     qtest_add_func("/rtc/set-year/1980", set_year_1980);
 569     qtest_add_func("/rtc/misc/register_b_set_flag", register_b_set_flag);
 570     qtest_add_func("/rtc/misc/fuzz-registers", fuzz_registers);
 571     ret = g_test_run();
 572
 573     if (s) {
 574         qtest_quit(s);
 575     }
 576
 577     return ret;
 578 }