知不足而奋进 望远山而前行
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前言
在嵌入式系统开发中，实时时钟（RTC）是至关重要的组件，它提供了准确的日期和时间信息，为各种应用场景提供了时间基准。本文将深入探讨RTC的设计原理和初始化过程，帮助您理解RTC在GD32F407上的实现方式以及如何进行初始化、配置和读取时间等操作。
学习目标
- 理解原理图RTC设计部分
- 掌握初始化RTC
- 掌握设置时间
- 掌握读取时间
学习内容
RTC时钟介绍
RTC是实时时钟(Real-Time Clock)的缩写。它是一种硬件模块或芯片,用于提供准确的日期和时间信息。
GD32F407上有RTC的外设,它提供了一个包含日期(年/月/日)和时间(时/分/秒/亚秒)的日历功能。除亚秒用二进制码显示外,时间和日期都以BCD码的形式显示。
RTC本质上就是一个1秒计数器,通过秒来换算出时间。因此需要我们提供一个1HZ频率的时钟。
RTC结构框图
RTC原理图
RTC时钟电源
RTC时钟分为两个电源域。RTC的核心部分位于备份域中。系统复位或从待机模式唤醒时,RTC的设置和时间都保持不变。另一部分包括APB接口及一组控制寄存器位于VDD电源域中。
RTC的配置流程
RTC时钟
开发流程
- 加载依赖。
gd32f4xx_rtc.c,gd32f4xx_pmu.c - 初始化RTC。
- 时钟配置。
- 获取时钟。
RTC初始化
// 电池管理加载
rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
pmu_backup_write_enable();
// 重置备份域（不重置可能导致无法设置晶振，出现不走字情况）
/* reset backup domain */
rcu_bkp_reset_enable();
rcu_bkp_reset_disable();
// 2. 设置时钟的晶振 LXTAL (低速外部时钟, 需焊接)
// rcu_osci_on(RCU_LXTAL);
// rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL);
// rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL);
// 2. 设置时钟的晶振 IRC32K
// rcu_osci_on(RCU_IRC32K);
// // 等待晶振稳定
// rcu_osci_stab_wait(RCU_IRC32K);
// /* 给rtc配置晶振 configure the RTC clock source selection */
// rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_IRC32K);
// 2. 设置时钟的晶振 HXTAL -> 8M
rcu_osci_on(RCU_HXTAL);
// 等待晶振稳定
rcu_osci_stab_wait(RCU_HXTAL);
/* 给rtc配置晶振 configure the RTC clock source selection */
rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_HXTAL_DIV_RTCDIV);
// 分频系数（HXTAL时，需要配置） // DIV25 -> 320K
rcu_rtc_div_config(RCU_RTC_HXTAL_DIV25);
// RTC功能加载
rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC);
rtc_register_sync_wait();
- RTC电源供应为外部独立电路，需要加载电源管理，打开rtc电源供应。
- 重置备份域，不重置可能导致无法设置晶振，出现时钟不走字情况。
- RTC的时钟晶振为外部，需要加载外部晶振。
- 加载完成过程，需要等待同步。
时钟配置
rtc_parameter_struct rps;
rps.year = 0x23;
rps.month = 0x04;
rps.date = 0x20;
rps.day_of_week = 0x04;
rps.hour = 0x23;
rps.minute = 0x59;
rps.second = 0x55;
rps.display_format = RTC_24HOUR;
rps.am_pm = RTC_AM;
// 配置异步和同步分频器数值 LXTAL
// rps.factor_asyn = 0x7F;
// rps.factor_syn = 0xFF;
// 配置异步和同步分频器数值IRC32K
// rps.factor_asyn = 0x7F; // 7位异步预分频器， 0x0 - 0x7F
// rps.factor_syn = 0xF9; // 15位同步预分频器。0x0 - 0x7FFF
// IRC32K ck_spre = 1 -> 1秒 -> 1个时钟 (1Hz)
// ck_spre = rtc_clk / ((FACTOR_A + 1)*( FACTOR_S + 1))
// 1 = 32K / ((0x7F + 1)*( FACTOR_S + 1))
// FACTOR_S = 32K / 0x80 - 1 = 32K / 128 - 1 = 249
// 配置异步和同步分频器数值HXTAL_DIV25
rps.factor_asyn = 127; // 7位异步预分频器， 0x0 - 0x7F
rps.factor_syn = 2499; // 15位同步预分频器。0x0 - 0x7FFF
// HXTAL_DIV25 -> 8M/25 -> 320K
// ck_spre = 1 -> 1秒 -> 1个时钟 (1Hz)
// ck_spre = rtc_clk / ((FACTOR_A + 1)*( FACTOR_S + 1))
// 1 = 320K / ((0x7F + 1)*( FACTOR_S + 1))
// FACTOR_S = 320K / 0x80 - 1 = 32K / 128 - 1 = 2499
rtc_init(&rps);
1 = rtc_clk/(asyn + 1)/(syn + 1)
- asyn取值范围为0到0x7F
- syn取值范围为0到0x07FF
时钟获取
rtc_parameter_struct rps;
rtc_current_time_get(&rps);
uint16_t year = READ_BCD(rps.year) + 2000;
uint8_t month = READ_BCD(rps.month);
uint8_t date = READ_BCD(rps.date);
uint8_t week = READ_BCD(rps.day_of_week);
uint8_t hour = READ_BCD(rps.hour);
uint8_t minute = READ_BCD(rps.minute);
uint8_t second = READ_BCD(rps.second);
printf("%d-%d-%d %d %d:%d:%d\r\n", year, month, date, week, hour, minute, second);
BCD格式转化
BCD（Binary-Coded Decimal，二进制编码十进制）是一种用于表示十进制数字的二进制编码形式。在RTC（实时时钟）等应用中，BCD格式常用于存储和显示日期和时间信息。它的主要特点是每个十进制数位都被编码成4位二进制数。
在BCD格式中，一个十进制数的每一位被表示为4位二进制数，其中每个二进制数位都对应一个十进制数位。例如：
- 十进制数 0 用BCD表示为 0000。
- 十进制数 1 用BCD表示为 0001。
- 十进制数 9 用BCD表示为 1001。
这样，一个BCD字节（8位）可以表示两个十进制数字。
// 十位取出左移4位 + 个位 (得到BCD数)
#define WRITE_BCD(val) ((val / 10) << 4) + (val % 10)
// 将高4位乘以10 + 低四位 (得到10进制数)
#define READ_BCD(val) (val >> 4) * 10 + (val & 0x0F)
完整代码
#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include <stdio.h>
#include "main.h"
#include "Usart.h"
// 十位取出左移4位 + 个位 (得到BCD数)
#define WRITE_BCD(val) ((val / 10) << 4) + (val % 10)
// 将高4位乘以10 + 低四位 (得到10进制数)
#define READ_BCD(val) (val >> 4) * 10 + (val & 0x0F)
void Usart0_recv(uint8_t *data, uint32_t len) {
printf("%s\r\n", data);
}
static void RTC_config() {
// 电池管理加载
rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
pmu_backup_write_enable();
// 重置备份域（不重置可能导致无法设置晶振，出现不走字情况）
/* reset backup domain */
rcu_bkp_reset_enable();
rcu_bkp_reset_disable();
// 晶振加载
rcu_osci_on(RCU_LXTAL);
rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL);
rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL);
// RTC功能加载
rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC);
rtc_register_sync_wait();
rtc_parameter_struct rps;
rps.year = WRITE_BCD(23);
rps.month = WRITE_BCD(4);
rps.date = WRITE_BCD(20);
rps.day_of_week = WRITE_BCD(4);
rps.hour = WRITE_BCD(23);
rps.minute = WRITE_BCD(59);
rps.second = WRITE_BCD(55);
rps.display_format = RTC_24HOUR;
rps.am_pm = RTC_AM;
rps.factor_asyn = 0x7F;
rps.factor_syn = 0xFF;
rtc_init(&rps);
}
static void RTC_read() {
rtc_parameter_struct rps;
rtc_current_time_get(&rps);
uint16_t year = READ_BCD(rps.year) + 2000;
uint8_t month = READ_BCD(rps.month);
uint8_t date = READ_BCD(rps.date);
uint8_t week = READ_BCD(rps.day_of_week);
uint8_t hour = READ_BCD(rps.hour);
uint8_t minute = READ_BCD(rps.minute);
uint8_t second = READ_BCD(rps.second);
printf("%d-%d-%d %d %d:%d:%d\r\n", year, month, date, week, hour, minute, second);
}
int main(void)
{
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);
systick_config();
Usart0_init();
RTC_config();
while(1) {
RTC_read();
delay_1ms(1000);
}
}
RTC时钟备份寄存器
RTC时钟有20个32位(共80字节)通用备份寄存器,能够在省电模式下保存数据。通过备份寄存器可以实现只配置一次时间即可。
注意：如果在尝试向RTC_BKP0写入数据之前或之后调用了rcu_bkp_reset_enable()，那么这确实会导致写入的数据在系统复位后丢失，因为RTC备份寄存器会被复位重置 。因此，要确保在向RTC备份寄存器写入数据并期望这些数据在复位后仍然有效时，不能调用 rcu_bkp_reset_enable()。
if( RTC_BKP0 == 0xf234 ){
//说明不是第一次初始化，可以不用重新设置时间
}else{//如果后备寄存器0 的值 不为 0XF234
//设置后备寄存器0的值为 0XF234，标记已经初始化过RTC
RTC_BKP0 = 0xf234;
//初始化RTC时间
RtcTimeConfig(0x23,0x07,0x12,0x03,0x12,0x59,0x50);
}
总结
- 理解了RTC的基本原理，包括其在实时时钟设计中的作用和结构。
- 掌握了初始化RTC的步骤，包括加载依赖、配置时钟源和初始化RTC等。
- 理解了设置时间的方法，包括配置时钟参数和异步同步分频器的数值等。
- 掌握了读取时间的操作，包括BCD格式转换和从RTC中获取日期和时间信息。