STM32-Unix时间戳和BKP备份寄存器以及RTC实时时钟

本内容基于江协科技STM32视频学习之后整理而得。

文章目录

[1. Unix时间戳](#1. Unix时间戳)
- [1.1 Unix时间戳简介](#1.1 Unix时间戳简介)
- [1.2 UTC/GMT](#1.2 UTC/GMT)
- [1.3 时间戳转换](#1.3 时间戳转换)
[2. BKP备份寄存器](#2. BKP备份寄存器)
- [2.1 BKP简介](#2.1 BKP简介)
- [2.2 BKP基本结构](#2.2 BKP基本结构)
- [2.3 BKP库函数](#2.3 BKP库函数)
[3. RTC实时时钟](#3. RTC实时时钟)
- [3.1 RTC简介](#3.1 RTC简介)
- [3.2 RTC框图](#3.2 RTC框图)
- [3.3 RTC基本结构](#3.3 RTC基本结构)
- [3.4 硬件电路](#3.4 硬件电路)
- [3.5 RTC操作注意事项](#3.5 RTC操作注意事项)
- [3.6 RTC库函数](#3.6 RTC库函数)

1. Unix时间戳

1.1 Unix时间戳简介

Unix 时间戳（Unix Timestamp）定义为从UTC/GMT的1970年1月1日0时0分0秒开始所经过的秒数，不考虑闰秒
时间戳存储在一个秒计数器中，秒计数器为32位/64位的整型变量
世界上所有时区的秒计数器相同，不同时区通过添加偏移来得到当地时间

1.2 UTC/GMT

GMT（Greenwich Mean Time）格林尼治标准时间是一种以地球自转为基础的时间计量系统。它将地球自转一周的时间间隔等分为24小时，以此确定计时标准
UTC（Universal Time Coordinated）协调世界时是一种以原子钟为基础的时间计量系统。它规定铯133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间为1秒。当原子钟计时一天的时间与地球自转一周的时间相差超过0.9秒时，UTC会执行闰秒来保证其计时与地球自转的协调一致

1.3 时间戳转换

C语言的time.h模块提供了时间获取和时间戳转换的相关函数，可以方便地进行秒计数器、日期时间和字符串之间的转换

函数	作用
time_t time(time_t*);	获取系统时钟
struct tm* gmtime(const time_t*);	秒计数器转换为日期时间（格林尼治时间）
struct tm* localtime(const time_t*);	秒计数器转换为日期时间（当地时间）
time_t mktime(struct tm*);	日期时间转换为秒计数器（当地时间）
char* ctime(const time_t*);	秒计数器转换为字符串（默认格式）
char* asctime(const struct tm*);	日期时间转换为字符串（默认格式）
size_t strftime(char, size_t, const char, const struct tm*);	日期时间转换为字符串（自定义格式）

2. BKP备份寄存器

2.1 BKP简介

BKP（Backup Registers）备份寄存器
BKP可用于存储用户应用程序数据。当VDD（2.0~3.6V）电源被切断，他们仍然由VBAT（1.8~3.6V）维持供电。当系统在待机模式下被唤醒，或系统复位或电源复位时，他们也不会被复位
TAMPER引脚产生的侵入事件将所有备份寄存器内容清除
RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲
存储RTC时钟校准寄存器
用户数据存储容量：

20字节（中容量和小容量）/ 84字节（大容量和互联型）

在STM32引脚定义图中，标红色的都是供电引脚，VDD和VSS_1、2、3是内部数字部分电路的供电。VDDA和VSSA是内部模拟部分电路的供电。该四组以VDD开头的供电，都是系统的主电源。在正常使用STM32时，这四组供电

全部都需要接到3.3V的电源上。VBAT是备用电池供电引脚，如果要使用STM32内部的BKP和RTC，该引脚必须接备用电池。用来维持BKP和RTC在VDD主电源掉电后的供电。备用电池只有一根正极的供电引脚，接电池时，电池正极接到VBAT，电池负极和主电源的负极接在一起供地。

2.2 BKP基本结构

橙色区域可以称为后备区域，功能是当VDD主电源掉电时，后备区域仍然可以由VBAT的备用电池供电。当VDD主电源上电时，后备区域供电会由VBAT切换到VDD。也就是，主电源有电时，VBAT不会用到，这样可以节省电池电量。
BKP位于后备区域。BKP主要有数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器和RTC时钟校准寄存器。数据寄存器是主要部分，用来存储数据的。每个数据寄存器都是16位的，一个数据寄存器可以存2个字节。中小容量的有DR1~DR10，所以容量是20字节。
TAMPER侵入检测，当产生上升沿和下降沿时，清除BKP所有的内容，以保证安全。
时钟输出，可以从PC13位置的RTC引脚输出出去，供外部使用。当输出校准时钟时，再配合校准寄存器，可以对RTC的误差进行校准。

2.3 BKP库函数

c 复制代码

// 缺省配置，手动清空BKP所有的数据寄存器
void BKP_DeInit(void);
// 配置TAMPER侵入检测的，配置引脚的高低电平
void BKP_TamperPinLevelConfig(uint16_t BKP_TamperPinLevel);
// 是否开启侵入检测功能
void BKP_TamperPinCmd(FunctionalState NewState);
// 中断配置
void BKP_ITConfig(FunctionalState NewState);
// 时钟输出
void BKP_RTCOutputConfig(uint16_t BKP_RTCOutputSource);
// 设置RTC校准值
void BKP_SetRTCCalibrationValue(uint8_t CalibrationValue);
// 写BKP，BKP_DR是指定写在哪个DR里，Data：写入的数据
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);
// 读BKP，BKP_DR是要读哪个DR
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);

FlagStatus BKP_GetFlagStatus(void);
void BKP_ClearFlag(void);
ITStatus BKP_GetITStatus(void);
void BKP_ClearITPendingBit(void);

// BKP访问使能，设置PWR_CR寄存器里的DBP位，
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState);

3. RTC实时时钟

3.1 RTC简介

RTC（Real Time Clock）实时时钟
RTC是一个独立的定时器，可为系统提供时钟和日历的功能
RTC和时钟配置系统处于后备区域，系统复位时数据不清零，VDD（2.0~3.6V）断电后可借助VBAT（1.8-3.6V）供电继续走时
32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器
20位的可编程预分频器，可适配不同频率的输入时钟
可选择三种RTC时钟源：
- HSE时钟除以128（通常为8MHz/128）：主要作为系统主时钟，主电源掉电后，停止运行
- LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz）：主要用于RTC，可以通过VBAT备用电池供电
- LSI振荡器时钟（40KHz）：主要用于看门狗时钟，主电源掉电后，停止运行

HSE=高速外部时钟信号

HSI=高速内部时钟信号

LSI=低速内部时钟信号

LSE=低速外部时钟信号

高速时钟：一般供内部程序运行和主要外设使用；

低速时钟：一般供RTC、看门狗使用；

3.2 RTC框图

左下角灰色区域是核心的分频和计数计时部分。右边是中断输出使能和NVIC部分。上面是APB1总线读写部分。下面是和PWR关联的部分，就是RTC的闹钟可以唤醒设备，退出待机模式，
图中的灰色区域都是后备区域，在主电源掉电后，可以使用备用电池维持工作。另外这些模块在待机时都会继续维持供电。其他未被填充的部分，就是待机时不供电。
分频和计数计时部分的时钟是RTCCLK，RTCCLK的时钟来源可以在RCC里配置，就是选择HSE、LSE、LSI，但由于该时钟都大于1Hz，因此，RTCCLK进来后首先经过RTC预分频器进行分频。该分频器由两个寄存器组成，上面是重装载寄存器RTC_PRL，下面是RTC_DIV余数寄存器，是计数器的作用。RTC_PRL是计数目标，写入6就是7分频，RTC_DIV是每来一个时钟计一个数，是一个自减计数器，每来一个输入时钟，DIV自减一次，自减到0时，再来一个输入时钟，DIV输出一个脉冲，产生溢出信号。同时DIV从PRL获取重装值，回到重装值继续自减。
32位的可编程计数器，可看作Unix时间戳的秒计数器，借用time.h的函数，就可以得到年月日时分秒。闹钟寄存器RTC_ALR，是一个32位的寄存器，和CNT是等宽的。可以在ALR写一个秒数，设定闹钟，当CNT的值和ALR设定的闹钟值一样时，就代表闹钟响了。这时就会产生RTC_Alarm闹钟信号，通往右边的中断系统。该闹钟信号可以让STM32退出待机模式。闹钟值是一个定值，只能响一次。
RTC_Second是秒中断，来源是CNT的左边，开启该中断，程序就会每秒进一次RTC中断。
RTC_Overflow溢出中断，来源是CNT的右边，当CNT的32位计数器计满溢出了，会触发一次中断，该中断一般不会触发。因为CNT定义的是无符号数，到2106年才会溢出。
RTC_CR中断：F结尾的是对应的中断标志位，IE结尾的是中断使能。三个信号通过一个或门汇聚到NVIC中断控制器。
APB1总线和APB1接口是程序读写寄存器的。
WKUP引脚和闹钟信号都可以唤醒设备。

3.3 RTC基本结构

3.4 硬件电路

3.5 RTC操作注意事项

执行以下操作将使能对BKP和RTC的访问：
- 设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟
- 设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问
若在读取RTC寄存器时，RTC的APB1接口曾经处于禁止状态，则软件首先必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位（寄存器同步标志）被硬件置1。
必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式后，才能写入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器。
对RTC任何寄存器的写操作，都必须在前一次写操作结束后进行。可以通过查询RTC_CR寄存器中的RTOFF状态位，判断RTC寄存器是否处于更新中。仅当RTOFF状态位是1时，才可以写入RTC寄存器。

3.6 RTC库函数

c 复制代码

// 配置LSE外部低速时钟
void RCC_LSEConfig(uint8_t RCC_LSE);
// 配置LSI内部低速时钟
void RCC_LSICmd(FunctionalState NewState);
// 选择RTCCLK的时钟源，即PPT上的数据选择器
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource);
// 启动RTCCLK
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);
// 获取标志位，调用RCC_LSEConfig之后，还要等待一下标志位
// 等RCC中的标志位LSERDY置1后，时钟才算启动完成，工作稳定
FlagStatus RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);

// 配置中断
void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);
// 进入配置模式，置CRL的CNF为1，进入配置模式
void RTC_EnterConfigMode(void);
// 退出配置模式，把CNF位清零
void RTC_ExitConfigMode(void);
// 获取计数器的值，用于获取时钟
uint32_t  RTC_GetCounter(void);
// 写入CNT的值，用于设置时间
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);
// 写入预分频器，写入到PRL中，用于配置预分频器的分频系数
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);
// 写入闹钟值
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);
// 读取预分频器中的DIV余数寄存器，一般是为了得到更细致的时间
uint32_t  RTC_GetDivider(void);
// 等待上次操作完成，循环直到RTOFF状态位为1
void RTC_WaitForLastTask(void);
// 等待同步，清除RSF标志位，然后循环，直到RSF为1
void RTC_WaitForSynchro(void);

FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG);
void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG);
ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT);
void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);