RTC实时时钟简介
RTC外设（Real Time Clock）实质是一个掉电后还继续运行的定时器。从定时器的角度，相对于通用定时器Timer外设，它十分简单，只有很纯粹的计时和触发中断的功能，但具备掉电还能继续运行的特殊功能，可以应用在特定场景。这里所说的掉电是指主电源VDD断开的情况，因此为了RTC外设掉电继续运行，必须接上锂电池通过VBAT引脚供电。当主电源VDD有效时，由VDD给RTC外设供电；而当VDD掉电后，由VBAT给RTC外设供电。但无论由什么电源供电，RTC中的数据都保存在属于RTC的备份域中，若主电源VDD和VBAT都掉电，那么备份域中保存的所有数据将丢失。
从RTC的定时器特性来说，它是一个32位的计数器，只能向上计数。在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能，修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。它使用的时钟源有三种，分别为高速外部时钟的128分频（HSE/128）、低速内部时钟LSI以及低速外部时钟LSE。在主电源VDD掉电的情况下，HSE和LSI这两个时钟来源都会受到影响，没法保证RTC正常工作，因此RTC一般使用低速外部时钟LSE供电。在主电源VDD有效的情况下(待机)，RTC还可以配置闹钟事件使CKS32退出待机模式。
RTC框图结果分析
RTC由两个主要部分组成，参见下图。第一部分（背景灰色区域）用来和APB1总线相连，属于备份域，在VDD掉电时可在VBAT的驱动下继续运行。这部分仅包括RTC的分频器，计数器和闹钟控制器。若VDD电源有效，RTC可以触发RTC_Second（秒中断）、RTC_Overflow（溢出事件）和RTC_Alarm（闹钟中断）。此单元还包含一组16位寄存器，可通过APB1总线对其进行读写操作。APB1接口由APB1总线时钟驱动，用来与APB1总线连接。
另一部分（RTC核心）由一组可编程计数器组成，分成两个主要模块。第一个模块是RTC的预分频模块，它可编程产生最长为1秒的RTC时间基准TR_CLK。RTC的预分频模块包含了一个20位的可编程分频器(RTC 预分频器)。如果在RTC_CR寄存器中设置了相应的允许位，则在每个TR_CLK周期中RTC产生一个中断(秒中断)。第二个模块是一个32位的可编程计数器，可被初始化为当前的系统时间，按秒钟计算，可以记录4294967296秒，约合136年左右，作为一般应用已经足够。RTC还有一个闹钟寄存器RTC_ALR，用于产生闹钟。系统时间按TR_CLK周期累加并与存储在RTC_ALR寄存器中的可编程时间相比较，如果RTC_CR控制寄存器中设置了相应允许位，比较匹配时将产生一个闹钟中断。
图1 简化的RTC框图
由于备份域的存在，使得RTC内核具有了完全独立于APB1接口的特性，也因此对RTC寄存器的访问要遵守一定的规则。系统复位后，默认禁止访问后备寄存器和RTC，防止对后备区域BKP的意外写操作。需要执行以下操作使能才可以对后备寄存器和RTC的访问：（1）设置RCC_APB1ENR寄存器的PWREN和BKPEN位来使能电源和后备接口时钟。（2）设置PWR_CR寄存器的DBP位使能对后备寄存器和RTC的访问。设置后备寄存器为可访问后，在第一次通过APB1接口访问RTC时，因为时钟频率的差异，所以必须等待APB1与RTC外设同步，确保被读取出来的RTC寄存器值是正确的。如果内核要对RTC寄存器进行任何的写操作，在内核发出写指令后，RTC模块在3个RTCCLK时钟之后才开始正式的写RTC寄存器操作。由于RTCCLK的频率比内核主频低得多，所以每次操作后必须要检查RTC关闭操作标志位RTOFF，当这个标志被置1时，写操作才正式完成。当然，以上的操作都具有库函数来快速实现。
RTC控制相关库函数
标准库对RTC控制提供了完善的函数，使用它们可以方便地进行控制，本小节对这些内容进行讲解。RTC相关的库函数在文件cks32f10x_rtc.c和cks32f10x_rtc.h文件中。
1、等待时钟同步和操作完成
RTC区域的时钟比APB时钟慢，访问前需要进行时钟同步，只要调用库函数 RTC_WaitForSynchro即可，而如果修改了RTC的寄存器，又需要调用RTC_WaitForLastTask函数确保数据已写入。这两个库函数主要通过while循环检测RTC控制寄存器的RSF和RTOFF位实现等待功能。
/**
* @brief 等待RTC寄存器与APB时钟同步 (RTC_CNT, RTC_ALR and RTC_PRL)
* @note 在APB时钟复位或停止后，在对RTC寄存器的任何操作前，必须调用本函数
* @param None
* @retval None
*/
void RTC_WaitForSynchro(void)
{
RTC->CRL &= (uint16_t)~RTC_FLAG_RSF; // 清除RSF寄存器位
while ((RTC->CRL & RTC_FLAG_RSF) == (uint16_t)RESET); //等待RSF寄存器位为SET
}
/**
* @brief 等待上一次对RTC寄存器的操作完成
* @note 修改RTC寄存器后，必须调用本函数
* @param None
* @retval None
*/
void RTC_WaitForLastTask(void)
{
while ((RTC->CRL & RTC_FLAG_RTOFF) == (uint16_t)RESET) ; //等待至 RTOFF 寄存器位为SET
}2、使能备份域及RTC访问
默认情况下RTC 所属的备份域禁止访问，可用库函数PWR_BackupAccessCmd使能访问。
/**
* @brief 使能对RTC和Backup寄存器的访问
* @param ENABLE 或 DISABLE
* @retval None
*/
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState)
{
*(__IO uint32_t *) CR_DBP_BB = (uint32_t)NewState;
}
该函数通过PWR_CR寄存器的DBP位使能访问，使能后才可以访问RTC相关的寄存器，然而若希望修改RTC的寄存器，还需要进一步调用RTC_EnterConfigMode使能RTC控制寄存器的CNF位使能寄存器配置。
/**
* @brief 进入RTC配置模式
* @param None
* @retval None
*/
void RTC_EnterConfigMode(void)
{
RTC->CRL |= RTC_CRL_CNF; //设置CNF位进入配置模式
}3、设置RTC时钟分频
选择RTC使用的时钟后，可以使用库函数RTC_SetPrescaler进行分频，把函数参数PrescalerValue写入到RTC的PRLH和PRLL寄存器，一般会把RTC时钟分频得到1Hz时钟。
/**
* @brief 设置RTC分频配置
* @param PrescalerValue：RTC分频值
* @retval None
*/
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue)
{
RTC_EnterConfigMode();
RTC->PRLH = (PrescalerValue & PRLH_MSB_MASK) >> 16; //设置RTC分频值的高八位
RTC->PRLL = (PrescalerValue & RTC_LSB_MASK); //设置RTC分频值的低八位
RTC_ExitConfigMode();
}4、设置RTC计数器
RTC外设中最重要的就是计数器以及闹钟寄存器了，它们可以使用RTC_SetCounter、RTC_GetCounter以及RTC_SetAlarm库函数操作。利用RTC_SetCounter可以向RTC的计数器写入新数值，通常这些数值被设置为时间戳以更新时间。RTC_GetCounter函数则用于在RTC正常运行时获取当前计数器的值以获取当前时间。RTC_SetAlarm函数用于配置闹钟时间，当计数器的值与闹钟寄存器的值相等时，可产生闹钟事件或中断，该事件可以把睡眠、停止和待机模式的芯片唤醒。
/**
* @brief 设置RTC计数器的值
* @param CounterValue：要设置的RTC计数值
* @retval None
*/
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)
{
RTC_EnterConfigMode();
RTC->CNTH = CounterValue >> 16; //设置RTC计数值的高八位
RTC->CNTL = (CounterValue & RTC_LSB_MASK); //设置RTC计数值的低八位
RTC_ExitConfigMode();
}
/**
* @brief 获取RTC计数器的值
* @param None
* @retval 返回RTC计数器的值
*/
uint32_t RTC_GetCounter(void)
{
uint16_t tmp = 0;
tmp = RTC->CNTL;
return (((uint32_t)RTC->CNTH << 16 ) | tmp) ;
}
/**
* @brief 设置RTC闹钟的值
* @param AlarmValue：要设置的RTC闹钟值
* @retval None
*/
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue)
{
RTC_EnterConfigMode();
RTC->ALRH = AlarmValue >> 16; //设置RTC闹钟的高八位
RTC->ALRL = (AlarmValue & RTC_LSB_MASK); //设置RTC闹钟的低八位
RTC_ExitConfigMode();
}UNIX时间戳
在使用RTC外设前，还需要引入UNIX时间戳的概念。如果从现在起，把计数器RTC_CNT的计数值置0，然后每秒加1，RTC_CNT什么时候会溢出呢？由于RTC_CNT是32位寄存器，可存储的最大值为(232-1)，这样计时的话，在232秒后溢出，N=232/365/24/60/60≈136年，即它将在今后136年时溢出。
假如某个时刻读取到计数器的数值为X=60*60*24*2，即两天时间的秒数，而假设又知道计数器是在2011年1月1日的0时0分0秒置0的，那么就可以根据计数器的这个相对时间数值，计算得这个X时刻是2011年1月3日的0时0分0秒了。而计数器则会在(2011+136)年左右溢出，也就是说到了（2011+136）年时，如果我们还在使用这个计数器提供时间的话就会出现问题。在这个例子中，定时器被置0的这个时间被称为计时元年，相对计时元年经过的秒数称为时间戳，也就是计数器中的值。
大多数操作系统都是利用时间戳和计时元年来计算当前时间的，而这个时间戳和计时元年大家都取了同一个标准——UNIX时间戳和UNIX计时元年。UNIX计时元年被设置为格林威治时间1970年1月1日0时0分0秒，大概是为了纪念UNIX的诞生的时代吧，而UNIX时间戳即为当前时间相对于UNIX计时元年经过的秒数。因为UNIX时间戳主要用来表示当前时间或者和电脑有关的日志时间（如文件创立时间，log发生时间等），考虑到所有电脑文件不可能在1970年前创立，所以用UNIX时间戳很少用来表示1970前的时间。
在这个计时系统中，使用的是有符号的32位整型变量来保存UNIX时间戳的，即实际可用计数位数比我们上面例子中的少了一位，少了这一位，UNIX 计时元年也相对提前了一半，这个计时方法在2038年1月19日03时14分07秒将会发生溢出，这个时间离我们并不远，在设计预期寿命较长的设备需要注意。
小结
本章内容介绍了CKS32F107系列RTC实时时钟外设的硬件结构和工作原理，并结合相关寄存器讲解了与RTC控制相关的外设库函数使用方法，最后介绍了UNIX时间戳的概念。从上述内容可知，RTC外设是个连续计数的计数器，利用它提供的时间戳，可通过程序转换输出实时时钟和日历的功能，修改计数器的值则可以重新设置系统当前的时间和日期。由于它的时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)是在备份域，在系统复位或从待机模式唤醒后RTC的设置维持不变，而且使用备份域电源可以让RTC计时器在主电源关掉的情况下仍然运行，保证时间的正确。有了这些基础，下一节将详细介绍如何利用RTC的计时功能实现一个简单的万年历效果。
来源：中科芯MCU
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