代码收藏家技术教程 2024-01-28

STM32中的RTC/BKP模块详解

一、Unix时间戳

1.1 Unix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。

GMT：格林尼治标准时间（以地球自转为标准）；UTC：协调时间时间（以原子钟为标准）

闰秒：UTC和GMT偏差超过0.9s时，UTC执行闰秒。

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，不进位。

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 time.h标准库

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。

time_t实际是32/64位的整型数据；struct_tm实际是封装的整型结构体；

二、BKP

2.1 BKP简介

BKP（Backup Registers）备份寄存器，用于存储用户应用程序数据。

特性：BKP本质上位RAM存储器，但当VDD（2.0-3.6V）电源被切断，他们仍然由备用电源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。

防拆功能：BKP的TAMPER引脚产生的侵入事件会将所有备份寄存器内容清除。

时钟输出功能：BKP的RTC引脚可以输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲。

时钟误差校准功能：有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）

2.2 BKP基本结构

图中橙色部分位于STM32的后备区域，VDD主电源掉电时，后备区域会由备用电源VBAT维持供电。

三、RTC

3.1 RTC简介

RTC（Real Time Clock）实时时钟，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）维持供电继续走时。

STM32的RTC外设内置32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器。

STM32的RTC外设拥有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），高速外部时钟

LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz），低速外部时钟（最常用于RTC）

LSI振荡器时钟（40KHz），低速内部时钟

内部时钟由RC电路产生；外部时钟由外置晶振产生，更准确。

3.2 RTC基本结构

时钟信号接RTCCLK，通向预分频器。

预分频器分频出每秒一次的信号传给计数器。

计数器CNT每秒自增实现Unix时间（秒时间）。

ALR闹钟寄存器可以设置时钟闹钟，在ALR=CNT时，可进中断，可唤醒芯片。

有三种信号可以进中断

Second：秒中断，每秒进一次中断。

Overflow：溢出中断，CNT溢出时进中断，32位CNT溢出要等到2106年。

Alarm：闹钟中断，闹钟时间到，ALR=CNT时进中断。

3.3 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

省流

用之前，要先开启PWR和BKP的时钟，以及使能访问。

上电后，要先等待同步。

配置模式，不管

每次写之前需要先等待上次写完。

四、配置BKP/RTC

读写BKP

'1. BKP初始化'
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
'2. 写BKP'
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0x1234);	// 小容量产品有BKP_DR1-10
'3. 读BKP'
Data = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1);

初始化RTC

'1. 开启PWR和BKP时钟，且PWR使能'
// 与BKP初始化相同
'2. 开启RTC的时钟，此处使用LSE'
RCC_LSEConfig(LSE_ON);				// 来自rcc.h
while (RCC_GetFlagStatus()!=SET);	// 等待LSE开启完成，来自rcc.h
'3. 配置RTCCLK数据选择器，选择LSE时钟源'
RCC_RTCCLKConfig(LSE);				// 选择时钟源，来自rcc.h
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);				// 使能时钟，来自rcc.h
'4. 等待同步，等待上一次操作完成'
RTC_WaitForSynchro();
RTC_WaitForLastTask();
'5. 配置预分频器， 保证CNT一秒一跳'
RTC_SetPrescaler(32768-1);			// LSE是32768HZ
RTC_WaitForLastTask();				// 等待操作完成
'6. 配置CNT初始值'
RTC_SetCounter(114514);
RTC_WaitForLastTask();	
'7. 按需配置闹钟、中断'

'补充：RTC初始化完成，可以读取RTC的值获取Unix时间'
RTC_GetCounter();
'补充：可以根据需求编写函数，实现读取/写入北京时间等操作'

'实现RTC时钟上下电不重置，可以借助BKP制造一个初始化标志位，若RTC已经初始化过则不需要重新初始化。'

五、常用库函数

BKP

void BKP_DeInit(void);
		// BKP复位函数，用于手动清空BKP所有数据
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);
		// 写BKP
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);
		// 读BKP
// 下面五个小功能，用的不多
void BKP_TamperPinLevelConfig(uint16_t BKP_TamperPinLevel);
		// 配置侵入检测功能（高低电平）
void BKP_TamperPinCmd(FunctionalState NewState);
		// 侵入检测功能使能
void BKP_ITConfig(FunctionalState NewState);
		// 中断使能
void BKP_RTCOutputConfig(uint16_t BKP_RTCOutputSource);
		// 配置时钟输出功能
void BKP_SetRTCCalibrationValue(uint8_t CalibrationValue);
		// 设置RTC校准值

FlagStatus BKP_GetFlagStatus(void);
		// 获取标志位
void BKP_ClearFlag(void);
		// 清除标志位
ITStatus BKP_GetITStatus(void);
		// 获取中断标志位
void BKP_ClearITPendingBit(void);
		// 清除中断标志位

RTC

void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);
		// 中断配置
void RTC_EnterConfigMode(void);
		// 进入配置模式，各库函数都有进入配置模式的代码，不需要单独执行
void RTC_ExitConfigMode(void);
		// 退出配置模式，同上
uint32_t  RTC_GetCounter(void);
		// 获取CNT的值，读取时间
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);
		// 写入CNT的值，用于写入CNT初值
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);
		// 配置分频器
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);
		// 配置闹钟值
uint32_t  RTC_GetDivider(void);
		// 获取余数寄存器DIV的值
void RTC_WaitForLastTask(void);
		// 等待上次写入操作完成
void RTC_WaitForSynchro(void);
		// 等待同步
FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG);
		// 获取标志位
void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG);
		// 清除标志位
ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT);
		// 获取中断标志位
void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);
		// 清除中断标志位