STM32开发 -- RTC详解

RTC实时时钟部分，之前也是有讲到过的。
Hi3516A开发–RTC电路
接下来看一下STM32里RTC该怎么配置

一、RTC实时时钟特征与原理

查看STM32中文手册 16 实时时钟(RTC)（308页）

小容量产品是指闪存存储器容量在16K至32K字节之间的STM32F101xx、 STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。
中容量产品是指闪存存储器容量在64K至128K字节之间的STM32F101xx、 STM32F102xx和STM32F103xx微控制器。
大容量产品是指闪存存储器容量在256K至512K字节之间的STM32F101xx和STM32F103xx微控制器。
互联型产品是指STM32F105xx和STM32F107xx微控制器。
除非特别说明，本章描述的模块适用于整个STM32F10xxx微控制器系列。

RTC (Real Time Clock)：实时时钟

实时时钟是一个独立的定时器。 RTC模块拥有一组连续计数的计数器，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。
RTC模块和时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)处于后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后， RTC的设置和时间维持不变。
系统复位后，对后备寄存器和RTC的访问被禁止，这是为了防止对后备区域(BKP)的意外写操作。执行以下操作将使能对后备寄存器和RTC的访问：
● 设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能电源和后备接口时钟
● 设置寄存器PWR_CR的DBP位，使能对后备寄存器和RTC的访问。

RTC特征

可编程的预分频系数：分频系数最高为220。
● 32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量。
● 2个分离的时钟：用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟(RTC时钟的频率必须小于PCLK1时钟
频率的四分之一以上)。
● 可以选择以下三种RTC的时钟源：
─ HSE时钟除以128；
─ LSE振荡器时钟；
─ LSI振荡器时钟(详见6.2.8节RTC时钟)。
● 2个独立的复位类型：
─ APB1接口由系统复位；
─ RTC核心(预分频器、闹钟、计数器和分频器)只能由后备域复位(详见6.1.3节)。
● 3个专门的可屏蔽中断：
─ 闹钟中断，用来产生一个软件可编程的闹钟中断。
─ 秒中断，用来产生一个可编程的周期性中断信号(最长可达1秒)。
─ 溢出中断，指示内部可编程计数器溢出并回转为0的状态。

二、RTC由两部分组成

APB1接口：用来和APB1总线相连。通过APB1接口可以访问RTC的相关寄存器（预分频值，计数器值，闹钟值）。
RTC核心：由一组可编程计数器组成。分两个主要模块。
第一个是RTC预分频模块，它可以编程产生最长1秒的RTC时间基TR_CLK。如果设置了秒中断允许位，可以产生秒中断。
第二个是32位的可编程计数器，可被初始化为当前时间。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，当匹配时候如果设置了闹钟中断允许位，可以产生闹钟中断。

RTC内核完全独立于APB1接口，软件通过APB1接口对RTC相关寄存器访问。但是相关寄存器只在RTC APB1时钟进行重新同步的RTC时钟的上升沿被更新。所以软件必须先等待寄存器同步标志位（RTC_CRL的RSF位）被硬件置1才读。

三、RTC时钟源

首先讲一下时钟源：

三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)：
● HSI振荡器时钟
● HSE振荡器时钟
● PLL时钟
这些设备有以下2种二级时钟源：
● 40kHz低速内部RC，可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动RTC。 RTC用于从停机/待机模式下自动唤醒系统。
● 32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。
当不被使用时，任一个时钟源都可被独立地启动或关闭，由此优化系统功耗。

用户可通过多个预分频器配置AHB、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)域的频率。 AHB和APB2域的最大频率是72MHz。 APB1域的最大允许频率是36MHz。 SDIO接口的时钟频率固定为HCLK/2。
RCC通过AHB时钟(HCLK)8分频后作为Cortex系统定时器(SysTick)的外部时钟。通过对SysTick控制与状态寄存器的设置，可选择上述时钟或Cortex(HCLK)时钟作为SysTick时钟。 ADC时钟由高速APB2时钟经2、 4、 6或8分频后获得。
定时器时钟频率分配由硬件按以下2种情况自动设置：
1. 如果相应的APB预分频系数是1，定时器的时钟频率与所在APB总线频率一致。
2. 否则，定时器的时钟频率被设为与其相连的APB总线频率的2倍。

如上图，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
接下来我们一一看一下：

HSE时钟

高速外部时钟信号(HSE)由以下两种时钟源产生：
● HSE外部晶体/陶瓷谐振器
● HSE用户外部时钟
为了减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间，晶体/陶瓷谐振器和负载电容器必须尽可能地靠
近振荡器引脚。负载电容值必须根据所选择的振荡器来调整。

外部时钟源(HSE旁路)
在这个模式里，必须提供外部时钟。它的频率最高可达25MHz。用户可通过设置在时钟控制寄存器中的HSEBYP和HSEON位来选择这一模式。外部时钟信号(50%占空比的方波、正弦波或三角波)必须连到SOC_IN引脚，同时保证OSC_OUT引脚悬空。见图9。
外部晶体/陶瓷谐振器(HSE晶体)
4~16Mz外部振荡器可为系统提供更为精确的主时钟。相关的硬件配置可参考图9，进一步信息可参考数据手册的电气特性部分。
在时钟控制寄存器RCC_CR中的HSERDY位用来指示高速外部振荡器是否稳定。在启动时，直到这一位被硬件置’1’，时钟才被释放出来。如果在时钟中断寄存器RCC_CIR中允许产生中断，将会产生相应中断。
HSE晶体可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。

HSI时钟

HSI时钟信号由内部8MHz的RC振荡器产生，可直接作为系统时钟或在2分频后作为PLL输入。
HSI RC振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟。它的启动时间比HSE晶体振荡器短。然而，即使在校准之后它的时钟频率精度仍较差。
校准
制造工艺决定了不同芯片的RC振荡器频率会不同，这就是为什么每个芯片的HSI时钟频率在出厂前已经被ST校准到1%(25°C)的原因。系统复位时，工厂校准值被装载到时钟控制寄存器的HSICAL[7:0]位。
如果用户的应用基于不同的电压或环境温度，这将会影响RC振荡器的精度。可以通过时钟控制寄存器里的HSITRIM[4:0]位来调整HSI频率。
时钟控制寄存器中的HSIRDY位用来指示HSI RC振荡器是否稳定。在时钟启动过程中，直到这一位被硬件置’1’， HSI RC输出时钟才被释放。 HSI RC可由时钟控制寄存器中的HSION位来启动和关闭。
如果HSE晶体振荡器失效， HSI时钟会被作为备用时钟源。

PLL

内部PLL可以用来倍频HSI RC的输出时钟或HSE晶体输出时钟。
PLL的设置(选择HIS振荡器除2或HSE振荡器为PLL的输入时钟，和选择倍频因子)必须在其被激活前完成。一旦PLL被激活，这些参数就不能被改动。
如果PLL中断在时钟中断寄存器里被允许，当PLL准备就绪时，可产生中断申请。
如果需要在应用中使用USB接口， PLL必须被设置为输出48或72MHZ时钟，用于提供48MHz的USBCLK时钟。

LSE时钟

LSE晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。
LSE晶体通过在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEON位启动和关闭。
在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSERDY指示LSE晶体振荡是否稳定。在启动阶段，直到这个位被硬件置’1’后， LSE时钟信号才被释放出来。如果在时钟中断寄存器里被允许，可产生中断申请。
外部时钟源(LSE旁路)
在这个模式里必须提供一个32.768kHz频率的外部时钟源。你可以通过设置在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEBYP和LSEON位来选择这个模式。具有50%占空比的外部时钟信号(方波、正弦波或三角波)必须连到OSC32_IN引脚，同时保证OSC32_OUT引脚悬空，见图9。

LSI时钟

LSI RC担当一个低功耗时钟源的角色，它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。 LSI时钟频率大约40kHz(在30kHz和60kHz之间)。进一步信息请参考数据手册中有关电气特性部分。
LSI RC可以通过控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSION位来启动或关闭。
在控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSIRDY位指示低速内部振荡器是否稳定。在启动阶段，直到这个位被硬件设置为’1’后，此时钟才被释放。如果在时钟中断寄存器(RCC_CIR)里被允许，将产生LSI中断申请。
注意： 只有大容量和互联型产品可以进行LSI校准
LSI校准
可以通过校准内部低速振荡器LSI来补偿其频率偏移，从而获得精度可接受的RTC时间基数，以及独立看门狗(IWDG)的超时时间(当这些外设以LSI为时钟源)。
校准可以通过使用TIM5的输入时钟(TIM5_CLK)测量LSI时钟频率实现。测量以HSE的精度为保证，软件可以通过调整RTC的20位预分频器来获得精确的RTC时钟基数，以及通过计算得到精确的独立看门狗(IWDG)的超时时间。
LSI校准步骤如下：
1. 打开TIM5，设置通道4为输入捕获模式；
2. 设置AFIO_MAPR的TIM5_CH4_IREMAP位为’1’，在内部把LSI连接到TIM5的通道4；
3. 通过TIM5的捕获/比较4事件或者中断来测量LSI时钟频率；
4. 根据测量结果和期望的RTC时间基数和独立看门狗的超时时间，设置20位预分频器。

四、RTC时钟

通 过 设 置 备 份 域 控 制 寄 存 器 (RCC_BDCR) 里 的 RTCSEL[1:0] 位 ， RTCCLK 时钟源可以由HSE/128、LSE或LSI时钟提供。除非备份域复位，此选择不能被改变。
LSE时钟在备份域里，但HSE和LSI时钟不是。因此：
● 如果LSE被选为RTC时钟：
─ 只要VBAT维持供电，尽管VDD供电被切断， RTC仍继续工作。
● 如果LSI被选为自动唤醒单元(AWU)时钟：
─ 如果VDD供电被切断， AWU状态不能被保证。有关LSI校准，详见6.2.5节LSI时钟。
● 如果HSE时钟128分频后作为RTC时钟：
─ 如果VDD供电被切断或内部电压调压器被关闭(1.8V域的供电被切断)，则RTC状态不确定。
─ 必须设置电源控制寄存器(见4.4.1节)的DPB位(取消后备区域的写保护)为’1’。

五、RTC寄存器

上面都是从STM32中文手册里摘取的。大概了解一下RTC和时钟。
不过讲的有点扯，里面有多好寄存器，不知道是干啥的。接下来重点看一下这些寄存器。

RTC控制寄存器高位（RTC_CRH)

RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)

①修改CRH/CRL寄存器，必须先判断RSF位，确定已经同步。
②修改CNT,ALR,PRL的时候，必须先配置CNF位进入配置模式，修改完之后，设置CNF位为0退出配置模式
③同时在对RTC相关寄存器写操作之前，必须判断上一次写操作已经结束，也就是判断RTOFF位是否置位。

RTC预分频装载寄存器(RTC_PRLH/RTC_PRLL)

预分频装载寄存器用来保存RTC预分频器的周期计数值。它们受RTC_CR寄存器的RTOFF位保护，仅当RTOFF值为’1’时允许进行写操作。

RTC预分频器余数寄存器(RTC_DIVH / RTC_DIVL)

RTC计数器寄存器 (RTC_CNTH / RTC_CNTL)

RTC闹钟寄存器(RTC_ALRH/RTC_ALRL)

配置RTC寄存器

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。
另外，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。
配置过程：
1. 查询RTOFF位，直到RTOFF的值变为’1’
2. 置CNF值为1，进入配置模式
3. 对一个或多个RTC寄存器进行写操作
4. 清除CNF标志位，退出配置模式
5. 查询RTOFF，直至RTOFF位变为’1’以确认写操作已经完成。
仅当CNF标志位被清除时，写操作才能进行，这个过程至少需要3个RTCCLK周期。

读RTC寄存器

RTC核完全独立于RTC APB1接口。
软件通过APB1接口访问RTC的预分频值、 计数器值和闹钟值。但是，相关的可读寄存器只在与RTC APB1时钟进行重新同步的RTC时钟的上升沿被更新。 RTC标志也是如此的。
这意味着，如果APB1接口曾经被关闭，而读操作又是在刚刚重新开启APB1之后，则在第一次的内部寄存器更新之前，从APB1上读出的RTC寄存器数值可能被破坏了(通常读到0)。下述几种
情况下能够发生这种情形：
● 发生系统复位或电源复位
● 系统刚从待机模式唤醒(参见第4.3节： 低功耗模式)。
● 系统刚从停机模式唤醒(参见第4.3节： 低功耗模式)。
所有以上情况中， APB1接口被禁止时(复位、无时钟或断电)RTC核仍保持运行状态。
因此，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’。
注： RTC的 APB1接口不受WFI和WFE等低功耗模式的影响

六、RTC相关库函数讲解

库函数所在文件：stm32f10x_rtc.c / stm32f10x_rtc.h

RTC时钟源和时钟操作函数：

 void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t  CLKSource)；//时钟源选择
 void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState)//时钟使能

RTC配置函数（预分频，计数值：

void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);//预分频配置：PRLH/PRLL
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)；//设置计数器值：CNTH/CNTL
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue)；//闹钟设置：ALRH/ALRL

RTC中断设置函数：

 void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);//CRH

RTC允许配置和退出配置函数：

void RTC_EnterConfigMode(void);//允许RTC配置 :CRL位 CNF
void RTC_ExitConfigMode(void);//退出配置模式:CRL位 CNF

同步函数：

void RTC_WaitForLastTask(void)；//等待上次操作完成：CRL位RTOFF
void RTC_WaitForSynchro(void)；//等待时钟同步：CRL位RSF

相关状态位获取清除函数：

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);

其他相关函数（BKP等）

PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能
RCC_APB1PeriphClockCmd();//使能PWR和BKP时钟
RCC_LSEConfig();//开启LSE，RTC选择LSE作为时钟源
PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);//读BKP寄存器
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);//写BKP 

七、RTC配置一般步骤

1、使能PWR和BKP时钟：RCC_APB1PeriphClockCmd();
2、使能后备寄存器访问: PWR_BackupAccessCmd();
3、配置RTC时钟源，使能RTC时钟：
RCC_RTCCLKConfig();
RCC_RTCCLKCmd();
如果使用LSE，要打开LSE：RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
4、设置RTC预分频系数：RTC_SetPrescaler();
5、设置时间：RTC_SetCounter();
6、开启相关中断（如果需要）:RTC_ITConfig()；
7、编写中断服务函数：RTC_IRQHandler();
8、部分操作要等待写操作完成和同步。
RTC_WaitForLastTask();//等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
RTC_WaitForSynchro(); //等待RTC寄存器同步