RTC

RTC的本質(zhì)很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)時(shí)鐘經(jīng)過精確分頻最后得到的一個(gè)1Hz的時(shí)鐘，也可以說是計(jì)數(shù)器，其他大部分功能都是基于這個(gè)計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的數(shù)字邏輯。

本文講的RTC是基于STM32F030來講的,相比與F1系列的RTC來說，M0的將很多原本需要軟件實(shí)現(xiàn)的功能硬件化了，使用起來更加便利。

先說說STM32F030的RTC有些什么功能：

1.集成日歷功能，不用像STM32F103一樣需要軟件算法來做;

2.夏令時(shí)補(bǔ)償；

3.鬧鐘功能；

4.集成了周期性自動(dòng)喚醒單元；

5.外部參考時(shí)鐘；

6.時(shí)鐘平移校準(zhǔn)（亞秒級(jí)）；

7.數(shù)字校準(zhǔn)

8.時(shí)間戳；

9.入侵檢測(cè)；

10.備份寄存器

先看看RTC的框圖：

從框圖中圈出來的部分可以看到，上面提到的RTC功能，大部分在框圖上面都有體現(xiàn)，接下來我們按照RTC的功能點(diǎn)講一講各個(gè)功能的詳細(xì)內(nèi)容

RTC的時(shí)鐘分頻

在詳述每個(gè)功能點(diǎn)之前，我們先了解下RTC的核心，即1Hz的時(shí)鐘的來歷。

從框圖中可以看到RTC的時(shí)鐘來源有3個(gè)，時(shí)鐘源先經(jīng)過一個(gè)精密校準(zhǔn)后，再經(jīng)過一個(gè)異步預(yù)分頻器和一個(gè)同步預(yù)分頻器后，得到的即是我們想要的1Hz的時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘將被送到日歷模塊，供日歷計(jì)數(shù)用。

我們常用的一個(gè)時(shí)鐘源是一個(gè)32.768kHz的低速外部時(shí)鐘（LSE），為什么是這個(gè)特殊的頻率呢？因?yàn)檫@個(gè)時(shí)鐘經(jīng)過分頻后可以得到一個(gè)完美的1Hz的時(shí)鐘供給日歷模塊使用，最大程度上保證時(shí)鐘的精確性，當(dāng)然，實(shí)際上來說，32.768kHz的時(shí)鐘并不是完全精確的，所以就會(huì)導(dǎo)致實(shí)際上的時(shí)間會(huì)在一段時(shí)間后跑偏，且隨時(shí)間的推移，偏差逐漸擴(kuò)大，所以我們小時(shí)候用電子手表時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)間在我們調(diào)整準(zhǔn)確后，慢慢的又會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)偏差，偏差可以被RTC內(nèi)部邏輯調(diào)整縮小，后面會(huì)詳細(xì)講述。

32.768kHz為什么比較容易分頻得到1Hz時(shí)鐘呢？

由于我們單片機(jī)采用的是二進(jìn)制數(shù)，所以分頻器也是以二進(jìn)制為基礎(chǔ)進(jìn)行分頻，32.768kHz在不斷的二分頻（15次）后，能得到一個(gè)精確的1Hz時(shí)鐘，也就是1秒鐘的時(shí)間。

而其他兩個(gè)時(shí)鐘源（HSE/32）和LSI經(jīng)過兩個(gè)分頻器后得到的時(shí)鐘往往都是約等于1Hz，長(zhǎng)久計(jì)數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因?yàn)樗鼈兊念l率在經(jīng)過無數(shù)次2分頻后，一般來說，最后都不是一個(gè)整數(shù)，都是游離在1Hz左右。

理論上來說，如果想要一個(gè)1Hz的時(shí)鐘，一個(gè)分頻器就可以做到，為什么會(huì)有兩個(gè)分頻器呢？因?yàn)镾TM32F030可以精確到亞秒級(jí)，在經(jīng)過第一個(gè)時(shí)鐘分頻器后，此時(shí)得到的時(shí)鐘ck_apre（一般為256Hz）會(huì)作為亞秒計(jì)數(shù)器，提供亞秒級(jí)別的計(jì)數(shù)。

日歷模塊

日歷模塊是我覺得STM32F030相比與103最大的便捷之處，不需要軟件算法的干預(yù)，就可以在預(yù)設(shè)初始年月日，時(shí)分秒的基礎(chǔ)上開始計(jì)時(shí)，且還能自動(dòng)計(jì)算星期，閏年也會(huì)被自動(dòng)計(jì)算。

日歷模塊有三個(gè)寄存器：時(shí)間寄存器， 寄存器，亞秒寄存器

日歷寄存器是有兩套的，一套是RTC域的本體，一套是由系統(tǒng)時(shí)鐘控制的影子寄存器。每隔兩個(gè)RTC_CLK，就會(huì)將本體寄存器中的值復(fù)制到影子寄存器中。

由于RTC的特性，所以很多情況下在芯片斷電后，希望內(nèi)部的時(shí)間系統(tǒng)不受到影響，所以RTC域通常被要求單獨(dú)供電，即在芯片斷電后，RTC還能夠正常工作，當(dāng)下次芯片上電后，影子寄存器在和RTC域本體的日歷寄存器同步后，仍然能得到正確時(shí)間。

夏令時(shí)

支持夏令時(shí)功能，可以將日歷寄存器中的時(shí)間增加或減少一個(gè)小時(shí)。

利用 SUB1H 或 ADD1H，軟件只需單次操作便可在日歷中減去或增加一個(gè)小時(shí)，無需執(zhí)行

整個(gè)初始化步驟，還可以使用 BKP 位來記錄是否曾經(jīng)執(zhí)行過此操作

因?yàn)橛械膰?guó)家實(shí)行夏令時(shí)制度，需要在夏天時(shí)，將全國(guó)時(shí)間集體向前撥一個(gè)小時(shí)，在夏令時(shí)結(jié)束后，又將時(shí)間往回?fù)芤粋€(gè)小時(shí)，所以030集成了這個(gè)功能（有興趣的可以百度一下夏令時(shí)）。

鬧鐘功能

鬧鐘功能就是通過在鬧鐘寄存器設(shè)置一個(gè)預(yù)定時(shí)間，當(dāng)日歷寄存器中的時(shí)間和鬧鐘寄存器時(shí)間匹配后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)鬧鐘信號(hào)，在配置鬧鐘中斷以后，也會(huì)生成中斷。

要注意的是鬧鐘寄存器是沒有年份和月份的，只有日期，時(shí)分秒及亞秒。鬧鐘寄存器還有一個(gè)掩碼功能（MSK），開啟后日期，時(shí)、分、秒及亞秒都可以被單獨(dú)屏蔽，不和日歷寄存器中對(duì)應(yīng)值作比較。

周期性自動(dòng)喚醒單元

配置此功能后，可以在器件進(jìn)入低功耗模式后，根據(jù)配置時(shí)間在到達(dá)預(yù)定時(shí)間后使器件退出低功耗模式?？膳渲玫臅r(shí)間范圍為1s到36小時(shí)。

外部參考時(shí)鐘，時(shí)鐘平移校準(zhǔn)，數(shù)字校準(zhǔn)

把這三個(gè)功能放在一起的原因是，三個(gè)功能都是RTC的時(shí)鐘精度進(jìn)行調(diào)整的功能，但是三個(gè)功能調(diào)整時(shí)間的方法和調(diào)整精度上又是不同的。

外部參考時(shí)鐘（一般為50Hz或者60Hz）：

通過特定GPIO口輸入一個(gè)參考時(shí)鐘源，外部參考時(shí)鐘的精度我們認(rèn)為是高于現(xiàn)在RTC使用的32.768kHz時(shí)鐘精度的（32.768kHz由于偏差，并非一定為該數(shù)值），具體的做法是用1Hz時(shí)鐘每次在邊沿時(shí)檢測(cè)是否有高精度外部時(shí)鐘的邊沿，如果兩個(gè)時(shí)鐘的時(shí)鐘沿正好對(duì)齊。則認(rèn)為1Hz時(shí)鐘無偏差，若時(shí)鐘不對(duì)齊，會(huì)對(duì)異步預(yù)分頻寄存器進(jìn)行重載，微調(diào)后續(xù)1Hz時(shí)鐘邊沿，使其對(duì)齊外部參考時(shí)鐘邊沿。

時(shí)鐘平移校準(zhǔn)：

參考一個(gè)更高精度的遠(yuǎn)程時(shí)鐘，可以對(duì)當(dāng)前的RTC時(shí)鐘進(jìn)行秒級(jí)或者亞秒級(jí)的增加或減少時(shí)間。我的理解是，獲取到一個(gè)我們認(rèn)為的更高精度的時(shí)鐘當(dāng)前值后，手動(dòng)對(duì)自身RTC的值進(jìn)行調(diào)整，以提高RTC的精度。

數(shù)字校準(zhǔn)：

數(shù)字校準(zhǔn)是三種校準(zhǔn)方式中最為細(xì)微的校準(zhǔn)方式，分為正校準(zhǔn)和負(fù)校準(zhǔn)。

正校準(zhǔn)可以在8秒或者16秒的時(shí)鐘周期內(nèi)，對(duì)RTC的源時(shí)鐘。RTC_CLK,在每2的11次方的脈沖內(nèi)，多插入一個(gè)脈沖。

負(fù)校準(zhǔn)可以在32秒的時(shí)鐘周期內(nèi)，在每2的20次方的脈沖內(nèi)，減少1~255個(gè)脈沖，由寄存器決定具體減少數(shù)值。

由于RTC的32.768KHz的時(shí)鐘源多少都會(huì)存在一點(diǎn)偏差，數(shù)字校準(zhǔn)可以做到從源頭上對(duì)RTC的精度進(jìn)行調(diào)整，但是首先我們得獲取到時(shí)鐘源的具體偏差值才能更好的對(duì)偏差進(jìn)行校準(zhǔn)。

時(shí)間戳和入侵檢測(cè)

時(shí)間戳

時(shí)間戳寄存器和日歷寄存器一樣，只是不會(huì)計(jì)數(shù)，當(dāng)有時(shí)間戳事件發(fā)生的時(shí)候，日歷寄存器的當(dāng)前值就會(huì)被保存到時(shí)間戳寄存器中。

當(dāng)RTC的RTC_TS引腳檢測(cè)到時(shí)間戳事件時(shí)，當(dāng)前的日歷寄存器值就會(huì)被保存到時(shí)間戳寄存器。

入侵檢測(cè)

除此之外，入侵檢測(cè)的發(fā)生也可以被當(dāng)成時(shí)間戳?xí)r間，當(dāng)特定的GPIO引腳檢測(cè)到入侵事件時(shí)，時(shí)間戳就會(huì)記下當(dāng)前入侵事件發(fā)生的時(shí)間。

入侵檢測(cè)事件是當(dāng)特定的入侵檢測(cè)引腳被觸發(fā)時(shí)（可以設(shè)置觸發(fā)的電平狀態(tài)及保持時(shí)間），擦除RTC的備份域寄存器，也可以生成入侵檢測(cè)中斷，從停止模式和待機(jī)模式喚醒。

備份寄存器

備份寄存器是一小段空間，大小為16字節(jié)，可以由用戶自定義寫入數(shù)據(jù)，當(dāng)主電源域掉電后，只要RTC域有電，備份寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)就不會(huì)丟失。但是當(dāng)入侵事件發(fā)生時(shí)，備份寄存器會(huì)被復(fù)位，數(shù)據(jù)丟失。

總的來說，RTC本身其實(shí)并不復(fù)雜，尤其是F030的RTC，簡(jiǎn)單易用，但是它在整個(gè)芯片系統(tǒng)中都是一個(gè)很特殊的模塊，因?yàn)樗梢员粏为?dú)供電，且RTC域的寄存器值是不受系統(tǒng)復(fù)位影響的，當(dāng)系統(tǒng)電源域有電時(shí)，它由VDD供電，當(dāng)系統(tǒng)電源域掉電時(shí)，它立刻會(huì)切換至后備電源域供電。大致示意圖如下：