STM32基础篇：RTC × Unix时间戳 × BKP

Unix时间戳

最早是在Unix系统使用的，之后很多由Unix演变而来的系统也都继承了Unix时间戳的规定。目前，Linux、Windows、安卓这些系统，其底层的计时系统都是使用Unix时间戳。

Uinx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。也就是说时间戳是一个秒计数器，且只记秒，不会向分钟、小时进位。

其年月日小时分钟均通过计算秒得出。

世界上所有时区共用一个时间戳的秒计数器，不同时区通过添加偏移来得到当地时间。如上图所示，相比于伦敦，北京时间偏移了8个小时。

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UTC/GMT

GMT即格林尼治标准时间，可理解为伦敦时间，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。

但GMT是以前的时间标准，因为地球自转一周的时间是不固定的，由于潮汐力、地球活动等原因，地球目前是越转越慢的，因此时间基准也是不固定的（即1秒到底是多长）。

为了时间的定义更标准，科学家又提出来新的计时系统，叫做UTC，即协调世界时。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9192631770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。

闰秒：计时标准是恒定不变的，但是地球越转越慢，误差超过0.9秒时，计时系统就多走一秒来等一下地球的自转。

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

数据类型：

1、秒计数器时间类型：time_t，64位有符号的整型数据，用于存储时间戳中一直自增的秒数。

2、日期时间类型：struct tm，是一个结构体，具体如下：

3、字符串时间类型：char*，就是char类型数据的指针。用来指向一个表示时间的字符串。

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BKP简介

BKP备份寄存器，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（除非VBAT掉电）。

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

对于C8T6芯片，为中容量，对应20字节。可以看出BKP的容量其实非常小，一般只能存储少量的参数。

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BKP基本结构

• 后备区域

图中的橙色部分，我们可以叫做后备区域。注意，是BKP处于后备区域，但后备区域不只有BKP，还有RTC的相关电路。

STM32后备区域的特性就是：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上电时，后备区域供电会由VBAT切换为VDD，可以节省电池电量。

• 内部寄存器

BKP里主要有状态寄存器、控制寄存器、数据寄存器、RTC时钟校准寄存器。其中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），对于中容量和小容量的设备，里面有DR1~DR10总共10个数据寄存器，共20个字节。

• 侵入检测

BKP可以从PC13位置的TAMPER引脚引入一个检测信号，当TAMPER产生一个上升沿或者下降沿时，会清除BKP所有的内容，以保证安全。

• 时钟输出

将RTC的相关时钟从PC13位置的RTC引脚输出出去，供外部使用。其中，输出校准时钟时，再配合RTC时钟校准寄存器，可以对RTC的误差进行校准。

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RTC简介

RTC即实时时钟，STM32中RTC是一个独立的定时器，可为系统提供时钟和日历（年月日时分秒）的功能。挂在APB1总线上。

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。

• 秒计数器与分频器

在RTC中，负责计数的装置只有一个32位的秒计数器。且1秒就要自增一次，所以驱动秒计数器的时钟---TR_CLK是一个1Hz的信号。但实际提供给RTC的时钟，也就是RTCCLK，一般频率都比较高。所以显然需要在这之间加一个分频器，保证输出给计数器的频率为1Hz。

RTC中的预分频器，是一个20位的分频器（可编程），可以选择对输入时钟进行1~2^20分频，这样可以适配不同频率的输入时钟。

• RTC时钟来源

RTCCLK的来源主要有以下3种：

HSE时钟除以128	8MHz/128
LSE振荡器时钟	37.768KHz
LSI振荡器时钟	40KHz

其中HSE是高速外部时钟信号（通常为高速晶振）、LSE低速外部时钟信号、LSI低速内部时钟信号。具体可参考RCC章节知识。

【注意】为了更好使用RTC模块，外部硬件电路也需要配置好。即备用电池模块、外部低速晶振等。

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RTC框图

左边阴影区为核心的分频和计数区域，右边为中断输出使能和NVIC部分，上面为APB1总线读写部分，下面阴影区是与PWR关联的部分。（阴影区均为后备区域）

【注意】对于RTC和BKP的寄存器，其实都是16位的。例如左边的RTC_CR控制寄存器，实际上是两个16位的寄存器（RTC_CRH和RTC_CRL）。

• 分频器

由两个寄存器组成，即重装载寄存器RTC_PRL和余数寄存器RTC_DIV，与定时器时基单元的计数器CNT和重装寄存器ARR是一样作用。（且计几个数，溢出一次，就是几分频）

RTC_DIV是自减的计数器，每来一个输入时钟，DIV的值自减一次，自减到0时，再来一个时钟，DIV输出一个脉冲（溢出信号），同时从PRL获取重装值，回到重装值继续自减。

• 闹钟寄存器

RTC内部除了32位的秒寄存器（RTC_CNT）外，还有一个32位的闹钟寄存器（RTC_ALR），其作用为设置闹钟。

我们可以在ALR里写一个秒数，设定闹钟，当CNT值与ALR设定的闹钟值一样时，就会产生RTC_Alarm闹钟信号，通向右边的中断系统。在中断函数里，可执行需要的操作。

【注意】RTC_Alarm闹钟信号还可使主机退出待机模式。

• 中断

除了上述的RTC_Alarm闹钟信号能触发中断外，还有RTC_Second、RTC_Overflow能够触发中断。

其中RTC_Second是秒中断，开启后每秒触发一个中断。RTC_Overflow是指当32位的秒计数器计满后溢出时触发的中断，这个中断得到2106年才会触发。

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RTC操作注意事项

• 1、使能

对于一般的片上外设，只需要开启时钟使能即可使用。但对于RTC模块却有些复杂，首先要设置RCC_APB1ENR（开启APB1上外设的时钟），要同时开启PWR和BKP的时钟。然后设置PWR_CR的DBP位，来使能对BKP和RTC的访问。

• 2、关于读取

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。

可观察RTC内部框图，可以看出APB1的时钟为PCLK1，在主电源掉电时会停止；而RTC里的寄存器时钟为RTCCLK。当我们用PCLK1驱动的总线去读取RTCCLK驱动的寄存器时，就会有一个时钟不同步的问题。PCLK1的频率为36MHz，远大于RTCCLK的36KHz，如果在APB1刚开启时就立刻读取RTC寄存器，有可能RTC寄存器还没有更新到APB1总线上，这样读取到的值为错误的。

所以APB1总线刚开启时，要等一下RTCCLK，只要RTCCLK来一个上升沿，RTC把它的寄存器值同步到APB1总线上。

• 3、关于写入

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。

在STM32的标准库函数中，写寄存器的函数都自动帮我们加上了这个操作，不需要我们再配置了。

• 4、写等待机制

对于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为1时，才可以写入RTC寄存器。

因为RCLK1与RTCCLK时钟频率不同，用PCLK的频率写入后，这个值还不能立刻更新到RTC寄存器里面，要等RTCCLK时钟来一个上升沿，值更新到RTC寄存器里，写入才算完成。

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