STM32-BKP备份寄存器RTC实时时钟

一、原理

Unix：

一些系统是使用32bit有符号数存储，实际范围为-2,147,483,648到2,147,483,647‌即 $2^{31}-1$ ~ $-2^{31}$

经过计算int32数据会在2038年1月19日溢出，可以看到转换的为北京时间。

STM32的时间戳为无符号时间戳。

我们需要把秒计数器的时间通过计算得到秒技术其对应的时间，然后根据时区进行偏移（考虑到品平年闰年，大月小月闰月等）。

可以根据c语言官方函数直接计算：

UTC、GMT

GMT是之前的时间标准，UTC是计算了偏移量的现行标准。中国一般使用GMT+8/UTC+8。Unix时间戳没有闰秒，即协调世界时间的功能，所以可能秒数会偏差。

时间戳和日期进行转换（数据类型）：

time_t实际上是int64类型，用来存储秒计数值

tm类型为定义日期的结构体：struct tm

其中year为从1900年的第几年（最小应该为70）；mon月份从0开始；wday表示周几；yday表示每年的第几天；isdst是否使用夏令时，1表示用，0不用，-1表示不知道。

夏令时为在夏天的某段时间将时间提前一个小时。

实际使用：

mktime函数原理，通过输入的年月日时分秒计算，其他参数会自动计算回填，可以通过此函数自动计算星期。

strftime函数参数(char *c,size_length,const *char,const struct tm*),其中const *char为格式字符串。函数使用为，将const struct tm*的内容通过const *char格式化字符存入长度为size_length的数组char *c中。

其他函数：

二、 STM32的BKP备份寄存器&RTC实时时钟

1、BKP原理：

BKP寄存器数据需要VBT保持供电来进行掉电不丢失，实际使用方式和Flash类似。手册建议VBT无外部供电时接到VDD并上100nf的滤波电容。

TAMPER在STM32F103C8T6中在PC13。可以外接上拉电阻和开关接地，做保护措施，接收到低电平清除寄存器内容。主电源断电后，侵入检测仍然有效。RTC校准时钟可以对RTC时钟进行校准。存储RTC时钟校准寄存器可以配合RTC校准时钟对RTC进行校准。

2、BKP的基本结构：

3、STM32的RTC外设

STM32的RTC类似DS1302外置实时时钟。RTC输入时钟具有20bit的分配器，即可分配1- $2^{20}-1$ 的分频。

RTC框图：

灰色部分为VBT断电供电部分选择RTC时钟-RTCCLK提供时钟-RTC_DIV（余数寄存器，自减）计数溢出后产生TR_CLK，并且通过RTC_PRL（重装载寄存器）进行重装载（预分频器原理）-通过TR_CLK的RTC_CNT进行计数(为无符号32bit)，

RTC_CNT的计满溢出中断为RTC_Overflow。
其中RTC_ALR为闹钟，和RTC_CNT一样的uint32寄存器，当RTC_ALR和RTC_CNT计数相同，会产生RTC_Alarm信号，前往中断系统（或唤醒芯片，退出睡眠模式，WKUP-PA0引脚也可以唤醒设备）。
RTC_Sencond中断来自TR_CLK的秒计数。
中断选项中，IE结尾的是中断使能，F结尾的是中断标志位。

晶振选择：

一般可以选择三个时钟源。根据STM32RTC时钟树可以看到，包括2高速、2低俗、2内部、2外部共4个晶振作为晶振源，详细可见定时器文章。高速时钟一般为内部运行和主要外设使用，低速时钟一般供RTC、看门狗等使用。可以看到LSE OSC指向RTCCLK。且RTC有三个来源时钟。

32.768= $2^{15}$ 可直接经过分频1Hz。硬件电路计数器也方便进行计数溢出得到频率信号。一般使用LSE。

4、RTC基本结构

5、电路

CR2032纽扣电池，印制面为正极。

6、操作注意事项

PWR是电源管理
第二点寄存器同步操作的原因：因为PCLK1（APB1总线时钟，36MHz）在主电源掉电时会停止。为了保证RTC掉电不丢失，RTC都是在RTCCLK（32.768Hz）同步下变更的。所以用APB1总线读取RTC寄存器内容，存在时钟不同步问题。时钟不同步会导致读取到错误数据。所以在APB总线刚开启时要进行时钟同步。
RTC_CRL为时钟配置使能标志位，使用时需要先配置。库函数自动进行了配置。
RTC的RTOFF为等待结束标志位。等待即可，当RTOFF=1才可写入。主要还是因为时钟频率不一样，不能立即更新。

三、程序实例

问题1：VBT供电导致STM32系统供电指示灯和OLED下电后还会有一些微弱显示。

问题2：有些芯片RTC晶振不起振。会导致程序卡死在晶振等待起振的地方。

1、写入BKP备份寄存器和从备份寄存器读出，显示到OLED。

将STM32断电、VBT不断电，STM32上电查看BKP数据是否掉电保存。（保存数据）

将VBT断电、STM32断电，然后STM32在上电查看BKP数据是否掉电保存。（不保存数据）

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"uint16_t Data[4]={0x01,0x02,0x03,0x04};//写入的数据
uint16_t GetData[4];//BKP读出的数据
int main(void){OLED_Init();RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);//开启PWR时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP,ENABLE);//开启BKP时钟PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//开启RTC和BKP的访问使能BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1,Data[0]);//数据写入，在做STM32下电测试时，写入代码注释BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR2,Data[1]);BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR3,Data[2]);BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR4,Data[3]);OLED_ShowString(1,1,"BKP:");GetData[0] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1);//数据读出GetData[1] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR2);GetData[2] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR3);GetData[3] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR4);OLED_ShowHexNum(2,1,GetData[0],2);OLED_ShowHexNum(2,4,GetData[1],2);OLED_ShowHexNum(2,7,GetData[2],2);OLED_ShowHexNum(2,10,GetData[3],2);while(1){Delay_ms(200);}return 0;
}

2、RTC时钟

时间显示，如果VBT供电，那么STM32复位或下电RTC时钟不会丢失（RTC和BKP都可通过VBT供电）。

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"
#include "time.h"
Unixdate GetTime;
time_t CNT;
time_t DIVData;int main(void){OLED_Init();MyRTC_Init();OLED_ShowString(1,1,"Date:    -  -  ");OLED_ShowString(2,1,"Time:  :  :  ");OLED_ShowString(3,1,"CNT :");OLED_ShowString(4,1,"DIV :");while(1){GetTime = GetNowTime();//获取RTC内的时间CNT = GetCounter();DIVData = GetDIV();OLED_ShowNum(1,6,GetTime.years,4);OLED_ShowNum(1,11,GetTime.months,2);OLED_ShowNum(1,14,GetTime.day,2);OLED_ShowNum(2,6,GetTime.hours,2);OLED_ShowNum(2,9,GetTime.minutes,2);OLED_ShowNum(2,12,GetTime.second,2);OLED_ShowNum(3,6,CNT,10);OLED_ShowNum(4,6,DIVData,10);}return 0;
}

MyRTC.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "time.h"
#include "MyRTC.h"
Unixdate SetTime;
void MyRTC_Init(void){//时钟配置RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP,ENABLE);//使能RTC和BKP访问PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//开启LSE/LSI，并等待启动完成RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY)!=SET);
//	RCC_LSICmd(ENABLE);//备用配置LSI为内部时钟，并启动
//	while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY)!=SET);//等待启动完成//使用BKP来判断是否断电，若断电则进行初始化，相当于用BKP做了一个标志位if(BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1)!=0xA5A5){//选择LSE为时钟源，并使能时钟RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);//	RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);//备用选择LSI作为时钟源RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//等待时钟同步，等待RTC上一次操作完成RTC_WaitForSynchro();RTC_WaitForLastTask();//配置预分频器,LSE=32768Hz,分频32768后为1Hz，LSI=40000HzRTC_SetPrescaler(32768-1);//函数内置写CNF=1/=0进入了配置模式/退出配置模式，只有配置模式可以写入寄存器//	RTC_SetPrescaler(40000-1);//备用使用LSI作为时钟源	RTC_WaitForLastTask();Time_Init(&SetTime);SetNowTime(SetTime);BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1,0xA5A5);}else{//若BKP不断电则不初始化//等待时钟同步，等待RTC上一次操作完成RTC_WaitForSynchro();RTC_WaitForLastTask();}}/*** @brief 获取当前CNT* @param  *     @arg * @param  *     @arg * @retval None*/
uint32_t GetCounter(void){return RTC_GetCounter();
}/*** @brief 获取当前余数值计数值* @param  *     @arg * @param  *     @arg * @retval None*/
uint32_t GetDIV(void){return RTC_GetDivider();
}/*** @brief 设置当前时间* @param  输入为Unixdate自定义日期类型*     @arg * @param  *     @arg * @retval None*/
void SetNowTime(Unixdate UnixdataStructure){struct tm NowTime;time_t count;NowTime.tm_min = UnixdataStructure.minutes;NowTime.tm_hour = UnixdataStructure.hours;NowTime.tm_mday = UnixdataStructure.day;NowTime.tm_mon = UnixdataStructure.months;NowTime.tm_year = UnixdataStructure.years;NowTime.tm_sec = UnixdataStructure.second;count = mktime(&NowTime)-8*60*60;//设置时间到RTC，输入东八区时间，偏移到0时区RTC_SetCounter(count);RTC_WaitForLastTask();//等待完成
}/*** @brief 获取RTC当前时间* @param  *     @arg * @param  *     @arg * @retval 返回当前RTC对应的日期时间*/
Unixdate GetNowTime(void){struct tm NowTime;Unixdate UnixdataStructure;time_t count;count = RTC_GetCounter()+8*60*60;//获取当前计数，偏移到东八区（STM32默认函数为0区时间）RTC_WaitForLastTask();//等待完成NowTime = *localtime(&count);//根据计数值换算成日期时间，将值传给NowTimeUnixdataStructure.years = NowTime.tm_year+1900;UnixdataStructure.months = NowTime.tm_mon+1;UnixdataStructure.day = NowTime.tm_mday;UnixdataStructure.hours = NowTime.tm_hour;UnixdataStructure.minutes = NowTime.tm_min;UnixdataStructure.second = NowTime.tm_sec;return UnixdataStructure;
}/*** @brief 日期变量初始化* @param  输入为日期变量结构体地址，直接对其进行改变*     @arg * @param  *     @arg * @retval None*/
void Time_Init(Unixdate *UnixdataStructure){UnixdataStructure->years = 2025-1900;UnixdataStructure->months = 1-1;UnixdataStructure->day = 3;UnixdataStructure->hours = 23;UnixdataStructure->minutes = 59;UnixdataStructure->second = 56;
}

MyRTC.h

#ifndef __MYRTC_H
#define __MYRTC_H
#include "stm32f10x.h"                  // Device header//#pragma pack(n)可修改编译器字节对齐数
typedef struct{uint8_t second;//(0-60)suint8_t minutes;//(0-59)minuint8_t hours;//(0-23)huint8_t months;//月(1-12)uint8_t day;//月中第几天(1-31)uint16_t years;//年
}Unixdate;void MyRTC_Init(void);
uint32_t GetCounter(void);
uint32_t GetDIV(void);
Unixdate GetNowTime(void);
void Time_Init(Unixdate *UnixdataStructure);
void SetNowTime(Unixdate UnixdataStructure);
#endif

其他

数据范围原理：

int32范围为 $-2^{31}$ ~ $2^{31}-1$ ，数据在计算机中为补码存储，

即int32范围:

在最大值情况下，符号位为 0，其余 31 位均为 1

0111 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

在最小值情况下，符号位为 1，其余 31 位全为 0

1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

最高位表示符号位，1为负，第32bit为 $2^{31}$ ，如上，所以正数可以达到 $2^{31}-1$ ,负数可以达到 $-2^{31}$ 。

最大值：(2^{31} - 1 = 2147483647)
最小值：(-2^{31} = -2147483648)

同理int16范围为2^15-1 ~ -2^15 (32767~-32768)

int8_t范围为2^7-1 ~ -2^7 (127~-128)