開發(fā)環(huán)境：

MDK：Keil 5.30

開發(fā)板：GD32F207I-EVAL

MCU：GD32F207IK

1 RTC工作原理

1.1 RTC簡介

GD32 的 RTC 外設(shè)，實質(zhì)是一個掉電后還繼續(xù)運行的定時器。從定時器的角度來說，相對于通用定時器 TIMER 外設(shè)，它十分簡單，只有很純粹的計時功能(當然，可以觸發(fā)中斷)；但從掉電還繼續(xù)運行的角度來說，它卻是 GD32中唯一一個具有如此強大功能的外設(shè)。所以 RTC 外設(shè)的復(fù)雜之處并不在于它的定時功能，而在于它掉電還繼續(xù)運行的特性。

以上所說的掉電， 是指主電源 VDD斷開的情況，為了 RTC 外設(shè)掉電繼續(xù)運行，必須給GD32芯片通過 VBAT引腳接上鋰電池 。當主電源 VDD有效時，由 VDD給 RTC 外設(shè)供電。當 VDD掉電后，由 VBAT給 RTC 外設(shè)供電。但無論由什么電源供電，RTC 中的數(shù)據(jù)都保存在屬于 RTC 的備份域中， 若主電源 VDD和 VBAT都掉電，那么備份域中保存的所有數(shù)據(jù)將丟失 。備份域除了 RTC 模塊的寄存器，還有 42 個 16 位的寄存器可以在 VDD掉電的情況下保存用戶程序的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)復(fù)位或電源復(fù)位時，這些數(shù)據(jù)也不會被復(fù)位。

從 RTC 的定時器特性來說， 它是一個 32 位的計數(shù)器，只能向上計數(shù) 。它使用的時鐘源有三種，分別為高速外部時鐘的 128 分頻：HXTAL/128；低速內(nèi)部時鐘IRC40K；使 HXTAL分頻時鐘或IRC40K的話，在主電源 VDD掉電的情況下，這兩個時鐘來源都會受到影響，因此沒法保證 RTC 正常工作。因此 RTC 一般使用低速外部時鐘LXTAL，頻率為實時時鐘模塊中常用的 32.768KHz，這是因為 32768 = 215，分頻容易實現(xiàn)，所以它被廣泛應(yīng)用到 RTC 模塊。在主電源 VDD有效的情況下(待機)，RTC 還可以配置鬧鐘事件使 GD32退出待機模式。

RTC模塊在相應(yīng)軟件配置下，可提供時鐘日歷的功能。修改計數(shù)器的值可以重新設(shè)置系統(tǒng)當前的時間和日期。RTC模塊和時鐘配置系統(tǒng)處于后備區(qū)域，即在系統(tǒng)復(fù)位或從待機模式喚醒后，RTC的設(shè)置和時間維持不變。

1.2主要特性

• 可編程的預(yù)分頻系數(shù)：分頻系數(shù)最高為2^20
• 32位的可編程計數(shù)器，可用于較長時間段的測量。
• 2個分離的時鐘：用于APB1接口的PCLK1和RTC時鐘(RTC時鐘的頻率必須小于PCLK1時鐘頻率的四分之一以上)。
• 可以選擇以下三種RTC的時鐘源：

A) HXTAL 時鐘除以 128

B) LXTAL 振蕩電路時鐘

C) IRC40K 振蕩電路時鐘

• 2個獨立的復(fù)位類型：

A) APB1接口由系統(tǒng)復(fù)位；

B) RTC核心(預(yù)分頻器、鬧鐘、計數(shù)器和分頻只能由后備域復(fù)位

• 3個專門的可屏蔽中斷：

A) 鬧鐘中斷，用來產(chǎn)生一個軟件可編程的鬧鐘中斷。

B) 秒中斷，用來產(chǎn)生一個可編程的周期性中斷信號 (最長可達1秒)。

C) 溢出中斷，指示內(nèi)部可編程計數(shù)器溢出并回轉(zhuǎn)為的狀態(tài)。

1.3 RTC架構(gòu)

RTC的架構(gòu)如下圖所示。

RTC 由兩個主要部分組成， 第一部分(APB1 接口)用來和 APB1 總線相連。此單元還包含一組 16 位寄存器，可通過 APB1 總線對其進行讀寫操作。 APB1 接口由 APB1 總線時鐘驅(qū)動，用來與 APB1 總線連接。

另一部分(RTC 核心)由一組可編程計數(shù)器組成，RTC內(nèi)核包含兩個主要模塊。一個是RTC預(yù)分頻模塊，用來產(chǎn)生RTC時間基準時鐘SC_CLK。RTC預(yù)分頻模塊包含一個20位可編程分頻器（RTC預(yù)分頻器） ,該分頻器可以通過對RTC時鐘源分頻產(chǎn)生SC_CLK。如果對RTC_INTEN寄存器中的秒中斷標志位被使能， RTC會在每個SC_CLK上升沿產(chǎn)生一個秒中斷。 另外一個模塊是一個32 位可編程計數(shù)器，其數(shù)值可以被初始化為當前系統(tǒng)時間。如果對RTC_INTEN 寄存器的鬧鐘中斷標志位被使能， RTC會在系統(tǒng)時間等于鬧鐘時間（存儲于RTC_ALRMH/L 寄存器）時產(chǎn)生一個鬧鐘中斷。

2 RTC寄存器分析

2.1 RTC寄存器描述

RTC 總共有 2 個控制寄存器RTC_INTEN和 RTC_CTL。

RTC_INTEN寄存器用來控制中斷的，我們本章將要用到秒鐘中斷，所以在該寄存器必須設(shè)置最低位為 1，以允許秒鐘中斷。

RTC_CTL的第 0 位是秒鐘標志位，我們在進入鬧鐘中斷的時候，通過判斷這位來決定是不是發(fā)生了秒鐘中斷。然后必須通過軟件將該位清零（寫0）。第 3 位為寄存器同步標志位，我們在修改控制寄存器之前，必須先判斷該位，是否已經(jīng)同步了，如果沒有則等待同步，在沒同步的情況下修改RTC_INTEN/RTC_CTL的值是不行的。第4位為配置標位，在軟件修改 RTC_CNTx/RTC_ALRMx/RTC_PSCx的值的時候，必須先軟件置位該位，以允許進入配置模式。第 5 位為 RTC 操作位，該位由硬件操作，軟件只讀。通過該位可以判斷上次對 RTC 寄存器的操作是否完成，如果沒有，我們必須等待上一次操作結(jié)束才能開始下一次操作。

【注意】

• 任何標志位都將保持掛起狀態(tài)，直到適當?shù)腞TC_CTL請求位被軟件復(fù)位，表示所請求的中斷已經(jīng)被接受。
• 在復(fù)位時禁止所有中斷，無掛起的中斷請求，可以對RTC寄存器進行寫操作。
• 當APB1時鐘不運行時，SCIF、ALRMIF、OVIF和RSYNF位不被更新。
• SCIF、ALRMIF、OVIF和RSYNF位只能由硬件置位，由軟件來清零。
• 若ALRMIF =1且ALRMIE =1，則允許產(chǎn)生RTC全局中斷。如果在EXTI控制器中允許產(chǎn)生EXTI線 17中斷，則允許產(chǎn)生RTC全局中斷和RTC鬧鐘中斷。
• 若ALRMIF =1，如果在EXTI控制器中設(shè)置了EXTI線 17的中斷模式，則允許產(chǎn)生RTC鬧鐘中斷；如果在EXTI控制器中設(shè)置了EXTI線 17的事件模式，則這條線上會產(chǎn)生一個脈沖(不會產(chǎn)生RTC鬧鐘中斷)。

RTC 預(yù)分頻裝載寄存器，也有 2 個寄存器組成，RTC_PSCH和RTC_PSCL。這兩個寄存器用來配置 RTC 時鐘的分頻數(shù)的，比如我們使用外部 32.768K 的晶振作為時鐘的輸入頻率，那么我們要設(shè)置這兩個寄存器的值為 32767，以得到一秒鐘的計數(shù)頻率。RTC_PSCH的各位描述如下圖所示。

從上圖可以看出，RTC_PSCH只有低四位有效，用來存儲PSC的 19~16 位。而PSC的前 16 位，存放在RTC_PSCL里面，寄存器RTC_PSCL的各位描述如下圖所示。

【注】如果輸入時鐘頻率是32.768kHz(RTCCLK)，這個寄存器中寫入7FFFh可獲得周期為1秒鐘的信號。

RTC 預(yù)分頻器寄存器也有 2 個寄存器組成 RTC_DIVH 和 RTC_DIVL，這兩個寄存器的作用就是用來獲得比秒鐘更為準確的時鐘，比如可以得到 0.1 秒，或者 0.01 秒等。該寄存器的值自減的，用于保存還需要多少時鐘周期獲得一個秒信號。在一次秒鐘更新后，由硬件重新裝載。這兩個寄存器和 RTC 預(yù)分頻裝載寄存器的各位是一樣的，這里我們就不列出來了。

接著要介紹的是 RTC 最重要的寄存器， RTC 計數(shù)器寄存器 RTC_CNT。該寄存器由 2 個 16位的寄存器組成 RTC_CNTH 和 RTC_CNTL，總共 32 位，用來記錄秒鐘值（一般情況下）。此兩個計數(shù)器也比較簡單，我們也不多說了。注意一點，在修改這個寄存器的時候要先進入配置模式。

最后我們介紹 RTC 部分的最后一個寄存器， RTC 鬧鐘寄存器，該寄存器也是由 2 個 16 為的寄存器組成 RTC_ALRH 和 RTC_ALRL。總共也是 32 位，用來標記鬧鐘產(chǎn)生的時間（以秒為單位），如果 RTC_CNT 的值與 RTC_ALR 的值相等，并使能了中斷的話，會產(chǎn)生一個鬧鐘中斷。該寄存器的修改也要進入配置模式才能進行。

因為我們使用到備份寄存器來存儲 RTC 的相關(guān)信息（我們這里主要用來標記時鐘是否已經(jīng)經(jīng)過了配置）。

2.2 讀RTC寄存器

RTC完全獨立于RTC APB1接口。

軟件通過APB1接口訪問RTC的預(yù)分頻值、計數(shù)器值和鬧鐘值。但是，相關(guān)的可讀寄存器只在與RTC APB1時鐘進行重新同步的RTC時鐘的上升沿被更新。RTC標志也是如此的。

這意味著，如果APB1接口曾經(jīng)被關(guān)閉，而讀操作又是在剛剛重新開啟APB1之后，則在第一次的內(nèi)部寄存器更新之前，從APB1上讀出的RTC寄存器數(shù)值可能被破壞了(通常讀到0) 。下述幾種情況下能夠發(fā)生這種情形：

• 發(fā)生系統(tǒng)復(fù)位或電源復(fù)位
• 系統(tǒng)剛從待機模式喚醒
• 系統(tǒng)剛從停機模式喚醒

所有以上情況中，APB1接口被禁止時(復(fù)位、無時鐘或斷電)RTC核仍保持運行狀態(tài)。

因此，若在讀取RTC寄存器時，RTC 的APB1 接口曾經(jīng)處于禁止狀態(tài)，則軟件首先必須等待RTC_CTL寄存器中的RSYNF位(寄存器同步標志)被硬件置’1’。

2.3 配置RTC寄存器

必須設(shè)置RTC_CTL寄存器中的CMF位，使 RTC進入配置模式后，才能寫入 RTC_PSC、RTC_CNT、RTC_ALRM寄存器。

另外，對RTC任何寄存器的寫操作，都必須在前一次寫操作結(jié)束后進行?？梢酝ㄟ^查詢RTC_CTL寄存器中的LWOFF狀態(tài)位，判斷RTC寄存器是否處于更新中。僅當LWOFF狀態(tài)位是’1’時，才可以寫入RTC寄存器。

配置過程：

1.查詢LWOFF位，直到LWOFF的值變?yōu)椤?’

2.置CMF值為1，進入配置模式

3.對一個或多個RTC寄存器進行寫操作

4.清除CMF標志位，退出配置模式

5.查詢LWOFF，直至LWOFF位變?yōu)椤?’ 以確認寫操作已經(jīng)完成。

6.僅當CMF標志位被清除時，寫操作才能進行，這個過程至少需要3個RTCCLK周期。

3 RTC具體代碼實現(xiàn)

RTC 正常工作的一般配置步驟如下：

1）使能電源時鐘和備份區(qū)域時鐘。

前面已經(jīng)介紹了，我們要訪問 RTC 和備份區(qū)域就必須先使能電源時鐘和備份區(qū)域時鐘。

rcu_periph_clock_enable(RCU_BKPI);
rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);

2）取消備份區(qū)寫保護。

要向備份區(qū)域?qū)懭霐?shù)據(jù)，就要先取消備份區(qū)域?qū)懕Ｗo（寫保護在每次硬復(fù)位之后被使能），否則是無法向備份區(qū)域?qū)懭霐?shù)據(jù)的。我們需要用到向備份區(qū)域?qū)懭胍粋€字節(jié)，來標記時鐘已經(jīng)配置過了，這樣避免每次復(fù)位之后重新配置時鐘。 取消備份區(qū)域?qū)懕Ｗo的庫函數(shù)實現(xiàn)方法是：

pmu_backup_write_enable(); //使能 RTC 和后備寄存器訪問

3）復(fù)位備份區(qū)域，開啟外部低速振蕩器。

在取消備份區(qū)域?qū)懕Ｗo之后，我們可以先對這個區(qū)域復(fù)位，以清除前面的設(shè)置，當然這個操作不要每次都執(zhí)行，因為備份區(qū)域的復(fù)位將導(dǎo)致之前存在的數(shù)據(jù)丟失，所以要不要復(fù)位，要看情況而定。然后我們使能外部低速振蕩器，注意這里一般要先判斷 RCC_BDCR 的 LSERDY位來確定低速振蕩器已經(jīng)就緒了才開始下面的操作。

備份區(qū)域復(fù)位的函數(shù)是：

開啟外部低速振蕩器的函數(shù)是：

rcu_osci_on(RCU_LXTAL);// 開啟外部低速振蕩器

4）選擇 RTC 時鐘，并使能。

庫函數(shù)中，選擇 RTC 時鐘的函數(shù)是：

rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL); //選擇LXTAL作為 RTC 時鐘

對于 RTC 時鐘的選擇使能 RTC 時鐘的函數(shù)是：

rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC); //使能 RTC 時鐘

5）設(shè)置 RTC 的分頻，以及配置 RTC 時鐘。

在開啟了 RTC 時鐘之后，我們要做的就是設(shè)置 RTC 時鐘的分頻數(shù)，通過 RTC_PSCH 和RTC_PSCL 來設(shè)置，然后等待 RTC 寄存器操作完成，并同步之后，設(shè)置秒鐘中斷。然后設(shè)置RTC 的允許配置位（ RTC_CTL的 CMF 位），設(shè)置時間（其實就是設(shè)置 RTC_CNTH 和 RTC_CNTL兩個寄存器）。

下面我們一一這些步驟用到的庫函數(shù)：

在進行 RTC 配置之前首先要打開允許配置位(CMF)，庫函數(shù)是：

rtc_configuration_mode_enter ();/// 允許配置

在配置完成之后，千萬別忘記更新配置同時退出配置模式，函數(shù)是：

rtc_configuration_mode_exit ();//退出配置模式，更新配置

設(shè)置 RTC 時鐘分頻數(shù)， 庫函數(shù)是：

void rtc_prescaler_set(uint32_t psc)

這個函數(shù)只有一個入口參數(shù)，就是 RTC 時鐘的分頻數(shù)，很好理解。

然后是設(shè)置秒中斷允許，RTC 使能中斷的函數(shù)是：

void rtc_interrupt_enable(uint32_t interrupt)

這個函數(shù)的第一個參數(shù)是設(shè)置秒中斷類型，這些通過宏定義定義的。 對于使能秒中斷方法是：

rtc_interrupt_enable(RTC_INT_SECOND); //使能 RTC 秒中斷

下一步便是設(shè)置時間了，設(shè)置時間實際上就是設(shè)置 RTC 的計數(shù)值，時間與計數(shù)值之間是需要換算的，當然也可先不設(shè)置。庫函數(shù)中設(shè)置 RTC 計數(shù)值的方法是：

void rtc_counter_set(uint32_t cnt)

通過這個函數(shù)直接設(shè)置 RTC 計數(shù)值。

6）更新配置，設(shè)置 RTC 中斷分組。

在設(shè)置完時鐘之后，我們將配置更新同時退出配置模式，這里還是通過 RTC_CTL的CMF來實現(xiàn)。庫函數(shù)的方法是：

rtc_configuration_mode_exit ();//退出配置模式，更新配置

在退出配置模式更新配置之后我們在備份區(qū)域 BKP_DATA0中寫入 0xA5A5代表我們已經(jīng)初始化過時鐘了，下次開機（或復(fù)位）的時候，先讀取 BKP_DATA0的值，然后判斷是否是 0xA5A5來決定是不是要配置。接著我們配置 RTC 的秒鐘中斷，并進行分組。

往備份區(qū)域?qū)懹脩魯?shù)據(jù)的函數(shù)是：

void bkp_data_write(bkp_data_register_enum register_number, uint16_t data)

這個函數(shù)的第一個參數(shù)就是寄存器的標號了，這個是通過宏定義定義的。 比如我們要往BKP_DATA0 寫入 0xA5A5，方法是：

bkp_data_write(BKP_DATA_0, 0xA5A5);

同時，有寫便有讀，讀取備份區(qū)域指定寄存器的用戶數(shù)據(jù)的函數(shù)是：

uint16_t bkp_data_read(bkp_data_register_enum register_number)

這個函數(shù)就很好理解了，這里不做過多講解。

設(shè)置中斷分組的方法之前已經(jīng)詳細講解過，這里不做重復(fù)講解。

7）編寫中斷服務(wù)函數(shù)。

最后，我們要編寫中斷服務(wù)函數(shù)，在秒鐘中斷產(chǎn)生的時候，讀取當前的時間值。

/**
  * @brief  This function handles RTC exception.
  * @param  None
  * @retval None
  */
void RTC_IRQHandler(void)
{
   if(rtc_flag_get(RTC_FLAG_SECOND)!=RESET)//讀取中斷標志
   {
        rtc_flag_clear(RTC_FLAG_SECOND);//清楚中斷標志
        tim_bz=1;//秒中斷標志
   }
}

完成的配如下：

/**
  * @brief  RTC配置
  * @param  None
  * @retval None
  */
void rtc_configuration(void)
{
    /* enable PMU and BKPI clocks 使能電源時鐘和備份區(qū)域時鐘*/
    rcu_periph_clock_enable(RCU_BKPI);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);

    /* allow access to BKP domain 允許訪問BKP區(qū)域*/
    pmu_backup_write_enable();

    //復(fù)位備份區(qū)域，開啟外部低速振蕩器
    /* reset backup domain */
    bkp_deinit();

    /* enable LXTAL 使能外部低速晶振 32.768K */
    rcu_osci_on(RCU_LXTAL);
    /* wait till LXTAL is ready */
    rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL);

    //選擇 RTC 時鐘，并使能
    /* select RCU_LXTAL as RTC clock source */
    rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL);

    /* enable RTC Clock 使能RTC時鐘	 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC);

    rtc_configuration_mode_enter();

    /* wait for RTC registers synchronization */
    rtc_register_sync_wait();

    /* wait until last write operation on RTC registers has finished 等待寫RTC寄存器完成*/
    rtc_lwoff_wait();

    /* enable the RTC second interrupt 使能RTC秒中斷*/
    rtc_interrupt_enable(RTC_INT_SECOND);

    /* wait until last write operation on RTC registers has finished 等待寫RTC寄存器完成*/
    rtc_lwoff_wait();

    /* set RTC prescaler: set RTC period to 1s 設(shè)置預(yù)分頻*/
    rtc_prescaler_set(32767);

    /* wait until last write operation on RTC registers has finished 等待寫RTC寄存器完成*/
    rtc_lwoff_wait();

    nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE1_SUB3);
    nvic_irq_enable(RTC_IRQn, 1, 0);
}

/**
  * @brief  RTC時鐘初始化
  * @param  None
  * @retval None
  */
void clock_init(void)
{
    if(0xA5A5 != bkp_data_read(BKP_DATA_0))
    {
        //第一次運行  初始化設(shè)置
        rtc_configuration();//RTC初始化
        /* wait until last write operation on RTC registers has finished */
        rtc_lwoff_wait();
        /* change the current time */
        rtc_counter_set(0);
        /* wait until last write operation on RTC registers has finished */
        rtc_lwoff_wait();
        rtc_lwoff_wait();//等待寫RTC寄存器完成	  
        rtc_lwoff_wait();//等待寫RTC寄存器完成
        bkp_data_write(BKP_DATA_0, 0xA5A5);//寫配置標志
    }
    else
    {
        /* check if the power on reset flag is set */
        if(rcu_flag_get(RCU_FLAG_PORRST) != RESET)
        {
            printf("\\r\\n\\n Power On Reset occurred....");
        }
        else if(rcu_flag_get(RCU_FLAG_SWRST) != RESET)
        {
            /* check if the pin reset flag is set */
            printf("\\r\\n\\n External Reset occurred....");
        }
        printf("\\r\\n No need to configure RTC....");
        rtc_register_sync_wait();//等待RTC寄存器同步
        rtc_interrupt_enable(RTC_INT_SECOND);//使能RTC秒中斷
        rtc_lwoff_wait();//等待寫RTC寄存器完成
    }
    rtc_configuration_mode_exit();//退出配置模式， 更新配置
    rcu_all_reset_flag_clear();//清除復(fù)位標志；
}

主函數(shù)代碼如下：

/*
    brief      main function
    param[in]  none
    param[out] none
    retval     none
*/
int main(void)
{
    uint32_t TimeData=0,hh=0,mm=0,ss=0;

    //usart init 115200 8-N-1
    com_init(COM1, 115200, 0, 1);

    rtc_configuration();
    clock_init();

    while(1)
    {
        if(tim_bz==1)
        {
            tim_bz=0;
            TimeData=rtc_counter_get();
            hh=	TimeData/3600;
            mm = (TimeData%3600)/60;
            ss = TimeData%60;
            printf("Time: %0.2d:%0.2d:%0.2d\\r\\n",hh,mm,ss);  
        }
    }
}

4 實驗現(xiàn)象

打開串口助手，打印信息如下：

這里沒有設(shè)置初始時間，時分秒是從0開始的。

審核編輯 黃宇