HAL库源码移植与使用之RTC时钟

news2024/11/15 20:46:57

实时时钟(Real Time Clock，RTC)，本质是一个计数器，计数频率常为秒，专门用来记录时间。

普通定时器无法掉电运行！但RTC可由VBAT备用电源供电，断电不断时

这里讲F1系列的RTC

可以产生三个中断信号，秒  闹钟  溢出信号

其中闹钟可以唤醒wwdg和iwdg

后备寄存器：

后备寄存器不仅有存数据的地方还有存状态，存配置rtc等后备外设的配置寄存器的存在，这些寄存器全部都复位不重置，所以可以在有备用电池的状态下做点文章

因为rcc内有状态位在不断电情况下可以知道上次复位是因为什么造成的

标准库还有用后备寄存器存数据的  temper引脚防破解  校准时钟输出等实验，正点原子hal教学没有，得自己探索

你选时钟源的时候如果32.768khz坏了，也可以选择rc振荡器40khz和高速内部rc振荡器但不推荐，因为他俩很容易受外部影响

你可以获取分频器的分频计数值来更加精确的处理得出时间 

函数解析：

下面的函数是正点原子自己写的，专门用于处理时间戳的函数，你也可以自己用time.h跟标准库那时候一样

rtc.c

#include "./BSP/RTC/rtc.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"


RTC_HandleTypeDef g_rtc_handle; /* RTC控制句柄 */
_calendar_obj calendar;         /* 时间结构体 */

/**
 * @brief       RTC写入后备区域SRAM
 * @param       bkrx : 后备区寄存器编号,范围:0~41
                        对应 RTC_BKP_DR1~RTC_BKP_DR42
 * @param       data : 要写入的数据,16位长度
 * @retval      无
 */
void rtc_write_bkr(uint32_t bkrx, uint16_t data)
{
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份区写保护 */
    HAL_RTCEx_BKUPWrite(&g_rtc_handle, bkrx + 1, data);
}

/**
 * @brief       RTC读取后备区域SRAM
 * @param       bkrx : 后备区寄存器编号,范围:0~41
                对应 RTC_BKP_DR1~RTC_BKP_DR42
 * @retval      读取到的值
 */
uint16_t rtc_read_bkr(uint32_t bkrx)
{
    uint32_t temp = 0;
    temp = HAL_RTCEx_BKUPRead(&g_rtc_handle, bkrx + 1);
    return (uint16_t)temp; /* 返回读取到的值 */
}

/**
 * @brief       RTC初始化
 *   @note
 *              默认尝试使用LSE,当LSE启动失败后,切换为LSI.
 *              通过BKP寄存器0的值,可以判断RTC使用的是LSE/LSI:
 *              当BKP0==0X5050时,使用的是LSE
 *              当BKP0==0X5051时,使用的是LSI
 *              注意:切换LSI/LSE将导致时间/日期丢失,切换后需重新设置.
 *
 * @param       无
 * @retval      0,成功
 *              1,进入初始化模式失败
 */
uint8_t rtc_init(void)
{
    /* 检查是不是第一次配置时钟 */
    uint16_t bkpflag = 0;

    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); /* 使能PWR电源时钟 */
    __HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); /* 使能BKP备份时钟 */
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份区写保护 */
    
    g_rtc_handle.Instance = RTC;
    g_rtc_handle.Init.AsynchPrediv = 32767;     /* 时钟周期设置,理论值：32767, 这里也可以用 RTC_AUTO_1_SECOND */
    g_rtc_handle.Init.OutPut = RTC_OUTPUTSOURCE_NONE;
    if (HAL_RTC_Init(&g_rtc_handle) != HAL_OK)  /* 初始化RTC */
    {
        return 1;
    }
    
    bkpflag = rtc_read_bkr(0);  /* 读取BKP0的值 */
    if ((bkpflag != 0X5050) && (bkpflag != 0x5051))         /* 之前未初始化过，重新配置 */
    {
        rtc_set_time(2020, 4, 25, 20, 25, 35);              /* 设置时间 */
    }

    __HAL_RTC_ALARM_ENABLE_IT(&g_rtc_handle, RTC_IT_SEC);   /* 允许秒中断 */
    __HAL_RTC_ALARM_ENABLE_IT(&g_rtc_handle, RTC_IT_ALRA);  /* 允许闹钟中断 */
    
    HAL_NVIC_SetPriority(RTC_IRQn, 0x2, 0);                 /* 设置RTC中断 */
    HAL_NVIC_EnableIRQ(RTC_IRQn);                           /* 使能中断 */
    
    rtc_get_time(); /* 更新时间 */
    
    return 0;
}

/**
 * @brief       RTC初始化
 *   @note
 *              RTC底层驱动，时钟配置,此函数会被HAL_RTC_Init()调用
 * @param       hrtc:RTC句柄
 * @retval      无
 */
void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
    uint16_t retry = 200;
    
    __HAL_RCC_RTC_ENABLE();     /* RTC时钟使能 */

    RCC_OscInitTypeDef rcc_oscinitstruct;
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef rcc_periphclkinitstruct;
    
    /* 使用寄存器的方式去检测LSE是否可以正常工作 */
    RCC->BDCR |= 1 << 0;    /* 开启外部低速振荡器LSE */
    
    while (retry && ((RCC->BDCR & 0X02) == 0))  /* 等待LSE准备好 */
    {
        retry--;
        delay_ms(5);
    }

    if (retry == 0)     /* LSE起振失败 使用LSI */
    {
        rcc_oscinitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI;  /* 选择要配置的振荡器 */
        rcc_oscinitstruct.LSIState = RCC_LSI_ON;                    /* LSI状态：开启 */
        rcc_oscinitstruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;              /* PLL无配置 */
        HAL_RCC_OscConfig(&rcc_oscinitstruct);                      /* 配置设置的rcc_oscinitstruct */

        rcc_periphclkinitstruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC;   /* 选择要配置的外设 RTC */
        rcc_periphclkinitstruct.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSI;   /* RTC时钟源选择 LSI */
        HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periphclkinitstruct);                /* 配置设置的rcc_periphClkInitStruct */
        rtc_write_bkr(0, 0X5051);
    }
    else
    {
        rcc_oscinitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE ; /* 选择要配置的振荡器 */
        rcc_oscinitstruct.LSEState = RCC_LSE_ON;                    /* LSE状态：开启 */
        rcc_oscinitstruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;              /* PLL不配置 */
        HAL_RCC_OscConfig(&rcc_oscinitstruct);                      /* 配置设置的rcc_oscinitstruct */

        rcc_periphclkinitstruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC;   /* 选择要配置外设 RTC */
        rcc_periphclkinitstruct.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSE;   /* RTC时钟源选择LSE */
        HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periphclkinitstruct);                /* 配置设置的rcc_periphclkinitstruct */
        rtc_write_bkr(0, 0X5055);
    }
}

/**
 * @brief       RTC时钟中断
 *   @note      秒钟中断 / 闹钟中断 共用同一个中断服务函数
 *              根据RTC_CRL寄存器的 SECF 和 ALRF 位区分是哪个中断
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void RTC_IRQHandler(void)
{
    if (__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_SEC) != RESET)     /* 秒中断 */
    {
        rtc_get_time();     /* 更新时间 */
        __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_SEC);            /* 清除秒中断 */
        //printf("sec:%d\r\n", calendar.sec);   /* 打印秒钟 */
    }

    if (__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_ALRAF) != RESET)   /* 闹钟中断 */
    {
        __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_ALRAF);          /* 清除闹钟中断 */
        printf("Alarm Time:%d-%d-%d %d:%d:%d\n", calendar.year, calendar.month, calendar.date, calendar.hour, calendar.min, calendar.sec);
    }

    __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_OW);                 /* 清除溢出中断标志 */
    
    while (!__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_RTOFF));       /* 等待RTC寄存器操作完成, 即等待RTOFF == 1 */
}

/**
 * @brief       判断年份是否是闰年
 *   @note      月份天数表:
 *              月份   1  2  3  4  5  6  7  8  9  10 11 12
 *              闰年   31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
 *              非闰年 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
 * @param       year : 年份
 * @retval      0, 非闰年; 1, 是闰年;
 */
static uint8_t rtc_is_leap_year(uint16_t year)
{
    /* 闰年规则: 四年闰百年不闰，四百年又闰 */
    if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))
    {
        return 1;
    }
    else
    {
        return 0;
    }
}

/**
 * @brief       设置时间, 包括年月日时分秒
 *   @note      以1970年1月1日为基准, 往后累加时间
 *              合法年份范围为: 1970 ~ 2105年
                HAL默认为年份起点为2000年
 * @param       syear : 年份
 * @param       smon  : 月份
 * @param       sday  : 日期
 * @param       hour  : 小时
 * @param       min   : 分钟
 * @param       sec   : 秒钟
 * @retval      0, 成功; 1, 失败;
 */
uint8_t rtc_set_time(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
    uint32_t seccount = 0;

    seccount = rtc_date2sec(syear, smon, sday, hour, min, sec); /* 将年月日时分秒转换成总秒钟数 */

    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); /* 使能电源时钟 */
    __HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); /* 使能备份域时钟 */
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份域写保护 */
    /* 上面三步是必须的! */
    
    RTC->CRL |= 1 << 4;         /* 进入配置模式 */
    
    RTC->CNTL = seccount & 0xffff;
    RTC->CNTH = seccount >> 16;
    
    RTC->CRL &= ~(1 << 4);      /* 退出配置模式 */

    while (!__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_RTOFF));       /* 等待RTC寄存器操作完成, 即等待RTOFF == 1 */

    return 0;
}

/**
 * @brief       设置闹钟, 具体到年月日时分秒
 *   @note      以1970年1月1日为基准, 往后累加时间
 *              合法年份范围为: 1970 ~ 2105年
 * @param       syear : 年份
 * @param       smon  : 月份
 * @param       sday  : 日期
 * @param       hour  : 小时
 * @param       min   : 分钟
 * @param       sec   : 秒钟
 * @retval      0, 成功; 1, 失败;
 */
uint8_t rtc_set_alarm(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
    uint32_t seccount = 0;

    seccount = rtc_date2sec(syear, smon, sday, hour, min, sec); /* 将年月日时分秒转换成总秒钟数 */

    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); /* 使能电源时钟 */
    __HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); /* 使能备份域时钟 */
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份域写保护 */
    /* 上面三步是必须的! */
    
    RTC->CRL |= 1 << 4;         /* 进入配置模式 */
    
    RTC->ALRL = seccount & 0xffff;
    RTC->ALRH = seccount >> 16;
    
    RTC->CRL &= ~(1 << 4);      /* 退出配置模式 */

    while (!__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_RTOFF));       /* 等待RTC寄存器操作完成, 即等待RTOFF == 1 */

    return 0;
}

/**
 * @brief       得到当前的时间
 *   @note      该函数不直接返回时间, 时间数据保存在calendar结构体里面
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void rtc_get_time(void)
{
    static uint16_t daycnt = 0;
    uint32_t seccount = 0;
    uint32_t temp = 0;
    uint16_t temp1 = 0;
    const uint8_t month_table[12] = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31}; /* 平年的月份日期表 */

    seccount = RTC->CNTH; /* 得到计数器中的值(秒钟数) */
    seccount <<= 16;
    seccount += RTC->CNTL;

    temp = seccount / 86400; /* 得到天数(秒钟数对应的) */

    if (daycnt != temp) /* 超过一天了 */
    {
        daycnt = temp;
        temp1 = 1970;   /* 从1970年开始 */

        while (temp >= 365)
        {
            if (rtc_is_leap_year(temp1)) /* 是闰年 */
            {
                if (temp >= 366)
                {
                    temp -= 366;    /* 闰年的秒钟数 */
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
            else
            {
                temp -= 365;        /* 平年 */
            }

            temp1++;
        }

        calendar.year = temp1;      /* 得到年份 */
        temp1 = 0;

        while (temp >= 28)      /* 超过了一个月 */
        {
            if (rtc_is_leap_year(calendar.year) && temp1 == 1) /* 当年是不是闰年/2月份 */
            {
                if (temp >= 29)
                {
                    temp -= 29; /* 闰年的秒钟数 */
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }
            else
            {
                if (temp >= month_table[temp1])
                {
                    temp -= month_table[temp1]; /* 平年 */
                }
                else
                {
                    break;
                }
            }

            temp1++;
        }

        calendar.month = temp1 + 1; /* 得到月份 */
        calendar.date = temp + 1;   /* 得到日期 */
    }

    temp = seccount % 86400;                                                    /* 得到秒钟数 */
    calendar.hour = temp / 3600;                                                /* 小时 */
    calendar.min = (temp % 3600) / 60;                                          /* 分钟 */
    calendar.sec = (temp % 3600) % 60;                                          /* 秒钟 */
    calendar.week = rtc_get_week(calendar.year, calendar.month, calendar.date); /* 获取星期 */
}

/**
 * @brief       将年月日时分秒转换成秒钟数
 *   @note      输入公历日期得到星期(起始时间为: 公元0年3月1日开始, 输入往后的任何日期, 都可以获取正确的星期)
 *              使用 基姆拉尔森计算公式 计算, 原理说明见此贴:
 *              https://www.cnblogs.com/fengbohello/p/3264300.html
 * @param       syear : 年份
 * @param       smon  : 月份
 * @param       sday  : 日期
 * @retval      0, 星期天; 1 ~ 6: 星期一 ~ 星期六
 */
uint8_t rtc_get_week(uint16_t year, uint8_t month, uint8_t day)
{
    uint8_t week = 0;

    if (month < 3)
    {
        month += 12;
        --year;
    }

    week = (day + 1 + 2 * month + 3 * (month + 1) / 5 + year + (year >> 2) - year / 100 + year / 400) % 7;
    return week;
}

/**
 * @brief       将年月日时分秒转换成秒钟数
 *   @note      以1970年1月1日为基准, 1970年1月1日, 0时0分0秒, 表示第0秒钟
 *              最大表示到2105年, 因为uint32_t最大表示136年的秒钟数(不包括闰年)!
 *              本代码参考只linux mktime函数, 原理说明见此贴:
 *              http://www.openedv.com/thread-63389-1-1.html
 * @param       syear : 年份
 * @param       smon  : 月份
 * @param       sday  : 日期
 * @param       hour  : 小时
 * @param       min   : 分钟
 * @param       sec   : 秒钟
 * @retval      转换后的秒钟数
 */
static long rtc_date2sec(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
    uint32_t Y, M, D, X, T;
    signed char monx = smon;    /* 将月份转换成带符号的值, 方便后面运算 */

    if (0 >= (monx -= 2))       /* 1..12 -> 11,12,1..10 */
    {
        monx += 12; /* Puts Feb last since it has leap day */
        syear -= 1;
    }

    Y = (syear - 1) * 365 + syear / 4 - syear / 100 + syear / 400; /* 公元元年1到现在的闰年数 */
    M = 367 * monx / 12 - 30 + 59;
    D = sday - 1;
    X = Y + M + D - 719162;                      /* 减去公元元年到1970年的天数 */
    T = ((X * 24 + hour) * 60 + min) * 60 + sec; /* 总秒钟数 */
    return T;
}

rtc.h

#ifndef __RTC_H
#define __RTC_H

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"


/* 时间结构体, 包括年月日周时分秒等信息 */
typedef struct
{
    uint8_t hour;       /* 时 */
    uint8_t min;        /* 分 */
    uint8_t sec;        /* 秒 */
    /* 公历年月日周 */
    uint16_t year;      /* 年 */
    uint8_t  month;     /* 月 */
    uint8_t  date;      /* 日 */
    uint8_t  week;      /* 周 */
} _calendar_obj;

extern _calendar_obj calendar;                      /* 时间结构体 */

/* 静态函数 */
static uint8_t rtc_is_leap_year(uint16_t year);     /* 判断当前年份是不是闰年 */
static long rtc_date2sec(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec);   /* 将年月日时分秒转换成秒钟数 */

/* 接口函数 */
uint8_t rtc_init(void);                             /* 初始化RTC */
void rtc_get_time(void);                            /* 获取RTC时间信息 */
uint16_t rtc_read_bkr(uint32_t bkrx);               /* 读取后备寄存器 */
void rtc_write_bkr(uint32_t bkrx, uint16_t data);   /* 写后备寄存器 */ 
uint8_t rtc_get_week(uint16_t year, uint8_t month, uint8_t day);    /* 根据年月日获取星期几 */
uint8_t rtc_set_time(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec);   /* 设置时间 */
uint8_t rtc_set_alarm(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec);  /* 设置闹钟时间 */

#endif

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