開發環境：

MDK：Keil 5.30

開發板：GD32F207I-EVAL

MCU：GD32F207IK

1 RTC工作原理

1.1 RTC簡介

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

以上所說的掉電， 是指主電源 VDD斷開的情況，為了 RTC 外設掉電繼續運行，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 外設供電。當 VDD掉電后，由 VBAT給 RTC 外設供電。但無論由什么電源供電，RTC 中的數據都保存在屬于 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據將丟失 。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據，系統復位或電源復位時，這些數據也不會被復位。

從 RTC 的定時器特性來說， 它是一個 32 位的計數器，只能向上計數 。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，所以它被廣泛應用到 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模塊在相應軟件配置下，可提供時鐘日歷的功能。修改計數器的值可以重新設置系統當前的時間和日期。RTC模塊和時鐘配置系統處于后備區域，即在系統復位或從待機模式喚醒后，RTC的設置和時間維持不變。

1.2主要特性

• 可編程的預分頻系數：分頻系數最高為2^20
• 32位的可編程計數器，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個獨立的復位類型：

A) APB1接口由系統復位；

B) RTC核心(預分頻器、鬧鐘、計數器和分頻只能由后備域復位

• 3個專門的可屏蔽中斷：

A) 鬧鐘中斷，用來產生一個軟件可編程的鬧鐘中斷。

B) 秒中斷，用來產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，指示內部可編程計數器溢出并回轉為的狀態。

1.3 RTC架構

RTC的架構如下圖所示。

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 總線時鐘驅動，用來與 APB1 總線連接。

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

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，直到適當的RTC_CTL請求位被軟件復位，表示所請求的中斷已經被接受。
• 在復位時禁止所有中斷，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，則允許產生RTC全局中斷。如果在EXTI控制器中允許產生EXTI線 17中斷，則允許產生RTC全局中斷和RTC鬧鐘中斷。
• 若ALRMIF =1，如果在EXTI控制器中設置了EXTI線 17的中斷模式，則允許產生RTC鬧鐘中斷；如果在EXTI控制器中設置了EXTI線 17的事件模式，則這條線上會產生一個脈沖(不會產生RTC鬧鐘中斷)。

RTC 預分頻裝載寄存器，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，那么我們要設置這兩個寄存器的值為 32767，以得到一秒鐘的計數頻率。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 的相關信息（我們這里主要用來標記時鐘是否已經經過了配置）。

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的預分頻值、計數器值和鬧鐘值。但是，相關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接口曾經被關閉，而讀操作又是在剛剛重新開啟APB1之后，則在第一次的內部寄存器更新之前，從APB1上讀出的RTC寄存器數值可能被破壞了(通常讀到0) 。下述幾種情況下能夠發生這種情形：

• 發生系統復位或電源復位
• 系統剛從待機模式喚醒
• 系統剛從停機模式喚醒

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

因此，若在讀取RTC寄存器時，RTC 的APB1 接口曾經處于禁止狀態，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束后進行。可以通過查詢RTC_CTL寄存器中的LWOFF狀態位，判斷RTC寄存器是否處于更新中。僅當LWOFF狀態位是’1’時，才可以寫入RTC寄存器。

配置過程：

1.查詢LWOFF位，直到LWOFF的值變為’1’

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位變為’1’ 以確認寫操作已經完成。

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

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域時鐘。

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

rcu_periph_clock_enable(RCU_BKPI);
rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);

2）取消備份區寫保護。

要向備份區域寫入數據，就要先取消備份區域寫保護（寫保護在每次硬復位之后被使能），否則是無法向備份區域寫入數據的。我們需要用到向備份區域寫入一個字節，來標記時鐘已經配置過了，這樣避免每次復位之后重新配置時鐘。 取消備份區域寫保護的庫函數實現方法是：

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

3）復位備份區域，開啟外部低速振蕩器。

在取消備份區域寫保護之后，我們可以先對這個區域復位，以清除前面的設置，當然這個操作不要每次都執行，因為備份區域的復位將導致之前存在的數據丟失，所以要不要復位，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就緒了才開始下面的操作。

備份區域復位的函數是：

開啟外部低速振蕩器的函數是：

rcu_osci_on(RCU_LXTAL);// 開啟外部低速振蕩器

4）選擇 RTC 時鐘，并使能。

庫函數中，選擇 RTC 時鐘的函數是：

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 時鐘的函數是：

rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC); //使能 RTC 時鐘

5）設置 RTC 的分頻，以及配置 RTC 時鐘。

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

在進行 RTC 配置之前首先要打開允許配置位(CMF)，庫函數是：

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，函數是：

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

設置 RTC 時鐘分頻數， 庫函數是：

void rtc_prescaler_set(uint32_t psc)

這個函數只有一個入口參數，就是 RTC 時鐘的分頻數，很好理解。

然后是設置秒中斷允許，RTC 使能中斷的函數是：

void rtc_interrupt_enable(uint32_t interrupt)

這個函數的第一個參數是設置秒中斷類型，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

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

void rtc_counter_set(uint32_t cnt)

通過這個函數直接設置 RTC 計數值。

6）更新配置，設置 RTC 中斷分組。

在設置完時鐘之后，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。庫函數的方法是：

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域 BKP_DATA0中寫入 0xA5A5代表我們已經初始化過時鐘了，下次開機（或復位）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。

往備份區域寫用戶數據的函數是：

void bkp_data_write(bkp_data_register_enum register_number, uint16_t data)

這個函數的第一個參數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，讀取備份區域指定寄存器的用戶數據的函數是：

uint16_t bkp_data_read(bkp_data_register_enum register_number)

這個函數就很好理解了，這里不做過多講解。

設置中斷分組的方法之前已經詳細講解過，這里不做重復講解。

7）編寫中斷服務函數。

最后，我們要編寫中斷服務函數，在秒鐘中斷產生的時候，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區域*/
    pmu_backup_write_enable();

    //復位備份區域，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 設置預分頻*/
    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();//清除復位標志；
}

主函數代碼如下：

/*
    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 實驗現象

打開串口助手，打印信息如下：

這里沒有設置初始時間，時分秒是從0開始的。

審核編輯 黃宇