這一節我們要講的主要內容是RTC實時時鐘，實時時鐘本質上是一個定時器，但是這個定時器是專門用來產生年月日時分秒，這種日期和時間信息的。所以學會了STM32的RTC就可以在STM32內部擁有一個獨立運行的鐘表。想要記錄或讀取日期和時間，就可以通過操作RTC來實現。

RTC這個外設比較特殊，它和備份寄存器(BKP)、電源控制(PWR)這兩章關聯性比較強，因此在RTC這一章中，就把BKP和RTC放在一起講。

我們首先就先介紹備份寄存器(BKP)，其實備份寄存器(BKP)和SPI章節中學過的Flash存儲器類似，都是用來存儲數據的，只是Flash的數據是真正的掉電不丟失；而BKP的數據是需要VBAT引腳接上備用電池來維持的，只要VBAT有電池供電，即使STM32主電源斷電，BKP的值也可以維持原狀。

首先我們來看一下時間戳的知識點。Unix 時間戳（Unix Timestamp）定義為從UTC/GMT的1970年1月1日0時0分0秒開始到現在所經過的秒數，不考慮閏秒。在計算機的底層我們使用秒計數器來計時，需要給人類觀看時，就轉換為年月日時分秒這樣的格式。時間戳存儲在一個秒計數器中，秒計數器為32位/64位的整型變量，計算機為了存儲這樣一個永不進位的秒數，這個數據變量類型還是要定義大一些，這個變量類型在不同系統中定義是不一樣的。我們本節STM32中的RTC，其核心的計時部分是一個32位的可編程計數器，說明我們這款STM32，它的時間戳是32位的數據類型。世界上所有時區的秒計數器相同，不同時區通過添加偏移來得到當地時間。

GMT（Greenwich Mean Time）格林尼治標準時間是一種以地球自轉為基礎的時間計量系統。它將地球自轉一周的時間間隔等分為24小時，以此確定計時標準。

UTC（Universal Time Coordinated）協調世界時是一種以原子鐘為基礎的時間計量系統。它規定銫133原子基態的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9,192,631,770周所持續的時間為1秒。當原子鐘計時一天的時間與地球自轉一周的時間相差超過0.9秒時，UTC會執行閏秒來保證其計時與地球自轉的協調一致

接下來我們學習時間戳中秒計數器和日期時間如何進行相互轉換，這時候我們需要用到time.h模塊，C語言的time.h模塊提供了時間獲取和時間戳轉換的相關函數，可以方便地進行秒計數器、日期時間和字符串之間的轉換，在time.h里主要有表格內的這些主要函數

時間戳轉換關系如下圖所示

接下來我們學習BKP和RTC的外設部分，我們首先學習BKP的相關知識點。BKP全稱Backup Registers，翻譯過來就是備份寄存器，BKP的用途就是可用于存儲用戶應用程序數據。其特性就是當VDD（2.0~3.6V）電源被切斷，他們仍然由VBAT（1.8~3.6V）維持供電。如果VDD斷電，VBAT也沒電，那BKP里的數據就會清零，因為BKP本質上是RAM存儲器，沒有掉電不丟失的能力。當系統在待機模式下被喚醒，或系統復位或電源復位時，他們也不會被復位；TAMPER引腳產生的侵入事件將所有備份寄存器內容清除，TEMPER是一個接到STM32外部的引腳，其位置就是VBAT旁邊的2號引腳，其與PC13、RTC共用，這個TAMPER引腳是一個安全保障設計，比如如果做一個安全系數非常高的設備，設備需要有防拆功能，BKP里也存儲了一些敏感數據，那就可以使能這個TEMPER引腳的侵入檢測功能；設計者把下面兩個RTC功能也放在了BKP中：? 1.引腳輸出RTC校準時鐘、RTC鬧鐘脈沖或者秒脈沖，RTC的引腳也是在PC13這個位置? ? ?2.存儲RTC時鐘校準寄存器。最后看一下BKP中，用戶數據的存儲容量，在中容量和小容量設備里，BKP是20個字節，在大容量和互聯型設備里，BKP是84個字節。可以看出來BKP的容量其實非常小，一般只能用來存儲少量的參數。BKP的簡介我們就介紹到這里。

下面看一下BKP的基本結構，圖中橙色部分我們可以叫做后備區域，BKP處于后備區域，但后備區域不只有BKP，還有RTC的相關電路。STM32后備區域的特性就是當VDD主電源掉電時，后備區域仍然可以由VBAT的備用電池供電，當VDD主電源上電時，后備區域供電會由VBAT切換到VDD，也就是主電源有電時，VBAT不會用到，這樣可以節省電池電量。BKP是位于后備區域的，BKP里主要有數據寄存器、控制寄存器、狀態寄存器和RTC時鐘校準寄存器。其中數據寄存器是主要部分，用來存儲數據，每個數據寄存器都是16位的，也就是一個數據寄存器可以存2個字節，對于中容量和小容量的設備，里面有DR1、DR2一直到DR10，總共10個數據寄存器，那一個寄存器兩個字節，所以容量是20個字節。對于大容量和互聯型設備，里面除了DR1到DR10還有DR11、DR12一直到DR42，總共42個數據寄存器，容量是84個字節。侵入檢測可以從PC13位置的TAMPER引腳引入一個檢測信號，當TAMPER產生上升沿或者下降沿時，清除BKP所有的內容，以保證安全，時鐘輸出可以把RTC的相關時鐘從PC13位置的RTC引腳輸出出去，供外部使用。其中，輸出校準時鐘時，再配合校準寄存器，可以對RTC的誤差進行校準。以上就是BKP外設的結構和功能。

接下來我們就繼續學習以下RTC外設，RTC英文全稱??Real Time Clock? 中文翻譯為實時時鐘，在STM32中，RTC是一個獨立的定時器，可為系統提供時鐘和日歷的功能，RTC實時時鐘，一般就指提供年月日時分秒這種日期時間信息的計時裝置；RTC和時鐘配置系統處于后備區域，系統復位時數據不清零，VDD（2.0~3.6V）斷電后可借助VBAT（1.8~3.6V）供電繼續走時；其內部設有32位的可編程計數器，可對應Unix時間戳的秒計數器。在讀取時間時，我們先得到這個計數器中的秒數，然后使用time.h模塊里的localtime函數就能立刻知道年月日時分秒的信息了，在寫入時間時，我們先填充年月日時分秒信息到struct tm結構體，然后用mktime函數得到秒數，再寫入到這個32位計數器即可。RTC外設中配有20位的可編程預分頻器，可適配不同頻率的輸入時鐘，由于32位的秒計數器顯然1秒要自增一次，所以驅動計數器的時鐘，需要是一個1Hz的信號，但是實際提供給RTC模塊的時鐘，也就是RTCCLK一般頻率都比較高。所以顯然我們需要在RTCCLK和計數器時鐘輸入之間加入一個分頻器，給RTCCLK降一降頻率，保證分頻器輸出給計數器的頻率為1Hz。那為了適配各種頻率的RTCCLK，就在其中間加入了一個20位的分頻器，可以選擇對輸入時鐘進行1-2^20這么大范圍的分頻，這樣就可以適配不同頻率的輸入時鐘，這就是這個可編程分頻器的作用；可選擇三種RTC時鐘源：1.? HSE時鐘除以128（通常為8MHz/128） 2.? ?LSE振蕩器時鐘（通常為32.768KHz） 3.? LSI振蕩器時鐘（40KHz） 這三個時鐘可以選擇其中一個介入到RTCCLK。

在時鐘樹中，高速時鐘一般供內部程序運行和主要外設使用；低速時鐘一般供RTC、看門狗這些東西使用，紅色所圈出來的地方最右側箭頭通往RTC，就是RTCCLK，RTCCLK有三個來源，第一個是OSC引腳接的HSE，外部高速晶振，這個晶振是主晶振，一般用的8MHz，8MHz進來，通過128分頻，可以產生RTCCLK信號，128分頻的原因是8MHz的主晶振太快了，如果不提前分頻，直接給RTCCLK，后續即使再通過RTC的20位分頻器也分不到1Hz這么低的頻率。中間這一路的時鐘來源是LSE，外部低速晶振，我們在OSC32這兩個引腳接上外部低速晶振，這個晶振產生的時鐘可以直接提供給RTCCLK，這個OSC32的晶振是內部RTC的專用時鐘，這個晶振的值也不是隨便選的，通常跟RTC有關的晶振，都是統一的數值，就是32.768KHz，選擇這個數值的原因是32KHz這個值附近的頻率是這個晶振工藝比較合適的頻率，另一方面是32768是一個2的次方數，2^15 =?32768 ，所以32.768KHz即32768Hz，經過一個15位分頻器的自然溢出，就能很方便地得到1Hz的頻率。自然溢出的意思就是設計一個15位的計數器，這個計數器不用設置計數目標，直接從0計到最大值，就是計到32767，計滿后自然溢出，這個溢出信號就是1Hz。所以，目前在RTC電路中，基本都是清一色的32.768KHz的晶振。最后第三路時鐘源來自LSI，內部低速RC振蕩器，LSI固定是40kHz，如果選擇LSI當作RTCCLK，后續再經過40K的分頻，就能得到1Hz的計數時鐘了。當然內部的RC振蕩器一般精準度沒有外部晶振高，所以LSI給RTCCLK可以當作一個備選方案。另外LSI還可以提供給看門狗，這個之后我們講看門狗的時候再說。

這三路時鐘中我們最常用的就是中間這一路外部32.768KHz的晶振，提供RTCCLK的時鐘。不僅因為中間這一路32.768KHz的晶振本身就是專供RTC使用的，其余的時鐘其實各自都有各自的主要任務，另外一個更重要的原因就是只有中間這一路的時鐘可以通過VBAT備用電池供電，上下兩路時鐘，在主電源斷電后，是停止運行的。所以要想實現RTC主電源掉電繼續走時的功能，必須選擇中間這一路的RTC專用時鐘。

接下來我們看一下RTC的框圖，看一下RTC外設具體是怎么設計的。先整體上劃分一下，左邊的一塊是核心的分頻和計數計時部分，右邊這一塊是中斷輸出使能和NVIC部分，最上面一塊是APB1總線讀寫部分，最下面一塊是和PWR關聯的部分，意思就是RTC的鬧鐘可以喚醒設備，推出待機模式。在圖中，有灰色填充的部分都處于后備區域，這些電路在主電源掉電后，可以使用備用電池維持工作，其他未被填充的部分就是待機時不供電，有關睡眠、停機、待機這些低功耗相關的內容，我們下節學PWR的時候再細講。

我們依次詳細看一下。首先看分頻和計數計時部分，這一塊的輸入時鐘是RTCCLK，RTCCLK的來源需要在RCC里進行配置。因為可選的三路時鐘頻率各不相同，而且都遠大于我們所需要的1Hz的秒計數頻率，所以RTCCLK進來，需要首先經過RTC預分頻器進行分頻，這個分頻器由兩個寄存器組成，上面這個是重裝載寄存器RTC_PRL，下面這個RTC_DIV，手冊里叫做余數寄存器，但實際上這一塊跟我們之前定時器時基單元里的計數器CNT和重裝值ARR是一樣的作用。分頻器其實就是一個計數器，計幾個數溢出一次，那就是幾分頻，所以對于可編程的分頻器來說，需要有兩個計數器，RTC_DIV寄存器用來不斷地計數，另一個RTC_PRL寄存器，我們寫入一個計數目標值，用來配置是幾分頻。那么PRL中就是計數目標，我們寫入6，那就是7分頻，寫入9，那就是10分頻；下面這個DIV，就是每來一個時鐘計一個數的用途了，當然這個DIV計數器是一個自減計數器，每來一個輸入時鐘，DIV的值自減一次，自減到0時，再來一個輸入時鐘，DIV輸出一個脈沖，產生溢出信號，同時DIV從PRL獲取重裝值，回到重裝值繼續自減。分頻輸出后的時鐘頻率是1Hz，提供給后續的秒計數器。然后看一下計數計時部分，32位可編程計數器RTC_CNT就是計時最核心的部分，我們可以把這個計數器看作是Unix時間戳的秒計數器，這樣借助time.h的函數就可以很方便地得到年月日時分秒了，在其下面還設計有一個鬧鐘寄存器RTC_ALR，這個ALR也是一個32位的寄存器，和上面這個CNT是等寬的，它的作用顧名思義就是設置鬧鐘，我們可以在ALR寫一個秒數，設定鬧鐘，當CNT的值跟ALR設定的鬧鐘值一樣時，這時就會產生RTC_Alarm鬧鐘信號，通往右邊的中斷系統，在中斷函數里，你可以執行相應的操作，同時這個鬧鐘還兼具一個功能，就是下面這里的鬧鐘信號可以讓STM32退出待機模式。這個功能就可以對應一些用途，比如你設計一個數據采集設備，需要在環節非常惡劣的地方工作，比如海底、高原、深井這些地方，然后要求是每天中午12點采集一次環節數據，其他時間為了節省電量，避免頻繁換電池，芯片都必須處于待機模式，這樣的話我們就可以用這個RTC自帶的鬧鐘功能。另外這個鬧鐘值是一個定值，只能響一次，所以你想實現周期性的鬧鐘，那在每次鬧鐘響之后，都需要再重新設置一下下一個鬧鐘時間。繼續往右看就是中斷部分了，在左邊這里有三個信號可以觸發中斷，第一個是RTC_Second，秒中斷，它的來源就是CNT的輸入時鐘，如果開啟這個中斷，那么程序就會每秒進一次RTC中斷；第二個是RTC_Overflow，溢出中斷，它的來源是CNT的右邊，意思就是CNT的32位計數器計滿溢出了會觸發一次中斷，所以這個中斷一般不會觸發；第三個RTC_Alarm，鬧鐘中斷，剛才說過，當計數器和鬧鐘值相等時，觸發中斷，同時，鬧鐘信號可以把設備從待機模式喚醒。中斷信號到右邊這里就是中斷標志位和中斷輸出控制，F結尾的是對應的中斷標志位，IE結尾的是中斷使能，最后三個信號通過一個或門匯聚到NVIC中斷控制器。最上面這部分APB1總線和APB1接口就是我們程序讀寫寄存器的地方了，讀寫寄存器可以通過APB1總線來完成，另外也可以看出RTC是APB1總線上的設備。最后，最下面這一塊，推出待機模式還有一個WKUP引腳，鬧鐘信號和WKUP引腳都可以喚醒設備。到這里這個RTC外設框圖就已經全部了解清楚了。

接下來看一下下面的基本結構圖，再總結一下以上內容，最左邊是RTCCLK時鐘來源，這一塊需要在RCC里配置，3個時鐘，選擇一個，當作RTCCLK，之后RTCCLK先通過預分頻器，對時鐘進行分頻，余數寄存器是一個自減寄存器，存儲當前的計數值，重裝寄存器是計數目標，決定分頻值。分頻之后得到1Hz的秒計數信號，通向32位計數器，1s自增一次，下面還有一個32位的鬧鐘值可以設定鬧鐘，右邊有三個信號可以觸發中斷，分別是秒信號、計數器溢出信號和鬧鐘信號，三個信號先通過中斷輸出控制進行中斷使能，使能的中斷才能通向NVIC，然后向CPU申請中斷。在程序中，我們配置這個數據選擇器，可以選擇時鐘來源；配置重裝寄存器，可以選擇分頻系數；配置32位計數器，可以進行日期時間的讀寫，需要鬧鐘的話，配置32位鬧鐘值即可；需要中斷的話，先允許中斷，再配置NVIC，最后寫對應的中斷函數即可，這就是RTC外設的主要內容。

最后，我們再看一些這個RTC的一些操作注意事項

1.執行以下操作將使能對BKP和RTC的訪問：設置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP時鐘；設置PWR_CR的DBP，使能對BKP和RTC的訪問。正常的外設開啟了時鐘就能使用了，但是BKP和RTC這兩個外設開啟稍微復雜些，首先要設置RCC_APB1ENR，這個實際上就是開啟APB1外設的時鐘，要同時開啟PWR和BKP的時鐘，對于RTC來說，并沒有單獨開啟時鐘的選項。然后我們還要設置PWR_CR的DBP位，來使能對BKP和RTC的訪問

2. 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_CRL寄存器中的RSF位（寄存器同步標志）被硬件置1。這一步對應代碼里的一個庫函數，就是RTC等待同步，一般在剛上電的時候調用一下這個函數就行了。

3.?必須設置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC進入配置模式后，才能寫入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器。就是RTC會有一個進入配置模式的標志位，把這一位置1，才能設置時間，其實這個操作在庫函數中，每個寫寄存器的函數都會自動加上這個操作，所以就不用再單獨調用代碼進入配置模式了。

4.?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_CR寄存器中的RTOFF狀態位，判斷RTC寄存器是否處于更新中。僅當RTOFF狀態位是1時，才可以寫入RTC寄存器

2和3的注意事項都是因為讀寫數據時使用的APB1總線是在PCLK1的時鐘頻率下運行的，但是RTC外設內部的工作時鐘是RTCCLK，PCLK1的頻率遠大于RTCCLK，因此任何讀寫操作都需要等待一會。

下面我們進入到代碼編寫的部分。

首先介紹一下備份寄存器BKP的庫函數，其中，BKP_DeInit函數用于恢復缺省配置在BKP的外設中是有一個用途的，就是手動清空BKP所有的數據寄存器，因為如果有備用電池的話，BKP的數據主電源掉電不清零、上電復位也不清零，它就沒清零的時候，如果我們確實想要清零，就可以使用這個函數，這樣所有BKP的數據都會變0；BKP_TamperPinLevelConfig和BKP_TamperPinCmd用于配置TAMPER侵入檢測功能，前者可以配置TAMPER引腳的有效電平，就是高電平觸發還是低電平觸發，后者就是配置是否開啟侵入檢測功能，如果需要侵入檢測的話，那就先配置TAMPER有效電平，再使能侵入檢測功能就行了；BKP_ITConfig，中斷配置，就是配置是否開啟中斷；BKP_RTCOutputConfig這是配置時鐘輸出功能，可以選擇在RTC引腳上輸出時鐘信號，輸出RTC校準時鐘、RTC鬧鐘脈沖或者秒脈沖，該配置需要通過 BKP 模塊的寄存器來實現，因此函數被歸在了BKP的庫文件之中；BKP_SetRTCCalibrationValue，用于設置RTC校準值，其實就是寫入RTC校準寄存器，校準值的設置也需要寫入 BKP 模塊的相關寄存器，因此也被歸在了BKP的庫文件之中。以上這些函數就是我們在上面說的BKP附加的小功能。之后的這幾個函數才是經常使用的：BKP_WriteBackupRegister，寫備份寄存器，其第一個參數指定要寫在哪個DR里，第二個參數填你要寫入的數據；BKP_ReadBackupRegister，讀備份寄存器。參數指定要讀哪個DR，返回值就是DR里存的值。 此外，我們還需要特別關注PWR庫函數中的PWR_BackupAccessCmd函數，即備份寄存器訪問使能，該函數中的內容就是設置PWR_CR寄存器里的DBP位，我們來調用這個函數滿足使用RTC和BKP外設時的注意事項1。

下面對于RTC實時時鐘編程，我們總結其初始化步驟如下：

1.開啟PWR時鐘和BKP時鐘，使能BKP和RTC的訪問

2.啟動RTC的時鐘，我們計劃使用LES作為系統時鐘，所以使用RCC模塊里的函數，開啟LSE的時鐘

3.配置RTCCLK這個數據選擇器，指定LSE為RTCCLK，這一步的函數也是在RCC模塊里的

4.調用注意事項中提到的等待函數，分別為等待同步和等待上一次操作完成

5.配置預分頻器，給PRL重裝寄存器一個合適的分頻值，以確保輸出給計數器的頻率是1Hz

6.配置CNT的值，給這個RTC一個初始時間

如果需要鬧鐘的話，可以配置鬧鐘值；需要中斷的話可以配置中斷部分

因為RTC比較簡單，所以庫函數并沒有使用結構體來配置，RTC也沒有RTC_Cmd這樣的函數，開啟時鐘就能自動運行了，不需要最后再啟動一下的。

在RCC庫函數中，存在著一些和RTC時鐘相關的函數。其中RCC_LSEConfig用于配置LSE外部低速時鐘，啟動LSE時鐘就調用這個函數；RCC_LSICmd函數用于配置LSI內部低速時鐘，如果出現了外部時鐘不起振的情況，也可以使用這個內部時鐘來進行實驗；RCC_RTCCLKConfig，RTCCLK配置，這個函數用來選擇RTCCLK的時鐘源，實際上就是配置簡化結構圖中的數據選擇器；RCC_RTCCLKCmd，啟動RTCCLK，在調用上一個函數選擇時鐘之后，還需要調用一下這個Cmd函數，使能一下；另外還需要用到RCC_GetFlagStatus函數獲取標志位，因為LSE時鐘不是你讓它啟動它就能立刻啟動的，調用啟動時鐘的函數之后，我們還需要等待一下標志位，等RCC的標志位LSERDY置1之后，這個時鐘才算啟動完成，工作穩定。有關RCC時鐘部分的函數就這么多。

接下來我們繼續看RTC庫函數中的函數：RTC_ITConfig用于配置中斷輸出；RTC_EnterConfigMode，進入配置模式，就是置CRL的CNF為1，進入配置模式，其對應注意事項中的第三條；RTC_ExitConfigMode，退出配置模式，就是把CNF位清零；RTC_GetCounter，獲取CNT計數器的值，顯然，讀取時鐘就靠這個函數；RTC_SetCounter，寫入CNT計數器的值，顯然，設置時間，就靠這個函數；RTC_SetPrescaler，寫入預分頻器，這個值會寫入到預分頻器的PRL重裝寄存器中，用來配置預分頻器的分頻系數；RTC_SetAlarm，寫入鬧鐘值；RTC_GetDivider，讀取預分頻器中的DIV余數寄存器，余數寄存器是一個自減寄存器，獲取余數寄存器的值，一般是為了得到更細致的時間，因為CNT計數間隔最短就是1s，如果需要更細致的時間，比如分秒、厘秒、毫秒，那就得靠這個DIV余數寄存器來實現；RTC_WaitForLastTask，等待上次操作完成，對應注意事項中的第四條，等待前一次寫操作結束；RTC_WaitForSynchro，等待同步，對應注意事項中的第二條。

在RTC顯示實時時鐘代碼中，我如何保證在系統復位后，保證時間信息仍然不被重置呢？我可以借助BKP中存儲內容在單片機供電斷開時仍然能靠電池保存的特性，在初始化代碼中加入判斷：如果BKP中任一一個數據寄存器中內容不等于約定好的數字，說明現在是單片機電源掉電、電池電源掉電之后重新啟動，因此需要進行初始化，并且在BKP對應寄存器中寫入該數據；如果其中的內容等于數字了，說明電池并未掉電，則跳過初始化。