作者：junziyang

（注：如非特別声明，以下笔记内容均针对stm32F103ZET6而言。不同型号，细节可能存在差别）

5.1 RTC简介

RTC全称为Real-Time Clock，即实时时钟，是芯片内部一个独立的计时器。类似于电脑上的时钟，在合适软件的支持下，可以为嵌入式系统提供时间、日历和闹钟等功能。例如，显示x年x月x日xx时xx分xx秒，利用闹钟中断定时唤醒等。RTC位于备份区，即使系统断电关机，仍可由电池供电，维持RTC的计时。

RTC的计数器为32bit，可由LSI/LSE或HSE的128分频来提供时钟。如果以秒为单位，理论上来说单向最大计数时长可达136年。RTC可以产生3个中断，即闹钟中断，秒中断和溢出中断。RTC闹钟与外部中断线EXTI 17相连，且在NVIC中有专门的闹钟中断向量RTC_Alarm_RIQn（编号41）与之对应。通过闹钟中断，可以对程序运行进行日程和时间管理，比如节假日自动关机等。

5.2 RTC寄存器复位值表

stm32死区怎么配置（自学STM32-05）(1)

图1 RTC寄存器地址映射与复位值表

任何外设的功能配置都是通过配置相关寄存器实现的，RTC也不例外。为便于接下来RTC原理和功能的学习，可以先浏览一下RTC寄存器的地址映射与复位值表，如图5.1所示（黄色背景的标志位仅可由硬件设置）。RTC共占用10个32bit寄存器，两两配对，分为5组：

  1. CRH/CRL为控制寄存器，分管中断使能和状态位；
  2. DIVH/DIVL为预分频寄存器，用来对时钟源RTCCLK进行分频，得到RTC的基础时钟TR_CLK（通常为1Hz）；
  3. PRLH/PRLL为预分频重载寄存器，用来存储预分频系数，每个TR_CLK周期向分频计数器重装载；
  4. CNTH/CNTL为计数寄存器，从初始值开始在TR_CLK控制下递增；
  5. ALRH/ALRL为闹钟寄存器，用来设置闹钟，当CNT寄存器与ALR寄存器中的值相等时，产生闹钟事件，如果CRH寄存器在的ALRIE=1，则会产生闹钟中断。
5.3 RTC的功能与原理5.3.1 结构框图

stm32死区怎么配置（自学STM32-05）(2)

图2. RTC原理框图

RTC的原理框图如图2所示。主要有两个单元构成：APB1接口（橙色部分）和RTC核心（绿色部分）。APB1接口与一组16bit的RTC的寄存器相连（见图1），共享APB1总线的时钟（PCLK1），这样通过APB1总线可以对这些寄存器进行读写操作从而实现对寄存器的配置。APB1接口在待机状态是不供电的。

RTC核心单元又可分为两个模块：RTC预分频器和计数器。左侧的RTC prescaler主要是对RTCCLK进行分频，以产生RTC的基础时钟TR_CLK。其中包含两组功能寄存器（参考图2），RTC_DIV（共32bit）用来对RTCLK分频，而RTC_PRL（共20bit），用来存储预分频系数，每个TR_CLK周期向分频计数器装载1次。右侧的模块中是一个计数器，也包括2组功能寄存器，RTC_CNT（共32bit）用来计↑，RTC_ALR（共32bit）用来设置闹钟。通常将RTC_CNT初始化为当前时间（对表），然后它会按TR_CLK时钟递增计数。如果不初始化，默认的时间起点是1969年12月31日23:59:58（STM32F103ZET6实测，可以用c语言的time和localtime函数获取该时间）。RTC核心部分在备份区中，在待机模式甚至主电源断开情况下该区域都是有供电的（如果安装了电池）。因此RTC初始化以后，只要不主动关闭，或电池耗尽，可以持续工作。

在待机模式下APB1接口以及右侧的RTC_CR寄存器是不供电的。RTC的3个中断中，溢出中断（RTC_Overflow）和秒中断（RTC_Second)在待机模式下无效。而闹钟中断（RTC_Alarm）有独立的中断向量，在待机状态下可以触发中断并将MCU从待机状态唤醒。

5.3.2 RTC设置

系统复位或电源复位后，除RTC_PRL/DIV/CNT/ALR不会复位外，RTC_CR寄存器与备份区外的所有寄存器一起被复位。这几个受保护的RTC寄存器，只有在对备份区进行专门复位（RCC_APB1RSTR寄存器BKPRST位置1）时才会被清除。

与其他外设一样，RTC的设置也是通过配置相关寄存器实现的。但由于这些寄存器位于“保护区”，读写操作略有不同。

1. 读取RTC寄存器

RTC核心与RTC APB1接口是完全独立的。RTC寄存器的更新受控于自己内部的时钟，在TR-CLK的每个上升沿被更新，即使外部时钟关闭的情况下，也是如此。而软件读取RTC的可读寄存器需要通过APB1接口。如果APB1的时钟被关闭，再次重新开启后，RTC的时钟要与之重新同步。如果APB1时钟重新开启后马上就去读RTC寄存器（例如更新时间显示），由于时钟不同步，第一次读取的数据有可能是不正确的（通常会读到0）。例如，系统复位或电源复位后，或者MCU刚从停止模式（Stop mode）或待机模式（Standby mode）被唤醒后，马上去读RTC寄存器就有可能会出现这种情况。

为了避免这种情况，在APB1接口重启后，第一次读RTC寄存器前，要等待硬件将RTC_CRL中的RSF（Register Synchronized Flag）位置1。RSF=1表明，TR_CLK与PCLK1同步完成。

普通睡眠模式不会受此影响，因为这种情况下APB1接口时钟不会关闭。

2. 配置RTC寄存器

RTC位于备份区，系统复位后备份区默认是写保护的。如果需要设置或修改RTC，需要执行如下操作：

1）置RCC_APB1ENR寄存器的PWREN=1和BKPEN=1，开启电源接口和备份区接口的时钟。

2）置电源控制寄存器PWR_CR中的DBP=1，使能对备份区和RTC的访问。

RTC寄存器必须在前一次写入结束后才能进行下一次写入。执行完上述操作，放开写入权限后，还必须确认没有正在写入RTC寄存器的操作才可以执行新的写入。确认的方法是：读取RTOFF（RTC operation OFF），写操作结束后，硬件会将该位置1。

由于RTC_PRL/CNT/ALR寄存器是在TR_CLK同步下不断更新的，要写入这些寄存器，必须先主动停止这些寄存器的自动更新。方法是：在确认RTOFF=1的情况下，将CNF（Configuration Flag）位置1。可以认为CNF=1后，这些寄存器被暂时与TR_CLK断开，进入配置模式（Configuration mode）。配置完毕再置CNF=0，退出配置模式，配置才会生效。为了保险期间，最后可以再确认写一下RTOFF=1。概况起来，写入这些寄存器的步骤如下：

1）查询并等待RTOFF=1；

2）设置CNF=1；

3）写入RTC寄存器；

4）清除CNF，即写入CNF=0；

5）查询并等待RTOFF=1。

由于内外时钟的不同频率，CNF的写入至少需要等待3个RTCCLK周期。

3. RTC的标志位

RTC相关状态标志位由RTC_CRL寄存器管理，除了前面提到过的RTOFF（写入结束）、CNF（配置模式）和RSF（寄存器同步）外，还有SECF（秒标志）、OWF（溢出标志）和ALRF（闹钟标志）3个标志位：

SECF（Second Flag）置位发生在RTC计数器更新前，提前量为1个RTCCLK周期，计数器在每个TR_CLK周期都会更新。因TR_CLK通常设为1秒，所以称为秒标志。

OWF（Overflow Flag）置位发生在计数器数器溢出前，提前量为1个RTCCLK周期。RTC的计数器是32bit递增的，达到最大数后会自动回到0，这一事件称为计数器溢出。

ALRF（Alarm Flag）置位发生在计数器数值达到ALR 1前，提前量为1个RTCCLK。图3所示为PR=0003（即TR_CLK为RTCCLK4分频），ALR=0004（即第5秒）时，RTC时钟、秒时钟、计数器以及ALRF置位的时序关系。OWF的置位情况与此类似，只是发生在计数器溢出前。

stm32死区怎么配置（自学STM32-05）(3)

图3. ALRF与计数器、RTC时钟以及秒时钟的时序关系

5.3.3 RTC寄存器

RTC共有10个寄存器，按功能分为5组，可以按半字或字访问。

1. RTC_CRH/L

RTC_CRH和RTC_CRL为RTC控制寄存器（RTC Control Register High/Low ）。二者均占32bit，但大部分为预留空间。

RTC_CRH用来管理RTC相关的中断，只有3个功能位：

RTC_CRL用来管理RTC相关的一些标志位。共有6个功能位：

说明：

2. RTC_PRLH/L

RTC的本地时钟TR_CLK是通过对RTCCLK进行分频得到的。分频器的工作原理是，通过一个计数器，每隔N个输入时钟脉冲，产生1个输出时钟脉冲，即实现了对时钟源的N分频。分频器中用一个寄存器来存储分频系数，每次计数器计数归零，自动将分频系数寄存器中的值重新装载到计数器，开始下一个周期的计数。

RTC_PRLH/L为RTC预分频装载寄存器（RTC Prescaler Load Register High/Low），是用来存储分频系数的，每个RTCCLK周期递减，归零时产生TR_CLK时钟脉冲。在该脉冲触发下，RTC_PRL将其中存储的分频系数重新装载到计数器，开始下一个TR_CLK周期的计数（参见图3）。

RTC_PRL寄存器由两个32位寄存器组成。RTC_PRLH仅使用低4位，存储PRL[19-16]。RTC_PRLL使用低16位，存储PRL[15-0]。RTCCLK的频率一般为32.768kHz（215），将RPLL设为0x7FFF，即可得到1s的周期。设置PRLH主要是为了应对更高的RTC时钟频率，例如HSE的128分频为562.5kHz，得到一秒则需要用到PRLH（0x89544）。

TR_CLK的与RTCCLK的关系为：

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该寄存器受RTOFF位的保护。

3. RTC_DIVH/L

RTC_DIVH/L为RTC预分频器计数寄存器（RTC Prescaler Divider Register High/Low），用来存储预分频计数器当前值。有了该寄存器，可以在不干扰计数器工作的情况下，通过获取当前计数值实现更精确的时间度量。例如，TR_CLK通常为1秒，为32768个RTCCLK周期，通过读取RTC_DIV中的值，可以实现比秒更短的时间分辨，比如秒表上的1/100s。

此寄存器为只读。RTC_PRL或CNT寄存器修改后，硬件会重新装载该寄存器的值。

4. RTC_CNTH/L

RTC_CNTH/L是RTC计数寄存器（RTC Counter Register High/Low），是用来计数的。由两个32位寄存器组成，每个寄存器仅用低16位，每个TR_CLK周期数值递增1。可连续计数范围0-232（约136年）。该寄存器受RTOFF位的保护。

5. RTC_ALRH/L

RTC_ALRH/L为RTC闹钟寄存器（RTC Alarm Register High/Low），用来设置闹钟。当此寄存器中的值与CNT寄存器中的值相等时，会设置ALRF位，产生闹钟中断/事件。

该寄存器受RTOFF位的保护。

5.4 HAL库RTC函数5.4.1 RTC配置步骤

在HAL库中，RTC的API在STM32f1xx_hal_rtc.h中声明，在stm32f1xx_hal_rtc.c中定义。配置RTC基本步骤如下：

  1. 使能RTC区访问：RCC_APB1ENR中的PWREN=1和BKPEN=1，PWR_CR中的DBP=1；
  2. 准备配置RTC：清除RSF并待其硬件复位，确保寄存器已同步；每次写入前都要确认RTOFF=1，即没有进行中的写入；
  3. 配置RTC预分频系数。
  4. 设置日期和时间：将日期和时间折算为秒，写入RTC_CNT寄存器。CNT寄存器仅是一个计数器，时间和日期需要在程序中约定一个起点，然后根据计数器的值进行折算。时间起点的约定可以是任意的。计数寄存器中并不会存储年月日等信息，只是相对于参考时间起点的计数次数（秒数），具体的日期和时间需要在程序中折算。
  5. 设置闹钟：写入RTC_ALRH/L寄存器。
  6. 使能所需中断。
5.4.2 RTC初始化/复位函数5.4.3 事件和日期设置函数5.4.4 闹钟设置函数5.4.5 状态控制函数5.5 BKP寄存器5.5.1 BKP简介

备份区（BacKuP domain）中除了RTC，还有一组寄存器，用来备份应用程序中的用户数据。由于关机或待机后备份区可以由电池供电，因此把一些重要数据存储到备份区的寄存器中，MCU复位或唤醒后可以读取这些数据，执行一些初始化的工作。例如，MCU从停机被唤醒后，默认会使用HSI时钟，往往会造成一些问题。可以设置一个睡眠方式标志，停机前写入备份区寄存器，待被重新激活后，可以读取这个数据，判断是否从停机状态恢复，以便重新初始化时钟。（好像读PWR_CR的PDDS位也可以）。

5.5.2 BKP寄存器

STM32系列大容量产品在备份区设置了42个16bit的寄存器（32bit寄存器仅开放低16位），可以存储84个字节的数据。由于备份区在复位后默认是写保护的，与前述设置RTC一样，必须先去掉写保护（RCC_APB1ENR：PWREN=1,BKPEN=1；PWR_CR：DBP=1）才可以写入BKP寄存器。

除了42个数据寄存器，BKP还有3个专用寄存器，来管理RTC的校准、防侵入引脚（TAMPER）的设置，以及BKP状态和中断。这个专用寄存器的地址映射即复位值如图4所示。

stm32死区怎么配置（自学STM32-05）(5)

图4. BKP寄存器地址映射与复位值表

1. BKP_RTCCR寄存器

BKP_RTCCR是RTC校准寄存器（RCC Clock Calibration Register ），用来管理RTC脉冲输出和校正。该寄存器共有4个功能位：

2. BKP_CR寄存器

BKP_CR是备份区控制寄存器（Backup control register），用来管理防侵入Tamper引脚。该寄存器只有两个功能位：

3. BKP_CSR寄存器

BKP_CSR是备份区控制/状态寄存器（Backup control/status register），用来管理TAMPER引脚上的中断/事件及标志位。该寄存器共5个功能位：

5.5.3 HAL库BKP函数

不同型号的MCU，BKP不尽相同。因此HAL库将相关函数纳入扩展API。在stm32f1xx_hal_rtc_ex.h中声明，在stm32f1xx_hal_rtc_ex.c中定义。

1. TAMPER管理函数

2. 秒中断/事件管理函数

3.扩展控制函数

6. 示例-半点报时闹钟

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "rtc.h" /* USER CODE BEGIN 0 */ #include "time.h" /* USER CODE END 0 */ RTC_HandleTypeDef hrtc; /* RTC init function */ void MX_RTC_Init(void){ /* USER CODE BEGIN RTC_Init 0 */ RTC_AlarmTypeDef sAlarm = {0}; /* USER CODE END RTC_Init 0 */ RTC_TimeTypeDef sTime = {0}; RTC_DateTypeDef DateToUpdate = {0}; /* USER CODE BEGIN RTC_Init 1 */ /* USER CODE END RTC_Init 1 */ /** Initialize RTC Only */ hrtc.Instance = RTC; hrtc.Init.AsynchPrediv = RTC_AUTO_1_SECOND; hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUTSOURCE_ALARM; if (HAL_RTC_Init(&hrtc) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* USER CODE BEGIN Check_RTC_BKUP */ /* USER CODE END Check_RTC_BKUP */ /** Initialize RTC and set the Time and Date */ sTime.Hours = 10; sTime.Minutes = 0; sTime.Seconds = 0; if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK) { Error_Handler(); } DateToUpdate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_FRIDAY; DateToUpdate.Month = RTC_MONTH_OCTOBER; DateToUpdate.Date = 1; DateToUpdate.Year = 21; if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &DateToUpdate, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /* USER CODE BEGIN RTC_Init 2 */ sTime.Hours = 1; sTime.Minutes = 0; sAlarm.AlarmTime = sTime; HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &sAlarm, RTC_FORMAT_BIN); //Alarm in 30min later /* USER CODE END RTC_Init 2 */ } void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef* rtcHandle){ if(rtcHandle->Instance==RTC) { /* USER CODE BEGIN RTC_MspInit 0 */ /* USER CODE END RTC_MspInit 0 */ HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* Enable BKP CLK enable for backup registers */ __HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); /* RTC clock enable */ __HAL_RCC_RTC_ENABLE(); /* RTC interrupt Init */ HAL_NVIC_SetPriority(RTC_Alarm_IRQn, 2, 1); HAL_NVIC_EnableIRQ(RTC_Alarm_IRQn); /* USER CODE BEGIN RTC_MspInit 1 */ /* USER CODE END RTC_MspInit 1 */ } } /*---------------------------------------------------------------------- * * Alarm Event Callback * -----------------------------------------------------------------------*/ void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc){ uint8_t n=0u; HQ_RTC_UpdateAlarm(hrtc,30); printf("Current Time is:"); HQ_RTC_DisplayTime(); if((PWR->CSR&(0x1<<1))!=0){ //Wakeup from Stop mode SystemClock_Config(); //Restore system clock } for (n=0;n<4;n ) { //Ring the bell BEEP = !BEEP; delay_ms(300); } } //-----UpdateAlarm to ring bell after INTERVAL minutes ----------------- void HQ_RTC_UpdateAlarm(RTC_HandleTypeDef *hrtc,uint8_t interval){ uint16_t high1 = 0U, low = 0U; uint32_t AlarmCounter = 0U,tickstart = 0U; // 01. RTC_ReadAlarmCounter high1 = READ_REG(hrtc->Instance->ALRH & RTC_CNTH_RTC_CNT); low = READ_REG(hrtc->Instance->ALRL & RTC_CNTL_RTC_CNT); AlarmCounter = (((uint32_t) high1 << 16U) | low); // 02. Update the value AlarmCounter = ((uint32_t) interval)*60U; // 03. RTC_WriteAlarmCounter while ((hrtc->Instance->CRL & RTC_CRL_RTOFF) == (uint32_t)RESET);//Wait till RTC is in INIT state __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(hrtc);/* Disable the write protection for RTC registers */ WRITE_REG(hrtc->Instance->ALRH, (AlarmCounter >> 16U));/* Set RTC COUNTER MSB word */ WRITE_REG(hrtc->Instance->ALRL, (AlarmCounter & RTC_ALRL_RTC_ALR));/* Set RTC COUNTER LSB word */ __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(hrtc);/* Enable the write protection for RTC registers */ tickstart = HAL_GetTick(); while ((hrtc->Instance->CRL & RTC_CRL_RTOFF) == (uint32_t)RESET){ //Wait till RTC is in INIT state if ((HAL_GetTick() - tickstart) > RTC_TIMEOUT_VALUE){ Error_Handler(); } } } // ------ DisplayTime ------------------------------------------------ void HQ_RTC_DisplayTime(){ RTC_TimeTypeDef sTime = {0}; RTC_DateTypeDef sDate = {0}; HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN); HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN); printf("20d-d-d d:d:d \r\n", sDate.Year,sDate.Month,sDate.Date, sTime.Hours,sTime.Minutes,sTime.Seconds); }

学习心得：

嵌入式系统开发过程中最繁琐的部分可能就是配置寄存器，先后顺序、延时、相互间的逻辑联系.....非常容易出错。库函数对常用的寄存器进行了功能性封装。基于库函数开发可以事半功倍，而且HAL库函数自带超时和容错机制，不容易出错。学习过程中可以读一下库函数，看一下其中是如何操作寄存器的。对学习大有裨益。还可以先基于库函数实现所需的功能，然后按其中的思路自己再用配置寄存器的方法实现一遍。调试的过程中可以学到很多细节的东西。毕竟配置寄存器是与硬件对话的更直接途径。

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