開發環境：
MDK：Keil 5.30
開發闆：GD32F207I-EVAL
MCU：GD32F207IK
16.1 RTC工作原理
16.1.1 RTC簡介
GD32 的 RTC 外設，實質是一個掉電後還繼續運作的定時器。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，隻有很純粹的計時功能(當然，可以觸發中斷)；但從掉電還繼續運作的角度來說，它卻是 GD32中唯一一個具有如此強大功能的外設。是以 RTC 外設的複雜之處并不在于它的定時功能，而在于它掉電還繼續運作的特性。
以上所說的掉電，是指主電源 VDD斷開的情況，為了 RTC 外設掉電繼續運作，必須給GD32晶片通過 VBAT引腳接上锂電池。當主電源 VDD有效時，由 VDD給 RTC 外設供電。當 VDD掉電後，由 VBAT給 RTC 外設供電。但無論由什麼電源供電，RTC 中的資料都儲存在屬于 RTC 的備份域中，若主電源 VDD和 VBAT都掉電，那麼備份域中儲存的所有資料将丢失。備份域除了 RTC 子產品的寄存器，還有 42 個 16 位的寄存器可以在 VDD掉電的情況下儲存使用者程式的資料，系統複位或電源複位時，這些資料也不會被複位。
從 RTC 的定時器特性來說，它是一個 32 位的計數器，隻能向上計數。它使用的時鐘源有三種，分别為高速外部時鐘的 128 分頻：HXTAL/128；低速内部時鐘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，是以沒法保證 RTC 正常工作。是以 RTC 一般使用低速外部時鐘LXTAL，頻率為實時時鐘子產品中常用的 32.768KHz，這是因為 32768 = 215，分頻容易實作，是以它被廣泛應用到 RTC 子產品。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子產品在相應軟體配置下，可提供時鐘月曆的功能。修改計數器的值可以重新設定系統目前的時間和日期。RTC子產品和時鐘配置系統處于後備區域，即在系統複位或從待機模式喚醒後，RTC的設定和時間維持不變。
16.1.2主要特性
可程式設計的預分頻系數：分頻系數最高為2^20
32位的可程式設計計數器，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個獨立的複位類型：
A) APB1接口由系統複位；
B) RTC核心(預分頻器、鬧鐘、計數器和分頻隻能由後備域複位
3個專門的可屏蔽中斷：
A) 鬧鐘中斷，用來産生一個軟體可程式設計的鬧鐘中斷。
B) 秒中斷，用來産生一個可程式設計的周期性中斷信号 (最長可達1秒)。
C) 溢出中斷，訓示内部可程式設計計數器溢出并回轉為的狀态。
16.1.3 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 總線連接配接。
另一部分(RTC 核心)由一組可程式設計計數器組成，RTC核心包含兩個主要子產品。一個是RTC預分頻子產品，用來産生RTC時間基準時鐘SC_CLK。RTC預分頻子產品包含一個20位可程式設計分頻器（RTC預分頻器） ,該分頻器可以通過對RTC時鐘源分頻産生SC_CLK。如果對RTC_INTEN寄存器中的秒中斷标志位被使能， RTC會在每個SC_CLK上升沿産生一個秒中斷。 另外一個子產品是一個32 位可程式設計計數器，其數值可以被初始化為目前系統時間。如果對RTC_INTEN 寄存器的鬧鐘中斷标志位被使能， RTC會在系統時間等于鬧鐘時間（存儲于RTC_ALRMH/L 寄存器）時産生一個鬧鐘中斷。
16.2 RTC寄存器分析
16.2.1 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，我們本章将要用到秒鐘中斷，是以在該寄存器必須設定最低位為 1，以允許秒鐘中斷。
RTC_CTL的第 0 位是秒鐘标志位，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。然後必須通過軟體将該位清零（寫0）。第 3 位為寄存器同步标志位，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位為配置标位，在軟體修改 RTC_CNTx/RTC_ALRMx/RTC_PSCx的值的時候，必須先軟體置位該位，以允許進入配置模式。第 5 位為 RTC 操作位，該位由硬體操作，軟體隻讀。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】
任何标志位都将保持挂起狀态，直到适當的RTC_CTL請求位被軟體複位，表示所請求的中斷已經被接受。
在複位時禁止所有中斷，無挂起的中斷請求，可以對RTC寄存器進行寫操作。
當APB1時鐘不運作時，SCIF、ALRMIF、OVIF和RSYNF位不被更新。
SCIF、ALRMIF、OVIF和RSYNF位隻能由硬體置位，由軟體來清零。
若ALRMIF =1且ALRMIE =1，則允許産生RTC全局中斷。如果在EXTI控制器中允許産生EXTI線 17中斷，則允許産生RTC全局中斷和RTC鬧鐘中斷。
若ALRMIF =1，如果在EXTI控制器中設定了EXTI線 17的中斷模式，則允許産生RTC鬧鐘中斷；如果在EXTI控制器中設定了EXTI線 17的事件模式，則這條線上會産生一個脈沖(不會産生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，那麼我們要設定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隻有低四位有效，用來存儲PSC的 19~16 位。而PSC的前 16 位，存放在RTC_PSCL裡面，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秒鐘的信号。
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确的時鐘，比如可以得到 0.1 秒，或者 0.01 秒等。該寄存器的值自減的，用于儲存還需要多少時鐘周期獲得一個秒信号。在一次秒鐘更新後，由硬體重新裝載。這兩個寄存器和 RTC 預分頻裝載寄存器的各位是一樣的，這裡我們就不列出來了。
接着要介紹的是 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。
最後我們介紹 RTC 部分的最後一個寄存器， 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，用來标記鬧鐘産生的時間（以秒為機關），如果 RTC_CNT 的值與 RTC_ALR 的值相等，并使能了中斷的話，會産生一個鬧鐘中斷。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 的相關資訊（我們這裡主要用來标記時鐘是否已經經過了配置）。
16.2.2讀RTC寄存器
RTC完全獨立于RTC APB1接口。
軟體通過APB1接口通路RTC的預分頻值、計數器值和鬧鐘值。但是，相關的可讀寄存器隻在與RTC APB1時鐘進行重新同步的RTC時鐘的上升沿被更新。RTC标志也是如此的。
這意味着，如果APB1接口曾經被關閉，而讀操作又是在剛剛重新開啟APB1之後，則在第一次的内部寄存器更新之前，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：
發生系統複位或電源複位
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(複位、無時鐘或斷電)RTC核仍保持運作狀态。
是以，若在讀取RTC寄存器時，RTC 的APB1 接口曾經處于禁止狀态，則軟體首先必須等待RTC_CTL寄存器中的RSYNF位(寄存器同步标志)被硬體置’1’。
16.2.3配置RTC寄存器
必須設定RTC_CTL寄存器中的CMF位，使 RTC進入配置模式後，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後進行。可以通過查詢RTC_CTL寄存器中的LWOFF狀态位，判斷RTC寄存器是否處于更新中。僅當LWOFF狀态位是’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标志位，退出配置模式
5.查詢LWOFF，直至LWOFF位變為’1’ 以确認寫操作已經完成。
6.僅當CMF标志位被清除時，寫操作才能進行，這個過程至少需要3個RTCCLK周期。
16.3 RTC具體代碼實作
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，我們要通路 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。
要向備份區域寫入資料，就要先取消備份區域寫保護（寫保護在每次硬複位之後被使能），否則是無法向備份區域寫入資料的。我們需要用到向備份區域寫入一個位元組，來标記時鐘已經配置過了，這樣避免每次複位之後重新配置時鐘。 取消備份區域寫保護的庫函數實作方法是：
pmu_backup_write_enable(); //使能 RTC 和後備寄存器通路 3）複位備份區域，開啟外部低速振蕩器。
在取消備份區域寫保護之後，我們可以先對這個區域複位，以清除前面的設定，當然這個操作不要每次都執行，因為備份區域的複位将導緻之前存在的資料丢失，是以要不要複位，要看情況而定。然後我們使能外部低速振蕩器，注意這裡一般要先判斷 RCC_BDCR 的 LSERDY位來确定低速振蕩器已經就緒了才開始下面的操作。
備份區域複位的函數是：
bkp_deinit();//複位備份區域
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）設定 RTC 的分頻，以及配置 RTC 時鐘。
在開啟了 RTC 時鐘之後，我們要做的就是設定 RTC 時鐘的分頻數，通過 RTC_PSCH 和RTC_PSCL 來設定，然後等待 RTC 寄存器操作完成，并同步之後，設定秒鐘中斷。然後設定RTC 的允許配置位（ RTC_CTL的 CMF 位），設定時間（其實就是設定 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 在配置完成之後，千萬别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 設定 RTC 時鐘分頻數， 庫函數是：
void rtc_prescaler_set(uint32_t psc) 這個函數隻有一個入口參數，就是 RTC 時鐘的分頻數，很好了解。
然後是設定秒中斷允許，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定秒中斷類型，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 下一步便是設定時間了，設定時間實際上就是設定 RTC 的計數值，時間與計數值之間是需要換算的，當然也可先不設定。庫函數中設定 RTC 計數值的方法是：
void rtc_counter_set(uint32_t cnt) 通過這個函數直接設定 RTC 計數值。
6）更新配置，設定 RTC 中斷分組。
在設定完時鐘之後，我們将配置更新同時退出配置模式，這裡還是通過 RTC_CTL的CMF來實作。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後我們在備份區域 BKP_DATA0中寫入 0xA5A5代表我們已經初始化過時鐘了，下次開機（或複位）的時候，先讀取 BKP_DATA0的值，然後判斷是否是 0xA5A5來決定是不是要配置。接着我們配置 RTC 的秒鐘中斷，并進行分組。
往備份區域寫使用者資料的函數是：
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标号了，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使用者資料的函數是：
uint16_t bkp_data_read(bkp_data_register_enum register_number) 這個函數就很好了解了，這裡不做過多講解。
設定中斷分組的方法之前已經詳細講解過，這裡不做重複講解。
7）編寫中斷服務函數。
最後，我們要編寫中斷服務函數，在秒鐘中斷産生的時候，讀取目前的時間值。
/**
* @brief This function handles RTC exception.
* @param None
* @retval None
*/
void RTC_IRQHandler(void)
{
if(rtc_flag_get(RTC_FLAG_SECOND)!=RESET)//讀取中斷标志
{
rtc_flag_clear(RTC_FLAG_SECOND);//清楚中斷标志
tim_bz=1;//秒中斷标志
}
} 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 允許通路BKP區域*/
pmu_backup_write_enable();
//複位備份區域，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 設定預分頻*/
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))
{
//第一次運作 初始化設定
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);//寫配置标志
}
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();//清除複位标志；
} 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);
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);
}
}
} 16.4實驗現象
打開序列槽助手，列印資訊如下：
這裡沒有設定初始時間，時分秒是從0開始的。
公衆号[嵌入式實驗樓]
在公衆号回複關鍵詞[GD32開發實戰指南]擷取資料提取碼