灵动微课堂 (第141讲) | 基于MM32 MCU的OS移植与应用——RT-Thread RTC万年历

RTC简介
PART 01MM32的 RTC（实时时钟）是一个独立的定时器，通过配置，可以让它准确地每秒/每毫秒中断一次。RTC 模块拥有一组连续计数的计数器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。

RTC 模块和时钟配置系统(RCC_BDCR 寄存器)处于后备区域，即在系统复位或从待机模式、停机模式唤醒后，RTC 的设置和时间维持不变。

系统复位后，禁止访问后备寄存器和 RTC，防止对后备区域(BKP)的意外写操作。执行以下操作使能对后备寄存器和 RTC 的访问：

▪ 设置寄存器 RCC_APB1ENR 的 PWREN 和 BKPEN 位来使能电源和后备接口  时钟。
▪ 设置寄存器 PWR_CR 的 DBP 位使能对后备寄存器和 RTC 的访问。

当我们需要在掉电之后，又需要 RTC 时钟正常运行的话，单片机的 VBAT脚需外接 3.3V 的纽扣电池。当系统掉电之后 VBAT 给 RTC 工作提供供电，RTC 中的数据都会保持在后备寄存器当中，因此能够时刻保存数据。

RTC
主要特征
PART 02
RTC的可编程计数器是32位，该计数器会根据一定的频率进行计数。这个频率就是RTC的时钟输入频率，在MM32的用户手册上的时钟树可以得知RTC的时钟源可以是以下三种：
▪ HSE时钟除以128
▪ LSE振荡器时钟
▪ LSI振荡器时钟

RTC有3个专门的屏蔽中断：
▪ 闹钟中断，用来产生一个软件可编程的闹钟中断
▪ 秒/毫秒中断，用来产生一个可编程的周期性中断信号
▪ 溢出中断，指示内部可编程计数器溢出并返回0的状态

RTC
功能描述
PART 03
RTC既然是定时器，那么它一定有一个计数器，这个计数器必须有时钟来源。我们知道家用时钟一般最小单位是秒，为了得到精确的时钟，需要选择一个高精度的LSE，还要匹配最佳的电容，这样才能保证时钟的精确。常用的LSE是32.768KHz，经过32768分频后得到1秒的时钟信号。RTC的计数器就可以每隔1秒向上计数。

如果使能了RTC秒中断，那么计数器每记一次数就会产生中断，这样软件就可以将RTC计数器的值读出来，经过计算得到相应的时间显示到屏幕上。

RTC 还有一个闹钟中断功能，顾名思义，就是到了设定的时间后产生中断。此功能常被用到低功耗模式的唤醒场合，MCU进入低功耗模式，需要每隔一段时间需要唤醒，那么可以采用RTC闹钟的唤醒功能。

RT-Thread
移植
PART 04
RT-Thread的移植讲解在前面的微课堂（第121讲）已经详细介绍，有不懂的小伙伴可以翻看前面的讲解，在此就不再赘述。

主要是创建两个线程，分别为LED_Task和RTC_Task。创建一个信号量sem，RTC秒中断释放信号量，RTC_Task线程获取信号量后打印时间。
在LED_Task线程，对LED每隔500ms进行翻转一次；
在RTC_Task线程，通过获取信号量的方式来确定时间已经改变并通过串口打印出来，在RTC秒中断里面释放信号量。

实验
描述
PART 05

实验描述	利用 MM32 在基于RT-Thread实时操作系统下RTC 实现一个简易的电子时钟。在串口助手中打印时间。 显示格式为 “年-月-日   时:分:秒  星期” 当时间计数为：23：59：59 时将刷新为：00：00：00。
硬件连接	VBAT 引脚需外接电池，外部接32.768KHz晶振和匹配电容。

代码
描述
PART 06
01
main 函数分析
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "rtc.h"
#include "uart.h"
#include

struct rt_semaphore sem; //定义信号量

#define THREAD_STACK_SIZE    1024
#define THREAD_PRIORITY    5

/* 线程1控制块及线程栈 */
static struct rt_thread LED_thread;
ALIGN(4)
static rt_uint8_t LED_stack[THREAD_STACK_SIZE];

/* 线程2控制块及线程栈 */
static struct rt_thread RTC_thread;
ALIGN(4)
static rt_uint8_t RTC_stack[THREAD_STACK_SIZE];

int main(void)
{   
rt_err_t result;
     LED_Init();               //初始化与LED连接的硬件接口
     uart_initwBaudRate(115200);  //初始化串口
printf("MM32 Dev Boardrn");
     printf("RTC TESTrn");
     printf("@MindMotionrn");

      /* 初始化静态信号量，初始值是0 */
       rt_sem_init(&sem, "sem",   0,    RT_IPC_FLAG_FIFO);//初始化信号量

        /* 初始化线程1 */
        result = rt_thread_init(&LED_thread, "t1",  /* 线程名：t1 */
        LED_Task, RT_NULL,                 /* 线程的入口是LED_Task */
        &LED_stack[0], sizeof(LED_stack),      /* 线程栈是LED_stack */
        THREAD_PRIORITY, 10);
    if (result == RT_EOK)                      /* 如果返回正确，启动线程1 */
        rt_thread_startup(&LED_thread);

        /* 初始化线程2 */
        result = rt_thread_init(&RTC_thread, "t2",     /* 线程名：t2 */
        RTC_Task, RT_NULL,                    /* 线程的入口是RTC_Task */
        &RTC_stack[0], sizeof(RTC_stack),         /* 线程栈是RTC_stack */
        THREAD_PRIORITY - 1, 10);
    if (result == RT_EOK)                        /* 如果返回正确，启动线程2 */
        rt_thread_startup(&RTC_thread);

    return 0;
}

因为我们在实验中需要用到串口，所以调用 uart_initwBaudRate ()函数将串口配置好。RTC线程要与RTC_IRQHandler秒中断做同步，需要一个信号量sem，并在main函数初始化一下信号量sem。下面就是新建2个线程，一个是用来翻转LED，另一个用来打印RTC时间信息。

02
RTC和LED线程分析
/* 线程1入口 */
static void LED_Task(void* parameter)
{
        while (1)
        {
            GPIOA->ODR ^= GPIO_Pin_8; //LED翻转
            rt_thread_delay(500);

    } /* 死循环 */
}

/* 线程2入口 */
static void RTC_Task(void* parameter)
{
        char str[20];

        while(RTC_Init())       //RTC初始化    ，一定要初始化成功
    {
        printf("RTC ERROR!   rn");
        rt_thread_delay(800);
        printf("RTC Trying...rn");
    }
    while (1)
    {
        rt_sem_take(&sem, RT_WAITING_FOREVER);//永久等待信号量

        sprintf(str,"%02d",calendar.w_year);
        printf("%s-",str);                //打印年份

        sprintf(str,"%02d",calendar.w_month);
        printf("%s-",str);                //打印月份

        sprintf(str,"%02d",calendar.w_date);
        printf("%s  ",str);               //打印日期

        sprintf(str,"%02d",calendar.hour);
        printf("%s:",str);                //打印小时

        sprintf(str,"%02d",calendar.min);
        printf("%s:",str);                //打印分钟

        sprintf(str,"%02d",calendar.sec);
        printf("%s  ",str);              //打印秒钟

        switch(calendar.week)           //打印星期
        {
            case 0:
                printf("Sunday   rn");
                break;
            case 1:
                printf("Monday   rn");
                break;
            case 2:
                printf("Tuesday  rn");
                break;
            case 3:
                printf("Wednesdayrn");
                break;
            case 4:
                printf("Thursday rn");
                break;
            case 5:
                printf("Friday   rn");
                break;
            case 6:
                printf("Saturday rn");
                break;  
        }
    }
}

//RTC时钟中断
//每秒触发一次  
//extern u16 tcnt;
void RTC_IRQHandler(void)
{         
    if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)//秒钟中断
    {                           
        RTC_Get();//更新时间
        rt_sem_release(&sem); //释放信号量        
    }
    if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR)!= RESET)//闹钟中断
    {
        RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR);        //清闹钟中断        
    }                                                  
    RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW);        //清闹钟中断
    RTC_WaitForLastTask();                                             
}

LED_Task线程就做了一件事，那就是对PA8脚进行翻转，从了达到LED闪烁的效果，LED亮灭各500ms的时间。

RTC_Task线程，进入该线程的第一件事就是初始化RTC，在后面详细讲解RTC的初始化。初始化通过后，就开始永久等待信号量被RTC秒中断释放，信号量一旦释放，表示秒增加了，此时就开始更新并打印出时间，rt_sem_take(&sem, RT_WAITING_FOREVER);这个是等待信号量被释放，不然线程不会往下执行。在RTC秒中断里面有rt_sem_release(&sem);对信号量进行释放。

03
RTC_Init()代码分析
//实时时钟配置
//初始化RTC时钟,同时检测时钟是否工作正常
//BKP->DR1用于保存是否第一次配置的设置
//返回0:正常
//其他:错误代码

u8 RTC_Init(void)
{
    //检查是不是第一次配置时钟
    u8 temp=0;
    //使能PWR和BKP外设时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
    //使能后备寄存器访问      
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);     
    //从指定的后备寄存器中读出数据:读出了与写入的指定数据不相乎
    if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5050)            
    {               
        BKP_DeInit();    //复位备份区域   
        RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);    //设置外部低速晶振(LSE),使用外设低速晶振
        //检查指定的RCC标志位设置与否,等待低速晶振就绪
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET)            
        {
            temp++;
            rt_thread_delay(10);
            if(temp>=250)
                return 1;//初始化时钟失败,晶振有问题   
        }
        //设置RTC时钟(RTCCLK),选择LSE作为RTC时钟      
        RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);               
        RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);    //使能RTC时钟  
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
        RTC_WaitForSynchro();        //等待RTC寄存器同步  
        RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);        //使能RTC秒中断
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
        RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置   
        RTC_SetPrescaler(32767); //设置RTC预分频的值
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
        RTC_WaitForSynchro();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
        RTC_Set(2020,10,29,10,42,55);  //设置时间   
        RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式  
        BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050);//向指定的后备寄存器中写入用户程序数据
    }
    else//系统继续计时
    {
        RTC_WaitForSynchro();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
        RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);    //使能RTC秒中断
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
    }
    RTC_NVIC_Config();//RCT中断分组设置                                 
    RTC_Get();//更新时间   
    return 0; //ok
}

在RTC_Init()函数里面 if 部分首先读取备份寄存器里面的值，看看备份寄存器里面的值是否正确（如果 RTC 曾经被设置过的话，备份寄存器里面的值为 0x5050）或判断这是不是第一次对 RTC 编程。如果这两种情况有任何一种发生的话，则初始化 RTC，并往串口助手打印出相应的调试信息。初始化好 RTC 之后，调用函数 RTC_Set ();（在 rtc.c 中实现）初始化时间值。

初始化完后，RTC 时钟就运行起来了。设置好时间后，把 0x5050这个值写入 RTC 的备份寄存器，这样当我们下一次上电时就不用重新输入 RTC 里面的时间值了。

如果 RTC 值曾经被设置过，则进入 else部分。else部分不需要重新设置 RTC 里面的时间值。

一切就绪之后，在main函数里面将我们的时间显示在电脑的串口助手上。然后在串口助手上显示出来，效果图如下：

以前我们想实现日历功能时还需通过MCU控制时钟芯片，如 DS1302 或DS12C887等，而现在我们只需要用MCU内部的一个定时器就能搞定。通过用户编程只用 RTC这个定时器就能实现我们需要的超级日历功能。

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