一文搞懂Cortex-A9 RTC

作者：土豆居士 2021-01-06 05:42:42

RTC是集成電路，通常稱為時鐘芯片。在一個嵌入式系統(tǒng)中，通常采用RTC來提供可靠的系統(tǒng)時間，包括時分秒和年月日等，而且要求在系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)下它也能正常工作(通常采用后備電池供電)。本篇主要以Cortex-A9 soc為例講解RTC的使用方法。

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一、RTC

RTC(Real-Time Clock) 實(shí)時時鐘。

RTC

RTC是集成電路，通常稱為時鐘芯片。在一個嵌入式系統(tǒng)中，通常采用RTC來提供可靠的系統(tǒng)時間，包括時分秒和年月日等，而且要求在系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)下它也能正常工作(通常采用后備電池供電)。

它的外圍也不需要太多的輔助電路，典型的就是只需要一個高精度的32.768kHz 晶體和電阻電容等,并且具有鬧鐘的功能。。

二、Exynos 4412 RTC

本篇主要以Cortex-A9 soc為例講解RTC的使用方法。

1. 特性

實(shí)時時鐘(RTC)單元可以通過備用電池供電，因此，即使系統(tǒng)電源關(guān)閉，它也可以繼續(xù)工作。RTC可以通過STRB/LDRB 指令將8位BCD碼數(shù)據(jù)送至CPU。這些BCD數(shù)據(jù)包括秒、分、時、日期、星期、月和年。

RTC單元通過一個外部的32.768kHz 晶振提供時鐘。

RTC具有定時報(bào)警的功能。

其功能說明如下：

1 -- 時鐘數(shù)據(jù)采用BCD編碼。

2 -- 能夠?qū)﹂c年的年月日進(jìn)行自動處理。

3 -- 具有告警功能，當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時，能產(chǎn)生警告中斷。

4 -- 具有獨(dú)立的電源輸入。

5 -- 提供毫秒級時鐘中斷，該中斷可以用于作為嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)核時鐘。

2. RTC Block

RTC Block Diagram

RTC在Linux中主要實(shí)現(xiàn)兩種功能，分別是系統(tǒng)掉電后的時間日期維持和時間日期報(bào)警(類似定時器)。

「1)時間日期維持功能：」

主要是由RTC實(shí)時時鐘控制寄存器RTCCON進(jìn)行功能的使能控制，由節(jié)拍時間計(jì)數(shù)寄存器TICNT來產(chǎn)生節(jié)拍時間中斷來實(shí)現(xiàn)實(shí)時操作系統(tǒng)功能相關(guān)的時間和實(shí)時同步。其中對時間日期的操作實(shí)際上是對BCD碼操作，而BCD碼則是由一系列的寄存器組成(BCD秒寄存器BCDSEC、BCD分寄存器BCDMIN、BCD小時寄存器BCDHOUR、BCD日期寄存器BCDDATE、BCD日寄存器BCDDAY、BCD月寄存器BCDMON、BCD年寄存器BCDYEAR)。

「2)報(bào)警功能：」

主要由RTC報(bào)警控制寄存器RTC ALM進(jìn)行功能使能控制，并產(chǎn)生報(bào)警中斷。報(bào)警時間日期的設(shè)置也是對一系列的寄存器進(jìn)行操作(報(bào)警秒數(shù)據(jù)寄存器ALMSEC、報(bào)警分鐘數(shù)據(jù)寄存器ALMMIN、報(bào)警小時數(shù)據(jù)寄存器ALMHOUR、報(bào)警日期數(shù)據(jù)寄存器ALMDATE、報(bào)警月數(shù)據(jù)寄存器ALMMON、報(bào)警年數(shù)據(jù)寄存器ALMYEAR)。

「3)閏年發(fā)生器」

可以根據(jù)BCDDAY、BCDMON和BCDEEAR的值自動計(jì)算閏年。

3. 備用電池

備用電池可以驅(qū)動RTC邏輯。備用電池通過RTCVDD引腳向RTC塊，即使系統(tǒng)電源關(guān)閉。如果系統(tǒng)關(guān)閉，您應(yīng)該阻止CPU和RTC邏輯。為了減少功耗，備用電池單獨(dú)驅(qū)動振蕩電路和BCD計(jì)數(shù)器。

4. Alarm【報(bào)警】

功能RTC在斷電模式或正常運(yùn)行模式都可以在執(zhí)行的時間產(chǎn)生一個ALARM_INT 和ALARM_WK信號。在正常工作模式下，它會產(chǎn)生ALARM_INT。在斷電模式下，它會ALARM_WK以及ALARM_INT信號。RTC報(bào)警寄存器(RTCALM)確定報(bào)警啟用/禁用狀態(tài)和報(bào)警時間設(shè)置的條件。

5. 晶振

32.768 kHz X-Tal Connection Example

晶振時鐘頻率 32.768 kHz。

XT_RTC_I 32.768 kHz RTC振蕩器時鐘輸入
XT_RTC_O 32.768 kHz RTC振蕩器時鐘輸出
XRTCCLKO 32.768 kHz RTC振蕩器時鐘輸出，此信號默認(rèn)關(guān)閉。可以通過設(shè)置寄存器RTCCON的CLKOUTEN字段為1來啟用它。

引腳連接圖：

由電路圖可知，只連接了RTC振蕩器時鐘輸入引腳XT_RTC_I 。

三、寄存器

1. RTC寄存器組：

寄存器組

2. INTP

設(shè)置對應(yīng)的bit為1就可以清除中斷。

3. RTCCONRTCCON

1.RTCCON寄存器由10位組成，如控制BCD SEL讀/寫啟用的CTLEN， CNTSEL、CLKRST、TICKSEL、TICEN用于測試，CLKOUTEN用于RTC時鐘輸出控制。

2.CTLEN位控制CPU和RTC之間的所有接口。因此，您應(yīng)該在RTC控件中將其設(shè)置為“1”，在系統(tǒng)重置后啟用數(shù)據(jù)寫入的例程。為了防止無意中寫入BCD計(jì)數(shù)器寄存器，應(yīng)該關(guān)閉電源前將CTLEN位清除為0。

3.CLKRST是2^15^時鐘分頻器的計(jì)數(shù)器復(fù)位。在設(shè)置RTC時鐘之前，應(yīng)重置215時鐘分頻器以獲得精確的RTC操作。

四、RTC的操作

1. 設(shè)置時間

「舉例：」我們要將當(dāng)前時間設(shè)置為 「2020年11月11日, 15:24:50」。

1) 先將RTC控制使能開啟，即RTCCON[0]置為1;2)然后將時間對應(yīng)的BCD格式數(shù)值，設(shè)置到應(yīng)對的寄存器，BCDYEAR 、BCDMON 、BCDDAY 、BCDHOUR 、BCDMIN 、BCDSEC;3) 將RTCCON[0]置為0,防止誤操作修改了時間;4)如果我們要訪問當(dāng)前時間，可以直接讀取寄存器BCDYEAR 、BCDMON 、BCDDAY 、BCDHOUR 、BCDMIN 、BCDSEC。

void rtc_init(void) 
{ 
 RTCCON = 1;//使能RTC控制寫功能 
 RTC.BCDYEAR = 0x20;// 2020年11月11日, 15:24:50.以BCD碼格式寫入 
 RTC.BCDMON = 0x11; 
 RTC.BCDDAY = 0x11; 
 RTC.BCDHOUR = 0x15; 
 RTC.BCDMIN = 0x24; 
 RTC.BCDSEC = 0x50; 
 RTCCON = 0;//關(guān)閉RTC控制寫功能 
}

2. 操作滴答定時器

TICNT

TICNT

RTC計(jì)時器是一個遞增計(jì)數(shù)器，并引發(fā)計(jì)時中斷。TICNT寄存器包含32位目標(biāo)計(jì)數(shù)值，并且CURTICCNT寄存器包含32位當(dāng)前計(jì)時計(jì)數(shù)。如果當(dāng)前滴答數(shù)達(dá)到TICNT中指定的目標(biāo)值時，計(jì)時中斷發(fā)生。

一秒鐘計(jì)數(shù)的次數(shù)，由RTCCON[7:4]即TICCKSEL位決定：

TICCKSEL

因?yàn)槲覀兊木д耦l率也是32768，為方便計(jì)數(shù)，所以我們設(shè)置RTCCON[7:4]為0，開啟滴答計(jì)時器需要設(shè)置RTCCON[8]位1:

TICEN

代碼如下：

RTCCON = RTCCON & (~(0xf << 4)) | (1 << 8); 
TICCNT = 32768;

3. 操作ALARM鬧鐘

RTCALM

RTCALM寄存器控制報(bào)警功能的啟用和報(bào)警時間。請注意，RTCALM寄存器在斷電模式下將同時生成ALARM_INT和ALARM_WK信號，但在正常模式下僅生成ALARM_INT信號。設(shè)置ALMEN[6]為1以產(chǎn)生ALARM_INT和ALARM_WK信號。

「舉例：」

比如我們想每個小時的25分58秒產(chǎn)生一個中斷信號，那我們需要設(shè)置RTCALM[1]、RTCALM[0]為1，同時設(shè)置RTCALM[6]為1以開啟alarm功能，然后將BCD格式的時間設(shè)置到寄存器ALMSEC、ALMMIN。

代碼如下：

RTCALM.ALM = (1 << 6)|(1 << 0)|(1 << 1);//使能bite：MINEN、SECEN 
RTCALM.SEC = 0x58; 
RTCALM.MIN = 0x25;  //每小時25:58產(chǎn)生一次中斷

alarm功能設(shè)置鬧鐘時間寄存器如下：

寄存器操作，采用BCD格式。

五、完整代碼實(shí)現(xiàn)

滴答計(jì)時器和alarm鬧鐘會產(chǎn)生內(nèi)部中斷信號，所以我們必須給這兩個中斷信號進(jìn)行中斷相關(guān)的初始化，并在中斷處理函數(shù)中增加相應(yīng)的處理代碼。

中斷號

參考datasheet 9.2.2 GIC Interrupt Table

rtc中斷號

關(guān)于中斷的初始化的寄存器配置，我們可以參考《11. 從0開始學(xué)ARM-基于Exynos4412中斷詳解、key程序編寫》

區(qū)別是，key連接在了第一級中斷控制器，而rtc的這兩個中斷則沒有。清中斷需要設(shè)置的寄存器如下：

「滴答計(jì)時器清中斷：」

RTCINTP  = RTCINTP | (1 << 0); 
//清GIC中斷標(biāo)志位 
ICDICPR.ICDICPR2 = ICDICPR.ICDICPR2 | (0x1 << 13); 
//清cpu中斷標(biāo)志位 
CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR&(~(0x3ff))|irq_num;

「alarm計(jì)時器清中斷：」

RTCINTP  = RTCINTP | (1 << 1); 
//清GIC中斷標(biāo)志位 
ICDICPR.ICDICPR2 = ICDICPR.ICDICPR2 | (0x1 << 12); 
//清cpu中斷標(biāo)志位 
CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR&(~(0x3ff))|irq_num;

「滴答計(jì)時器中斷初始化：」

void rtc_tic(void) 
{ 
 RTCCON = RTCCON & (~(0xf << 4)) | (1 << 8); 
 TICCNT = 32768; 
 ICDDCR = 1;  //使能分配器 
 ICDISER.ICDISER2 = ICDISER.ICDISER2 | (0x1 << 13); //使能相應(yīng)中斷到分配器 
 ICDIPTR.ICDIPTR19 = ICDIPTR.ICDIPTR19 & (~(0xff << 8))|(0x1 << 8); //選擇CPU接口 
 CPU0.ICCPMR = 255; //中斷屏蔽優(yōu)先級 
 CPU0.ICCICR = 1;   //使能中斷到CPU 
}

「alarm初始化」

void rtc_alarm(void) 
{ 
 RTCALM.ALM = (1 << 6)|(1 << 0)|(1 << 1); 
 RTCALM.SEC = 0x58; 
 RTCALM.MIN = 0x25;  //每小時25:58產(chǎn)生一次中斷 
 ICDDCR = 1;    //使能分配器 
  //使能相應(yīng)中斷到分配器 
 ICDISER.ICDISER2 = ICDISER.ICDISER2 | (0x1 << 12); 
 //選擇CPU接口 
 ICDIPTR.ICDIPTR19 = ICDIPTR.ICDIPTR19 & (~(0xff << 0))|(0x1 << 0);  
 CPU0.ICCPMR = 255; //中斷屏蔽優(yōu)先級 
 CPU0.ICCICR = 1;   //使能中斷到CPU 
}

「中斷處理函數(shù)」

void do_irq(void) 
{ 
 static int a = 1; 
 int irq_num; 
 irq_num = CPU0.ICCIAR&0x3ff;  //獲取中斷號 
 switch(irq_num) 
 { 
  case 57: //按鍵key 
   printf("in the irq_handler\n"); 
   //清GPIO中斷標(biāo)志位 
   EXT_INT41_PEND = EXT_INT41_PEND |((0x1 << 1));  
   //清GIC中斷標(biāo)志位 
   ICDICPR.ICDICPR1 = ICDICPR.ICDICPR1 | (0x1 << 25);  
  break; 
  case 76: 
   printf("in the alarm interrupt!\n"); 
   RTCINTP  = RTCINTP | (1 << 1); 
   //清GIC中斷標(biāo)志位 
   ICDICPR.ICDICPR2 = ICDICPR.ICDICPR2 | (0x1 << 12);  
  break; 
  case 77: 
   printf("in the tic interrupt!\n"); 
   RTCINTP  = RTCINTP | (1 << 0); 
    //清GIC中斷標(biāo)志位 
   ICDICPR.ICDICPR2 = ICDICPR.ICDICPR2 | (0x1 << 13); 
   break; 
 } 
 //清cpu中斷標(biāo)志位 
 CPU0.ICCEOIR = CPU0.ICCEOIR&(~(0x3ff))|irq_num;  
}

「其他代碼：」

void rtc_init(void) 
{ 
 RTCCON = 1;//使能RTC控制寫功能 
 RTC.BCDYEAR = 0x20;// 2020年11月11日, 15:24:50.以BCD碼格式寫入 
 RTC.BCDMON = 0x11; 
 RTC.BCDDAY = 0x11; 
 RTC.BCDHOUR = 0x15; 
 RTC.BCDMIN = 0x24; 
 RTC.BCDSEC = 0x50; 
 RTCCON = 0;//關(guān)閉RTC控制寫功能 
} 
int main (void) 
{     rtc_init(); 
  rtc_alarm(); 
  rtc_tic(); 
  //每隔一秒打印以下當(dāng)前時間 
  while(1) 
  { 
   printf("%x-%x-%x %x:%x:%x\n",RTC.BCDYEAR, 
   RTC.BCDMON, 
   RTC.BCDDAY, 
   RTC.BCDHOUR, 
   RTC.BCDMIN,RTC.BCDSEC); 
   delay_ms(1000); 
  } 
}