GD32 MCU內部提供了一個RTC（實時時鐘）模塊，通過RTC可以實現日歷時鐘、鬧鐘等功能。RTC也可以用于深度睡眠或待機模式的低功耗喚醒。不同系列的GD32 MCU在RTC設計和功能上有所區別，總體可以分為三大系列：

（1）F10x、F30x、E10x系列RTC功能基本相同，后文簡稱0x系列。

（2）F1x0、F3x0、E23x系列RTC功能基本相同，后文簡稱x0系列。

（3）F405、F407、F450系列RTC功能基本相同，后文簡稱4xx系列。后文會對0x系列、x0系列、4xx系列的RTC模塊分別進行介紹，簡單介紹RTC的工作原理、配置使用方法。

14.1.GD32 RTC 外設簡介

0x 系列 RTC

0x系列RTC整體架構相對精簡，主要依靠32位累加計數器配置分頻實現時鐘計數。日歷功能可通過軟件計算并寫入備份域中實現；同時具有鬧鐘功能可用于定時產生中斷和喚醒喚醒事件；RTC的核心計數部分在備份域中，可在VDD斷電時VBAT供電的情況保持RTC的計數，正常上電工作時通過APB總線接口可對RTC寄存器進行配置。

0x系列RTC主要特點：

? 32位可編程計數器，用于計數運行時間

– 可編程的預分頻器： 分頻系數最高可達220

? 獨立時鐘域：

– PCLK1時鐘域

– RTC時鐘域（該時鐘必須比PCLK1時鐘至少慢4倍）

? RTC時鐘源：

– HXTAL時鐘分頻

– LXTAL振蕩電路時鐘

– IRC40K振蕩電路時鐘

? 可屏蔽的中斷源：

– 鬧鐘中斷

– 秒中斷

– 溢出中斷

0x系列RTC框圖介紹：

RTC由兩個主要部分組成，如下圖0x系列RTC結構框圖所示，位于PCLK1時鐘域的APB接口和位于RTC時鐘域的RTC內核。

第一部分APB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。對RTC模塊進行相關配置。

另一部分(RTC核心)由一組可編程計數器組成，分成兩個主要模塊。第一個模塊是RTC的預分頻模塊，RTC時鐘源輸入后經過預分頻模塊，可編程產生RTC時間基準SC_CLK。RTC的預分頻模塊包含了一個20位的可編程分頻器(RTC預分頻器)；如果在RTC_INTEN寄存器中設置了相應的允許位，則在每個SC_CLK周期中RTC產生一個中斷(秒中斷)。

第二個模塊是一個32位的可編程計數器，可被初始化為當前的系統時間。系統時間按SC_CLK周期累加并與存儲在RTC_ALRM寄存器中的可編程時間相比較，如果RTC_INTEN控制寄存器中設置了相應允許位，比較匹配時將產生一個鬧鐘中斷。

x0 系列 RTC

0x系列RTC提供了一個包含日期（年/月/日）和時間（時/分/秒/亞秒）的日歷功能。除亞秒用二進制碼顯示外，時間和日期都以BCD碼的形式顯示。RTC可以進行夏令時補償。RTC可以工作在省電模式下，并通過軟件配置來智能喚醒。RTC支持外接更高精度的低頻時鐘，用以達到更高的日歷精度。

x0系列RTC主要特點：

? 通過軟件設置來實現夏令時補償。

? 參考時鐘檢測功能：通過外接更高精度的低頻率時鐘源（50Hz/60Hz）來提高日歷精度。

? 數字校準功能：通過調整最小時間單位（最大可調精度0.95ppm）來進行日歷校準。

? 通過移位功能進行亞秒級調整。

? 記錄事件時間的時間戳功能。

? 兩個模式可配置的獨立的侵入檢測。

? 可編程的日歷和一個位域可屏蔽的鬧鐘。

? 5個32位（共20字節）通用備份寄存器，能夠在省電模式下保存數據。當有外部事件侵入時，備份寄存器將會復位。

? 可屏蔽的中斷源：

– 鬧鐘0；

– 時間戳檢測；

– 侵入檢測；

x0系列RTC框圖介紹：

x0系列RTC工作在備份域，可在低功耗模式下保持工作，通過APB總線可對RTC寄存器進行讀取和配置。如下圖x0系列RTC結構框圖所示，RTC時鐘源可配置通過數字平滑校準或直接輸入到7位異步預分頻器輸出ck_apre時鐘用于RTC_SS亞秒寄存器自減計數，ck_apre時鐘又經過15位同步預分頻器后輸出1HZ的ck_spre時鐘提供日歷寄存器使用；基于日歷寄存器還實現了鬧鐘和時間戳功能；RTC還具有鬧鐘、時鐘輸出功能，對RTC_TS、RTC_TAMP0、RTC_TAMP1引腳的有效輸入可觸發時間戳和侵入事件并產生中斷。侵入事件會將備份域復位。

? 鬧鐘

RTC鬧鐘功能被劃分為多個位域并且每一個位域有一個該域的可屏蔽位。屏蔽某些位域后可固定周期產生鬧鐘事件。

? 侵入事件

RTC_TAMPx管腳可以作為侵入事件檢測功能輸入管腳，檢測模式有兩種可供用戶選擇：邊沿檢測模式或者是帶可配置濾波功能的電平檢測模式。侵入事件會將備份域復位，可產生一個中斷。

? 可選的RTC輸出功能：

512Hz（ 默認預分頻值）： RTC_OUT；

1Hz（ 默認預分頻值）： RTC_ OUT；

鬧鐘事件（ 極性可配置）： RTC_ OUT。

? 可選的RTC輸入功能：

時間戳事件檢測（ RTC_TS）；

侵入事件檢測 0（ RTC_TAMP0）；

侵入事件檢測 1（ RTC_TAMP1）；

參考時鐘輸入 RTC_REFIN（ 50 或 60Hz）。

? RTC中斷

所有的RTC中斷（鬧鐘、時間戳、侵入事件）都被連接到EXTI控制器。

4xx 系列 RTC 4xx系列RTC在x0系列RTC的基礎上做了部分功能的升級。提供了一個包含日期（年/月/日）和時間（時/分/秒/亞秒）的日歷功能。除亞秒用二進制碼顯示外，時間和日期都以BCD碼的形式顯示。

RTC可以進行夏令時補償。RTC可以工作在省電模式下，并通過軟件配置來智能喚醒。RTC支持外接更高精度的低頻時鐘，用以達到更高的日歷精度。

1. 4xx系列RTC主要特點：

? 通過軟件設置來實現夏令時補償。

? 參考時鐘檢測功能：通過外接更高精度的低頻率時鐘源（50Hz或60Hz）來提高日歷精度。

? 數字校準功能：通過調整最小時間單位（最大可調精度0.95ppm）來進行日歷校準。

? 通過移位功能進行亞秒級調整。

? 記錄事件時間的時間戳功能。

? 兩個模式可配置的獨立的侵入檢測。

? 可編程的日歷和一個位域可屏蔽的鬧鐘。

? 20個32位（共80字節）通用備份寄存器，能夠在省電模式下保存數據。當有外部事件侵入時，備份寄存器將會復位。

? 可屏蔽的中斷源：

– 鬧鐘0和鬧鐘1；

– 時間戳檢測；

– 自動喚醒事件；

– 侵入檢測；

? 可配置周期的自動喚醒定時器

4xx系列RTC框圖介紹：

4xx系列RTC工作在備份域，可在低功耗模式下保持工作，通過APB總線可對RTC寄存器進行讀取和配置。如下圖4xx系列RTC結構框圖所示，RTC時鐘源可配置通過數字平滑校準或直接輸入到7位異步預分頻器輸出ck_apre時鐘用于RTC_SS亞秒寄存器自減計數，ck_apre時鐘又可通過數字粗平滑校準或直接輸入15位同步預分頻器后輸出1HZ的ck_spre時鐘提供日歷寄存器使用；基于日歷寄存器還實現了鬧鐘和時間戳功能；RTC還具有鬧鐘、時鐘輸出功能，對RTC_TS、RTC_TAMP0、RTC_TAMP1引腳的有效輸入可觸發時間戳和侵入事件并產生中斷。侵入事件會將備份域復位。4xx系列RTC有一個獨立的自動重加載喚醒定時器可用于產生喚醒事件和中斷。

? 鬧鐘

RTC鬧鐘功能被劃分為多個位域并且每一個位域有一個該域的可屏蔽位。屏蔽某些位域后可固定周期產生鬧鐘事件。

? 侵入事件

RTC_TAMPx管腳可以作為侵入事件檢測功能輸入管腳，檢測模式有兩種可供用戶選擇：邊沿檢測模式或者是帶可配置濾波功能的電平檢測模式。侵入事件會將備份域復位，可產生一個中斷。

? 可選的RTC輸出功能：

512Hz（默認預分頻值）：(RTC_OUT)PC13

1Hz（默認預分頻值）：(RTC_OUT)PC13

鬧鐘事件（極性可配置）：(RTC_OUT)PC13

自動喚醒事件（極性可配置）：(RTC_OUT)PC13

? 可選的RTC輸入功能：

時間戳事件檢測（RTC_TS）：RTC_AF0、RTC_AF1；

侵入事件檢測 0（RTC_TAMP0）：RTC_AF0、RTC_AF1；

侵入事件檢測 1（RTC_TAMP1）：RTC_AF1；

參考時鐘輸入 RTC_REFIN（50或60Hz）。

? RTC中斷

所有的RTC中斷（鬧鐘0、鬧鐘1、喚醒、時間戳、侵入0、侵入1）都被連接到EXTI控制器。

各系列 RTC 模塊功能對比

x0系列中的E23x系列均沒有VBAT引腳，不支持VDD掉電保持RTC工作。

0x系列備份域不同于x0、4xx系列，為單獨的一個外設模塊，所以使用RTC時，0x系列相比x0系列和4xx系列還需使能BKP的時鐘。

各系列 RTC 模塊功能對比

14.2.GD32 RTC 硬件設計

? Vbat電源設計

Vbat可以連接至外部電池，在Vdd掉電時可以保證備份域不掉電、RTC繼續運行。VBAT引腳需要對GND連接0.1uF電容，如果沒有外部電池需要將VBAT和一個0.1uF電容連接至Vdd電源上。

? RTC_TAMPx引腳

入侵事件會導致備份域復位，如使用該功能需注意檢測引腳的濾波，可在RTC_TAMPx引腳上并聯0.1uf電容。

14.3.GD32 RTC 軟件配置

GD32MCU_Example下的RTC_Example例程配置了日歷和鬧鐘功能，并開啟了鬧鐘中斷。本小節講解RTC_Example例程中RTC模塊的配置說明，主要包括時鐘及分頻配置、日歷配置、鬧鐘配置、主函數說明。本例程主要介紹GD32 MCU各系列RTC模塊的時間、鬧鐘配置，有關RTC其他功能例程可參考各系列固件庫例程。

時鐘及分頻配置

? 由于RTC工作在備份域，所以使用RTC時需要使能備份域寫功能，而控制備份域寫功能的寄存器位于PMU中，所以操作RTC還需要將PMU_CTL寄存中的BKPWEN置位，從而還需使能PMU的時鐘。而對于0x系列備份域為單獨的外設，還需額外使能BKP備份域時鐘。

? 為了實現準確的日歷功能，配置RTC前需要準備好需要的時鐘源，在選擇合適的時鐘源后RTC還需要進行預分頻的配置。

0x系列時鐘及分頻配置如代碼清單 RTC 0x系列時鐘及分頻配置所示，RTC使能后需要等待RTC寄存器和APB1時鐘同步，執行rtc_register_sync_wait()函數;此外0x系列RTC在RTC寄存器配 置時需要等待上一次配置結束才能繼續新的配置，所以在每個寄存器配置前需要執行rtc_lwoff_wait()函數，等待LWOFF置位。

代碼清單 RTC 0x 系列時鐘及分頻配置

void rtc_config(void) { uint32_t prescaler=0; /* enable PMU and BKPI clocks */ rcu_periph_clock_enable(RCU_BKPI); rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU); /* allow access to BKP domain */ pmu_backup_write_enable(); #if RTC_CLOCK_SOURCE_IRC40K prescaler=40000; /* enable LXTAL */ rcu_osci_on(RCU_IRC40K); /* wait till LXTAL is ready */ rcu_osci_stab_wait(RCU_IRC40K); /* select RCU_LXTAL as RTC clock source */ rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_IRC40K); #elif RTC_CLOCK_SOURCE_LXTAL prescaler=32767; /* enable LXTAL */ rcu_osci_on(RCU_LXTAL); /* wait till LXTAL is ready */ rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL); /* select RCU_LXTAL as RTC clock source */ rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL); #else #error RTC clock source should be defined. #endif /* RTC_CLOCK_SOURCE_IRC40K */ /* enable RTC Clock */ rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC); /* wait for RTC registers synchronization */ rtc_register_sync_wait(); /* wait until last write operation on RTC registers has finished */ rtc_lwoff_wait(); /* set RTC prescaler: set RTC period to 1s */ rtc_prescaler_set(prescaler); rtc_lwoff_wait(); rtc_interrupt_enable(RTC_INT_ALARM); rtc_lwoff_wait(); }

x0系列時鐘及分頻配置如代碼清單 RTC x0系列時鐘及分頻配置所示，RTC使能后需要等待RTC寄存器和APB1時鐘同步，執行rtc_register_sync_wait()函數;和0x系列不同，后續配置過程x0和4xx系列均不需要執行rtc_lwoff_wait()函數。

代碼清單 RTC x0 系列時鐘及分頻配置

void rtc_config(void) { /* enable PMU clock */ rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU); /* enable the access of the RTC registers */ pmu_backup_write_enable(); #if (RTC_CLOCK_SOURCE_IRC40K) rcu_osci_on(RCU_IRC40K); rcu_osci_stab_wait(RCU_IRC40K); rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_IRC40K); prescaler_s = 0x18F; prescaler_a = 0x63; #elif (RTC_CLOCK_SOURCE_LXTAL) rcu_osci_on(RCU_LXTAL); rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL); rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL); prescaler_s = 0xFF; prescaler_a = 0x7F; #else #error RTC clock source should be defined. #endif /* RTC_CLOCK_SOURCE_IRC40K */ rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC); rtc_register_sync_wait(); rtc_interrupt_enable(RTC_INT_ALARM); }

4xx系列時鐘及分頻配置如代碼清單 RTC 4xx系列時鐘及分頻配置所示，和x0系列基本相同，但由于4xx系列內部低速時鐘為32K，所以分頻系數和x0系列有所不同。

代碼清單 RTC 4xx 系列時鐘及分頻配置

void rtc_config(void) { /* enable PMU clock */ rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU); /* enable the access of the RTC registers */ pmu_backup_write_enable(); #if (RTC_CLOCK_SOURCE_IRC32K) rcu_osci_on(RCU_IRC32K); rcu_osci_stab_wait(RCU_IRC32K); rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_IRC32K); prescaler_s = 0x13F; prescaler_a = 0x63; #elif (RTC_CLOCK_SOURCE_LXTAL) rcu_osci_on(RCU_LXTAL); rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL); rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL); prescaler_s = 0xFF; prescaler_a = 0x7F; #else #error RTC clock source should be defined. #endif /* RTC_CLOCK_SOURCE_IRC32K */ rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC); rtc_register_sync_wait(); rtc_interrupt_enable(RTC_INT_ALARM0); }

日歷配置

0x系列由于沒有硬件日歷功能，所以需要讀取計數器通過軟件計算出日歷；而x0系列和4xx系列具有硬件日歷功能，日期信息均是BCD碼，所以在日歷配置的格式和方式均有差別。

0x系列RTC的日歷配置如代碼清單 RTC 0x系列日歷配置所示，該函數提供了日歷配置的入口參數，先將需要配置的日歷信息轉換成秒單位，再寫入RTC計數器即可。入口參數使用十進制寫入。

代碼清單 RTC 0x 系列日歷配置

uint32_t rtc_time_set(uint16_t year, uint8_t month, uint8_t day, uint8_t hour, uint8_t minute, uint8_t second) { uint16_t t; uint32_t seccount = 0; if(year < 1970 || year > 2099) return ERROR; for(t = 1970; t < year; t++){ if(is_leap_year(t)){ seccount += 31622400; }else{ seccount += 31536000; } } month -= 1; for(t=0; t < month; t++){ seccount += (uint32_t)month_table[t] * 86400; if(is_leap_year(year) && t==1){ seccount+=86400; } } seccount += (uint32_t)(day-1) * 86400; seccount += (uint32_t)hour * 3600; seccount += second; rtc_lwoff_wait(); rtc_counter_set(seccount); rtc_lwoff_wait(); return SUCCESS; }

x0系列RTC的日歷配置如代碼清單 RTC x0系列日歷配置所示，該函數提供了日歷配置的入口參數，參數為BCD碼格式，寫入后對RTC日歷結構體賦初值，日歷結構體還可以配置星期、時間格式等，這里默認配置了24小時制。函數入口參數使用16進制寫入。

代碼清單 RTC x0 系列日歷配置

uint32_t rtc_time_set(uint16_t year,uint8_t month,uint8_t day,uint32_t tmp_hh,uint32_t tmp_mm,uint32_t tmp_ss) { rtc_initpara.rtc_factor_asyn = prescaler_a; rtc_initpara.rtc_factor_syn = prescaler_s; rtc_initpara.rtc_year = year&0x00ff; rtc_initpara.rtc_day_of_week = RTC_SATURDAY; rtc_initpara.rtc_month = month; rtc_initpara.rtc_date = day; rtc_initpara.rtc_display_format = RTC_24HOUR; rtc_initpara.rtc_am_pm = RTC_AM; rtc_initpara.rtc_hour = tmp_hh; rtc_initpara.rtc_minute = tmp_mm; rtc_initpara.rtc_second = tmp_ss; if(ERROR == rtc_init(&rtc_initpara)){ return ERROR; } return SUCCESS; }

4xx系列RTC的日歷配置如代碼清單 0-52 RTC 4xx系列日歷配置所示，和x0系列基本相同， 唯一區別只是日歷結構體成員名字少了“RTC_”的前綴。

代碼清單 RTC 4xx 系列日歷配置

uint32_t rtc_time_set(uint16_t year,uint8_t month,uint8_t day,uint32_t tmp_hh,uint32_t tmp_mm,uint32_t tmp_ss) { rtc_initpara.factor_asyn = prescaler_a; rtc_initpara.factor_syn = prescaler_s; rtc_initpara.year = year&0x00ff; rtc_initpara.day_of_week = RTC_SATURDAY; rtc_initpara.month = month; rtc_initpara.date = day; rtc_initpara.display_format = RTC_24HOUR; rtc_initpara.am_pm = RTC_AM; rtc_initpara.hour = tmp_hh; rtc_initpara.minute = tmp_mm; rtc_initpara.second = tmp_ss; if(ERROR == rtc_init(&rtc_initpara)){ return ERROR; } return SUCCESS; }

鬧鐘配置

0x系列的RTC通過32位計數器運行時間，所以其鬧鐘也是32位數據，當計數器和鬧鐘值匹配時會產生鬧鐘事件或中斷，所需配置的鬧鐘值為鬧鐘剩余倒計時加上當前計數器值；而x0系列和4xx系列是硬件BCD日歷功能，所以其鬧鐘也是BDC格式，且具有位域屏蔽功能，根據需要直接配置具體的時間即可。

0x系列RTC的鬧鐘配置如代碼清單 RTC 0x系列鬧鐘配置所示，該函數提供了鬧鐘配置的入口參數，先將需要配置的時間信息轉換成秒單位，再加上當前計數器的值寫入鬧鐘寄存器即可。

0x系列配置的鬧鐘參數為鬧鐘中斷的倒計時時間，寫入參數為十進制。

代碼清單 RTC 0x 系列鬧鐘配置

void rtc_alarm_set(uint8_t hour, uint8_t minute, uint8_t second) { alarm_second = 3600 * hour + minute * 60 + second; rtc_lwoff_wait(); rtc_alarm_config(rtc_counter_get() + alarm_second); rtc_lwoff_wait(); } seccount += (uint32_t)(day-1) * 86400; seccount += (uint32_t)hour * 3600; seccount += (uint32_t)minute * 60; seccount += second; rtc_lwoff_wait(); rtc_counter_set(seccount); rtc_lwoff_wait(); return SUCCESS; }

x0系列RTC的鬧鐘配置如代碼清單 RTC x0系列鬧鐘配置所示，該函數提供了鬧鐘配置的入口參數，參數為BCD碼格式，寫入后對RTC鬧鐘結構體賦初值，鬧鐘結構體可以配置位域屏蔽、選擇配置日期或星期、時間格式等，這里默認配置了屏蔽天、小時、分鐘，所以配置最后實際生效的只有秒，所以配置后鬧鐘均是1分鐘產生一次。鬧鐘配置前需失能鬧鐘，配置后再使能，4xx系列配置的鬧鐘參數為鬧鐘產生的日期時間，因BCD格式寫入參數參數使用16進制。