13. 从0学ARM-Cortex-A9 RTC裸机程序编写

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一、RTC

RTC(Real-Time Clock) 实时时钟。

RTC是集成电路,通常称为时钟芯片。在一个嵌入式系统中,通常采用RTC来提供可靠的系统时间,包括时分秒和年月日等,而且要求在系统处于关机状态下它也能正常工作(通常采用后备电池供电)。它的外围也不需要太多的辅助电路,典型的就是只需要一个高精度的32.768kHz 晶体和电阻电容等,并且具有闹钟的功能。。

二、Exynos 4412 RTC

本篇主要以Cortex-A9 soc为例讲解RTC的使用方法。

1. 特性

实时时钟(RTC)单元可以通过备用电池供电,因此,即使系统电源关闭,它也可以继续工作。RTC可以通过STRB/LDRB 指令将8位BCD码数据送至CPU。这些BCD数据包括秒、分、时、日期、星期、月和年。RTC单元通过一个外部的32.768kHz 晶振提供时钟。RTC具有定时报警的功能。
其功能说明如下:
1 -- 时钟数据采用BCD编码。
2 -- 能够对闰年的年月日进行自动处理。
3 -- 具有告警功能,当系统处于关机状态时,能产生警告中断。
4 -- 具有独立的电源输入。
5 -- 提供毫秒级时钟中断,该中断可以用于作为嵌入式操作系统的内核时钟。

2. RTC Block

RTC在Linux中主要实现两种功能,分别是系统掉电后的时间日期维持和时间日期报警(类似定时器)。

1)时间日期维持功能:
主要是由RTC实时时钟控制寄存器RTCCON进行功能的使能控制,由节拍时间计数寄存器TICNT来产生节拍时间中断来实现实时操作系统功能相关的时间和实时同步。其中对时间日期的操作实际上是对BCD码操作,而BCD码则是由一系列的寄存器组成(BCD秒寄存器BCDSEC、BCD分寄存器BCDMIN、BCD小时寄存器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)报警功能:
主要由RTC报警控制寄存器RTC ALM进行功能使能控制,并产生报警中断。报警时间日期的设置也是对一系列的寄存器进行操作(报警秒数据寄存器ALMSEC、报警分钟数据寄存器ALMMIN、报警小时数据寄存器ALMHOUR、报警日期数据寄存器ALMDATE、报警月数据寄存器ALMMON、报警年数据寄存器ALMYEAR)。

3)闰年发生器
可以根据BCDDAY、BCDMON和BCDEEAR的值自动计算闰年。

3. 备用电池

备用电池可以驱动RTC逻辑。备用电池通过RTCVDD引脚向RTC块,即使系统电源关闭。如果系统关闭,您应该阻止CPU和RTC逻辑。为了减少功耗,备用电池单独驱动振荡电路和BCD计数器。

4. Alarm【报警】 功能

RTC在断电模式或正常运行模式都可以在执行的时间产生一个ALARM_INT 和ALARM_WK信号。在正常工作模式下,它会产生ALARM_INT。在断电模式下,它会ALARM_WK以及ALARM_INT信号。RTC报警寄存器(RTCALM)确定报警启用/禁用状态和报警时间设置的条件。

5. 晶振

32.768 kHz X-Tal Connection Example

晶振时钟频率 32.768 kHz。

  1. XT_RTC_I 32.768 kHz RTC振荡器时钟输入
  2. XT_RTC_O 32.768 kHz RTC振荡器时钟输出
  3. XRTCCLKO 32.768 kHz RTC振荡器时钟输出,此信号默认关闭。可以通过设置寄存器RTCCON的CLKOUTEN字段为1来启用它。

引脚连接图:

由电路图可知,只连接了RTC振荡器时钟输入引脚XT_RTC_I 。

三、寄存器

1. RTC寄存器组:

2. INTP

设置对应的bit为1就可以清除中断。

3. RTCCON

RTCCON 描述 复位值
保留 [31:10] 保留 0
CLKOUTEN [9] 使能RTC通过XRTCCLKO输出 0 disable 1 enbale 0
TICEN [8] 嘀嗒计时器 0 = 禁止 1 = 使能 0
TICCKSEL [7:4] 嘀嗒计时器子时钟源选择 4'b0000 = 32768 Hz 4'b0001 = 16384 Hz 4'b0010 = 8192 Hz 4'b0011 = 4096 Hz 4'b0100 = 2048 Hz 4'b0101 =1024 Hz 4'b0110 =512 Hz 4'b0111 =256 Hz 4'b1000 =128 Hz 4'b1001 =64 Hz 4'b1010 =32 Hz 4'b1011 =16 Hz 4'b1100 =8 Hz 4'b1101 =4 Hz 4'b1110 =2 Hz 4'b1111 =1 Hz 4'b0000
CLKRST [3] RTC时钟计数复位 0 = 不复位 1 = 复位 0
CNTSEL [2] BCD计数选择 0 = 分配 BCD 计数 1 = 保留 0
CLKSEL [1] BCD 时钟选择 0 = XTAL 1/2 divided clock 1 = 保留(XTAL 供频) 0
RTCEN [0] RTC控制使能 0 = 禁止 1 = 使能 0
  1. RTCCON寄存器由10位组成,如控制BCD SEL读/写启用的CTLEN,
    CNTSEL、CLKRST、TICKSEL、TICEN用于测试,CLKOUTEN用于RTC时钟输出控制。
  2. CTLEN位控制CPU和RTC之间的所有接口。因此,您应该在RTC控件中将其设置为“1”,在系统重置后启用数据写入的例程。为了防止无意中写入BCD计数器寄存器,应该关闭电源前将CTLEN位清除为0。
  3. CLKRST是215时钟分频器的计数器复位。在设置RTC时钟之前,应重置215时钟分频器以获得精确的RTC操作。

四、RTC的操作

1. 设置时间

举例:
我们要将当前时间设置为 2020年11月11日, 15:24:50

1) 先将RTC控制使能开启,即RTCCON[0]置为1;
2)然后将时间对应的BCD格式数值,设置到应对的寄存器,BCDYEAR 、BCDMON 、BCDDAY 、BCDHOUR 、BCDMIN 、BCDSEC;
3) 将RTCCON[0]置为0,防止误操作修改了时间;
4)如果我们要访问当前时间,可以直接读取寄存器BCDYEAR 、BCDMON 、BCDDAY 、BCDHOUR 、BCDMIN 、BCDSEC。

void rtc_init(void)
{
	RTCCON = 1;//使能RTC控制写功能
	RTC.BCDYEAR = 0x20;// 2020年11月11日, 15:24:50.以BCD码格式写入
	RTC.BCDMON = 0x11;
	RTC.BCDDAY = 0x11;
	RTC.BCDHOUR = 0x15;
	RTC.BCDMIN = 0x24;
	RTC.BCDSEC = 0x50;
	RTCCON = 0;//关闭RTC控制写功能
}

2. 操作滴答定时器

TICNT

RTC计时器是一个递增计数器,并引发计时中断。TICNT寄存器包含32位目标计数值,并且CURTICCNT寄存器包含32位当前计时计数。如果当前滴答数达到TICNT中指定的目标值时,计时中断发生。

一秒钟计数的次数,由RTCCON[7:4]即TICCKSEL位决定:

C#异步和多线程以及Thread、ThreadPool、Task区别和使用方法

因为我们的晶振频率也是32768,为方便计数,所以我们设置RTCCON[7:4]为0,开启滴答计时器需要设置RTCCON[8]位1:

代码如下:

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

3. 操作ALARM闹钟

RTCALM

RTCALM寄存器控制报警功能的启用和报警时间。请注意,RTCALM寄存器在断电模式下将同时生成ALARM_INT和ALARM_WK信号,但在正常模式下仅生成ALARM_INT信号。设置ALMEN[6]为1以产生ALARM_INT和ALARM_WK信号。

举例:

比如我们想每个小时的25分58秒产生一个中断信号,那我们需要设置RTCALM[1]、RTCALM[0]为1,同时设置RTCALM[6]位1以开启alarm功能,然后将BCD格式的时间设置到寄存器ALMSEC、ALMMIN。

代码如下:

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

alarm功能设置闹钟时间寄存器如下:

寄存器操作,采用BCD格式。

五、完整代码实现

滴答计时器和alarm闹钟会产生内部中断信号,所以我们必须给这两个中断信号进行中断相关的初始化,并在中断处理函数中增加相应的处理代码。

中断号

参考datasheet 9.2.2 GIC Interrupt Table

关于中断的初始化的寄存器配置,我们可以参考《11. 从0开始学ARM-基于Exynos4412中断详解、key程序编写》

区别是,key连接在了第一级中断控制器,而rtc的这两个中断则没有。
清中断需要设置的寄存器如下:

滴答计时器清中断:

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

alarm计时器清中断:

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

滴答计时器中断初始化:

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); //使能相应中断到分配器
	ICDIPTR.ICDIPTR19 = ICDIPTR.ICDIPTR19 & (~(0xff << 8))|(0x1 << 8); //选择CPU接口
	CPU0.ICCPMR = 255; //中断屏蔽优先级
	CPU0.ICCICR = 1;   //使能中断到CPU
}

alarm初始化

void rtc_alarm(void)
{
	RTCALM.ALM = (1 << 6)|(1 << 0)|(1 << 1);
	RTCALM.SEC = 0x58;
	RTCALM.MIN = 0x25;  //每小时25:58产生一次中断
	ICDDCR = 1;    //使能分配器
	 //使能相应中断到分配器
	ICDISER.ICDISER2 = ICDISER.ICDISER2 | (0x1 << 12);
	//选择CPU接口
	ICDIPTR.ICDIPTR19 = ICDIPTR.ICDIPTR19 & (~(0xff << 0))|(0x1 << 0); 
	CPU0.ICCPMR = 255; //中断屏蔽优先级
	CPU0.ICCICR = 1;   //使能中断到CPU
}

中断处理函数

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

其他代码:

void rtc_init(void)
{
	RTCCON = 1;//使能RTC控制写功能
	RTC.BCDYEAR = 0x20;// 2020年11月11日, 15:24:50.以BCD码格式写入
	RTC.BCDMON = 0x11;
	RTC.BCDDAY = 0x11;
	RTC.BCDHOUR = 0x15;
	RTC.BCDMIN = 0x24;
	RTC.BCDSEC = 0x50;
	RTCCON = 0;//关闭RTC控制写功能
}
int main (void)
{	    rtc_init();
		rtc_alarm();
		rtc_tic();
		//每隔一秒打印以下当前时间
		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);
		}
}

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