STM32 HAL库学习（二）：RCC and RTC

1 RCC（Reset Clock Control）

1.1 系统时钟

Q1：什么是时钟？

• 时钟是单片机运行的基础，时钟信号推动单片机内各个部分执行相应的指令。 时钟系统就是CPU的脉搏，决定CPU速率，像人的心跳一样，只有有了心跳，人才能做其他的事情，而单片机有了时钟，才能够运行执行指令，才能够做其他的处理 (点灯，串口，ADC)，时钟的重要性不言而喻。

Q2：为什么 STM32 要有多个时钟源？

• STM32本身十分复杂，外设非常多，但我们实际使用的时候只会用到有限的几个外设，使用任何外设都需要时钟才能启动，但并不是所有的外设都需要系统时钟那么高的频率，为了兼容不同速度的设备，有些高速，有些低速，如果都用高速时钟，势必造成浪费；并且同一个电路，时钟越快功耗越快，同时抗电磁干扰能力也就越弱，所以较为复杂的MCU都是采用多时钟源的方法来解决这些问题。

对于上述话可总结为以下两点原因：
1、STM32 外设多，不同的外设有不同的时钟要求；
2、功耗原因，速度越快，功耗越大，抗电磁干扰能力越弱。

Q3：记忆点

• STM32时钟系统主要的目的就是给相对独立的外设模块提供时钟，也是为了降低整个芯片的耗能。
• 系统时钟，是处理器运行时间基准（每一条机器指令一个时钟周期）
• STM32为了低功耗，他将所有的外设时钟都设置为disable(不使能)，用到什么外设，只要打开对应外设的时钟就可以， 其他的没用到的可以还是disable(不使能)，这样耗能就会减少。 这就是为什么不管你配置什么功能都需要先打开对应的时钟的原因

1.2 时钟树

RCC时钟树详解
下面这张图可以从左、右两部分来理解：

• 左边是时钟源的选择，从而产生系统时钟
• 右边是外设是系统时钟通过AHB预分频器****，给外设设置时钟频率

从左到右可以简单理解为
时钟源—>系统时钟源的选择—>各个外设时钟的设置

即，STM32将时钟信号(例如HSE)经过分频或倍频(PLL)后,得到系统时钟，系统时钟经过分频，产生外设所使用的时钟。

1.2.1 时钟源

STM32 有4个独立时钟源:HSI、HSE、LSI、LSE。

其中，LSI是作为IWDGCLK(独立看门狗)时钟源和RTC时钟源 而独立使用；

而HSI高速内部时钟 HSE高速外部时钟 LSI低速内部时钟 这三个经过分频或者倍频 作为系统时钟来使用；

PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。 通过倍频之后作为系统时钟的时钟源。

表中，H 高 L 低 I 内 E 外
使用 STM32CubeMX 配置时钟时，可以看到下图
STM32CubeMX使用教程

1.2.2 系统时钟

从图中可以看出，系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源：
①、HSI振荡器时钟
②、HSE振荡器时钟
③、PLL时钟
最大为72Mhz

1.2.3 外设时钟

右边部分为：系统时钟SYSCLK通过AHB分频器分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。
其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：

• 内核总线：送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
• Tick定时器：通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。
• I2S总线：直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。
• APB1外设：送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB1外设使用(PCLK1，最大频率36MHz)，另一路送给通用定时器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2-7使用。
• APB2外设：送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用(PCLK2，最大频率72MHz)，另一路送给高级定时器。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器1和定时器8使用。

另外，APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用，分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。

以F1系列为例，
APB1上面连接的是低速外设，包括电源接口、备份接口、CAN、USB、****I2C1、I2C2、USART2、USART3、UART4、UART5、SPI2、SP3等；

APB2上面连接的是高速外设，包括UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、ADC3、所有的普通I/O口（PA-PE）、第二功能I/O（AFIO）口等。

1.3 常用结构体

结构体具体参数含义

1.3.1 RCC_OscInitTypeDef

RCC内部/外部振荡器(HSE, HSI, LSE, LSI)配置结构体定义

typedef struct
{
  uint32_t OscillatorType;           //选定将被配置的振荡器        
  uint32_t HSEState;               //HSE状态              
  uint32_t LSEState;               //LSE状态            
  uint32_t HSIState;               //HSI状态             
  uint32_t HSICalibrationValue;      //HSI校准调整值  
  uint32_t LSIState;               //LSI状态          
 
#if defined(RCC_HSI48_SUPPORT)
  uint32_t HSI48State;       //HSI状态，#if defined(RCC_HSI48_SUPPORT)            
#endif
 
  uint32_t MSIState;             //MSI状态              
  uint32_t MSICalibrationValue;   //MSI校准调整值  
  uint32_t MSIClockRange;       //MSI频率范围       
  RCC_PLLInitTypeDef PLL;       //PLL结构体参数         
} RCC_OscInitTypeDef;

1.3.2 RCC_ClkInitTypeDef

在stm32l0xx_hal_rcc.h中
在RCC系统，AHB和APB总线时钟配置结构体定义

typedef struct
{
  uint32_t ClockType;       //①，选定将被配置的时钟             
  uint32_t SYSCLKSource;    //②，用作系统时钟的时钟源选择         
  uint32_t AHBCLKDivider;   //③，AHB时钟(HCLK)分频器，该时钟由SYSCLK而来      
  uint32_t APB1CLKDivider;  //④，APB1时钟(PCLK1)分频器，该时钟由HCLK而来      
  uint32_t APB2CLKDivider;  //⑤，APB2时钟(PCLK2)分频器，该时钟由HCLK而来      
} RCC_ClkInitTypeDef;

1.3.3 RCC_PLLInitTypeDef

在stm32l0xx_hal_rcc.h中
RCC PLL配置结构体定义

typedef struct
{
  uint32_t PLLState;   //①，PLL状态      
  uint32_t PLLSource;  //②，PLL输入时钟源               
  uint32_t PLLMUL;     //③，PLL输入时钟倍增系数              
  uint32_t PLLDIV;     //④，PLL输入时钟分频系数                
} RCC_PLLInitTypeDef;

2 RTC（Real Time Clock）

实时时钟 (RTC) 是一个独立的 BCD 定时器/计数器，只能向上计数。 RTC 提供具有可编程闹钟中断功能的日历时钟 /日历。RTC 还包含具有中断功能的周期性可编程唤醒标志。

利用RTC可以实现产品的精确计时，比如平时用的笔记本电脑、电子日历等都有RTC模块，当主电源断电时，RTC的模块用电池来供电，继续进行计时。STM32中的RTC和定时器有点类似，有一个32位的计数器，可以计数2的32次方，大约可以计时136年。

假如某个时刻读取到计数器的数值为X = 60* 60* 24* 2，即两天时间的秒数，而假设又
知道计数器是在2011 年1 月1 日的0 时0 分0 秒置0 的，那么就可以根据计数器的这个相
对时间数值，计算得这个X 时刻是2011 年1 月3 日的0 时0 分0 秒了。

2.1 RTC时钟源

RTC时钟源分为三种：

（1）LSE，外部低速时钟
（2）HSE，外部高速时钟的128 分频
（3）LSI，内部低速时钟
使HSE 分频时钟或LSI 的话，在主电源VDD 掉电的情况下，这两个时钟来源都
会受到影响，因此没法保证RTC 正常工作。因此RTC 一般使用低速外部时钟LSE。

在主电源VDD 有效的情况下(待机)，RTC 还可以配置闹钟事件使STM32 退出待机模式。

2.2 RTC相关代码

// 常见结构体
RTC_HandleTypeDef
RTC_AlarmTypeDef
RTC_TimeTypeDe
RTC_DateTypeDef

第一步，选择RTC的时钟源

本例选择内部低速时钟LSI，在系统时钟 RCC 配置中有该时钟源的配置。

void SystemClock_Config（void） 
{ 
    //..............省略   
     PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC;      
   PeriphClkInit.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSI;                     
   if（HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig（＆PeriphClkInit）= HAL_OK！）
   {   
       _Error_Handler（__ FILE __，__ LINE__）; 
   } 
   //............省略 
}

第二步，RTC初始化和使能

进行RTC初始化并启动设置RTC的定时时间

void MX_RTC_Init（void）
{ 
    / **初始化RTC  
    * / 
  hrtc.Instance = RTC; 
  hrtc.Init.HourFormat = RTC_HOURFORMAT_24; // 24小时制，还可选择12小时制
  hrtc.Init.AsynchPrediv = 124; //异步预分频值
  hrtc.Init.SynchPrediv = 295; //同步预分频值，异步与同步的预分频设置下面进行详细讲解
  hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUT_DISABLE; //输出关闭
  hrtc.Init.OutPutPolarity = RTC_OUTPUT_POLARITY_HIGH;// 输出极性为高，无效
  hrtc.Init.OutPutType = RTC_OUTPUT_TYPE_OPENDRAIN; //输出方式，开漏
  if（HAL_RTC_Init（＆hrtc）！= HAL_OK）
  { 
    _Error_Handler（__ FILE __，__ LINE__）; 
  } 
 
    / **初始化RTC并设置时间和日期  
    * / 
  if（HAL_RTCEx_BKUPRead（＆hrtc，RTC_BKP_DR0）！= 0x32F2）{ 
  sTime.Hours = 0x09; 
  sTime.Minutes = 0x1F; 
  sTime.Seconds = 0x0;
  sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE; //不使用夏令时
  sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET; 
  if（HAL_RTC_SetTime（＆hrtc，＆sTime，RTC_FORMAT_BIN）！= HAL_OK）//注意传入参数有二进制格式和BCD格式可选
  { 
    _Error_Handler（__ FILE __，__ LINE__）; 
  } 
 
  sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY; 
  sDate.Month = RTC_MONTH_NOVEMBER; 
  sDate.Date = 0x15; 
  sDate.Year = 0x11; 
 
  if（HAL_RTC_SetDate（＆hrtc，＆sDate，RTC_FORMAT_BIN）！= HAL_OK）
  { 
    _Error_Handler（__ FILE __，__ LINE__）; 
  } 
 
    HAL_RTCEx_BKUPWrite（＆hrtc，RTC_BKP_DR0,0x32F2）; 
  }
  //设置RTC定时时间 alarm_sec 产生中断
  /**Enable the Alarm A
      */
    sAlarm.AlarmTime.Hours = 0x0;
    sAlarm.AlarmTime.Minutes = 0x0;
    sAlarm.AlarmTime.Seconds = alarm_sec;
    sAlarm.AlarmTime.SubSeconds = 00;
    sAlarm.AlarmTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
    sAlarm.AlarmTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
    sAlarm.AlarmMask = RTC_ALARMMASK_DATEWEEKDAY | RTC_ALARMMASK_HOURS | RTC_ALARMMASK_MINUTES;
    sAlarm.AlarmSubSecondMask = RTC_ALARMSUBSECONDMASK_ALL;
    sAlarm.AlarmDateWeekDaySel = RTC_ALARMDATEWEEKDAYSEL_DATE;
    sAlarm.AlarmDateWeekDay = 0x1;
    sAlarm.Alarm = RTC_ALARM_A;

    if (HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &sAlarm, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK)
    {
        _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
    }     
}

RTC预分频值的设定关系到RTC多长时间记一次数。为了实现RTC的秒中断，需要对同步和异步预分频进行设置，如下图。

如上图，为了得到1HZ计数周期，37KHZ/(124+1)/(295+1)=1HZ , 故预分频设置为124和295，如使用32.768k，设置为127和255。

RTC的时钟使能如下：

void HAL_RTC_MspInit（RTC_HandleTypeDef * hrtc）
{ 
       if（hrtc-> Instance == RTC）
      { 
        / * *RTC时钟使能* / 
        __HAL_RCC_RTC_ENABLE（）; 
      / * USER CODE BEGIN RTC_MspInit 1 * / 
        HAL_NVIC_SetPriority（RTC_WKUP_IRQn，0,0）;//设置RTC秒中断优先级
        HAL_NVIC_EnableIRQ（RTC_WKUP_IRQn）;       //使能RTC秒中断
      / * USER CODE END RTC_MspInit 1 * / 
      } 
}

第三步，编写RTC中断服务函数

清除中断标志位，调用中断回调函数。

注意：后面两处代码与RTC初始化有冲突，所产生的中断不一样，这里是闹钟中断。

void HAL_RTC_AlarmIRQHandler(RTC_HandleTypeDef* hrtc)
{  
  /* Get the AlarmA interrupt source enable status */
  if(__HAL_RTC_ALARM_GET_IT_SOURCE(hrtc, RTC_IT_ALRA) != RESET)
  {
    /* Get the pending status of the AlarmA Interrupt */
    if(__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(hrtc, RTC_FLAG_ALRAF) != RESET)
    {
      /* AlarmA callback */
      HAL_RTC_AlarmAEventCallback(hrtc);

      /* Clear the AlarmA interrupt pending bit */
      __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(hrtc, RTC_FLAG_ALRAF);
    }
  }
  
  /* Clear the EXTI's line Flag for RTC Alarm */
  __HAL_RTC_ALARM_EXTI_CLEAR_FLAG();
  
  /* Change RTC state */
  hrtc->State = HAL_RTC_STATE_READY; 
}

第四步，执行回调函数

void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{

    gstr_sys_power_manager.wake_up_flag = WAKE_UP_FROM_RTC;
}