【嵌入式学习】嵌入式原理知识-RTC，PWR，Flash及低功耗（十）-开发者社区

1. Unix时间戳

1.1 Unix时间戳简介

Unix时间戳（Unix Timestamp）定义为从UTC/GMT的1970年1月1日0时0分0秒开始，共计经历的秒数，不考虑闰秒。
只使用秒计时，不进位。
时间戳存在于一个秒计数器，为32位/64位的整型变量。
根据计算，32位有符号数变量会于2038年溢出。
世界上所有地区的秒计数器相同，不同时间通过添加偏移来得到当地时间，如下图所示：

1.2 GMT和UTC

GMT（格林尼治平均时）：基于格林尼治天文台观测地球自转得到的平太阳时，是旧的世界时间标准，现多仅用于口语时区表达。

UTC（协调世界时）：以原子钟为基础的现代国际标准时间基准，通过闰秒适配地球自转，全球时区以此为参照。

1.3 Time.h模块

C语言的Time.h模块提供了时间获取和时间戳转换的函数。
可以方便的进行秒计数器，日期时间和字符串之间的转换。

核心类型
time_t：一般是long类型，用来保存时间戳（从 1970-01-01 00:00:00 UTC 起算的秒数）
struct tm：结构体，保存年月日时分秒星期的分解日历时间

structtm{inttm_sec;// 秒 0~59inttm_min;// 分 0~59inttm_hour;// 时 0~23inttm_mday;// 日 1~31inttm_mon;// 月 0~11（0代表1月！考点坑）inttm_year;// 年：从1900开始算，要+1900才是真实年份inttm_wday;// 星期 0=周日inttm_yday;// 年内第几天inttm_isdst;// 夏令时标记};

高频函数：

函数	功能
`time(time_t *t)`	获取当前时间戳（UTC 基准）
`localtime(const time_t *)`	时间戳 → 本地时间，返回`struct tm*`
`gmtime(const time_t *)`	时间戳 → UTC 世界时，返回`struct tm*`
`mktime(struct tm*)`	本地tm结构体 → 转回时间戳
`strftime()`	把tm结构体格式化成时间字符串
`difftime(t2,t1)`	计算两个`time_t`的时间差，返回 double（秒）

2. BKP寄存器

2.1 简介

BKP（Backup Register）备份寄存器

BKP 是 STM32 备份域里的一组 16 位寄存器
主电源 VDD 断电后，只要 VBAT 备用电池有电，BKP 里的数据就不会丢
普通系统复位、上电复位、待机唤醒，都不会清空 BKP

功能：

用户数据存储：掉电保存少量参数，重启直接读取。
TAMPER 侵入检测：PC13 复用为 TAMPER 引脚，可配置：一旦检测到引脚电平变化（拆开设备触发开关），硬件自动清空全部 BKP 寄存器，还能触发中断，用于安全设备防篡改。

用户数据存储容量：

小 / 中容量（F103C8T6）：10 个 16 位寄存器，总共 20 字节（BKP_DR1 ~ BKP_DR10）
大容量 / 互联型：42 个 16 位寄存器，总共 84 字节（BKP_DR1 ~ BKP_DR42）

基本结构：

RTC时钟输出：
RTC 输出引脚 PC13 属于备份域，可硬件输出 512Hz 校准时钟或闹钟脉冲，主芯片断电、VBAT 有电时仍能输出信号。

2.2 VDD和VBAT

VDD（3.3V 主电源）正常工作：后备域由 VDD 供电，VBAT 电池不耗电
VDD 掉电：芯片内部自动切换，后备域由**VBAT（1.8~3.6V）**供电，维持 RTC 计时和BKP 数据

3. RTC

3.1 RTC简介

RTC（Real Time Clock）实时时钟

RTC是一个独立的定时器，可以为系统提供时钟和日历的功能；
RTC位于后备区域，可通过VBAT供电；
RTC通过32位可编程计数器存储秒，对应Unix时间戳的秒计数器；
20位的可编程预分频器，适配不同频率的时钟；

时钟源：
HSE时钟除以128（此时再经过20分频，可以得到1Hz的时钟）
LSE振荡器时钟（经过32768分频后刚好1秒）
LSI振荡器时钟（经过40Khz的分频，得到1Hz的时钟）
只有LSE才能通过VBAT供电；

3.2 RTC框图

灰色部分为备用区域，待机的时候会维持供电；
RTCCLK进入时，首先经过预分频，然后计数器进行计数。
RTC_ALR，可以设置一个闹钟，当计数器的值和RTC_ALR的值相同会产生一个中断。
RTC可以产生右边的三个中断：
RTC_Second：开启此中断，会每秒进入一次中断；
RTC_Overflow：32位计数器溢出，2106年才会溢出；
RTC_Alarm：闹钟中断；

可以通过WKUP或者闹钟信号唤醒待机：

结构简图：

3.3 VBAT供电方案

按照数据手册，直接向VBAT引脚供电，内部搭配供电开关，可以实现电路的切换：

按照参考手册的推荐电路：

4. PWR

4.1 简介

PWR负责管理STM32内部的电源供电部分，可以实现可编程电压监测器和低功耗模式的功能。
PVD（可编程电压监测器）可以检测VDD电源电压，当VDD下降到PVD的阈值以下或者上升到PVD阈值之上，PVD会触发中断，用于执行紧急关闭任务。
低功耗模式包括：
睡眠模式（Sleep），停机模式（Stop）和待机模式（Standby），可在系统空闲时，降低STM32的功耗，延长设备使用时间。

4.2 电源框图

分为模拟供电VDDA，数字供电VDD以及备用电源VBAT
模拟供电部分：正极为VDDA负极为VSSA，以及AD转换器有VREF-和VREF+
数字供电部分：CPU核心，存储器和内部数字外设供电为1.8V
低电压监测器，就是用来检测是否有电，从而切换VBAT供电，当VDD有电，此时由VDD供电，当VDD没电，此时由VBAT供电。

4.3 PVD

当电压过低，或者过高，可以触发中断，进入中断，进行对应的操作：
中断申请通过外部中断实现：

4.4 低功耗模式

图中分别展示了三种低功耗模式：
且从上到下关闭的区域越多：
睡眠模式：只是将CPU时钟关闭，可以通过任意中断或者事件进行唤醒
停机模式：将1.8V区域时钟，以及振荡器关闭
待机模式：三部分都关闭，只能通过表格特定的事件唤醒

中断和事件：
中断要 CPU 跑代码；事件只是硬件信号，可查询可触发别的外设。

4.4 低功耗模式选择

执行WFI（Wait For Interrupt）或者WFE（Wait For Event）指令后，STM32进入低功耗模式
PDDS = Power Down DeepSleep
LPDS = Low-Power DeepSleep

5. Flash闪存

5.1 简介

Flash包括：
程序存储器，系统存储器和选项字节三个部分

作用：

利用程序存储器保存掉电不丢失的用户数据；
在程序中编程（In-Application Programming），实现程序的自我更新；

在进行Flash的写操作过程，只能对页进行操作。最小的修改单位为页。

5.2 内部闪存模块

闪存分为小容量，中容量和大容量产品：
以中容量产品为例：
三部分Flash是上面的三部分
通过闪存存储器接口寄存器来对Flash进行擦除和编写：
页的起始地址：
0000 0400 0800 0C00 1000

5.3 Flash基本结构简图

闪存的基本结构如下图所示：

5.4 芯片的电子签名

电子签名存储在系统存储器，包含芯片识别信息，在出厂时编写，不可更改。
闪存容量寄存器：
基地址：0x1FFF F7E0
大小： 16位
产品唯一身份标识寄存器：
基地址：0x1FFF F7E8
大小：96位

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