RP2040 RTC 寄存器深度解析：SETUP、IRQ、INTF 寄存器的功能与配置

树莓派 Pico 中的 RTC 外设介绍

树莓派 Pico 的 RTC 外设中时间以二进制的形式存储，以七个字段分开：

需要注意，这七个字段可读可写，在写入时需要注意写入的时间范围，​RTC​不检查已编程的值是否在该范围内。非法的值可能会导致意外的行为。

同时，工作日被表示为从星期天（Sun）开始的数字编码：Sun=0，Mon=1，...，Sat=6，这种编码方式称为 ISO 8601 标准的 mod 7（即七模）。RTC 不具备内置的日历功能，因此它不会自动计算一周的正确日期，而是简单地递增当前的数值。例如，如果当前是星期一（1），那么下一个周期将是星期二（2），依此类推。

我们可以通过读取 RTC_0 寄存器和 RTC_1 寄存器来获取当前时间：

也可以通过 SETUP 寄存器设置当前时间：

1.RTC 时钟输入

在 RP2040（Raspberry Pi Pico）的 RTC 外设中，使用的参考时钟是 clk_rtc，其频率可以在 1 到 65536Hz 的任意整数范围内。内部 1Hz 的参考时钟是通过内部的时钟分频器生成的，该分频器将 clk_rtc 的频率除以一个整数值。这个整数值减 1 后设置在寄存器 CLKDIV_M1 中：

需要注意的是，不建议在​RTC​启用时更改​CLKDIV_M1​的值，这会改变 RTC 的时钟频率,进而影响秒、分、时等时间单位的准确性，导致 RTC 的时间计时出现偏差,对于一些对时间精度要求很高的应用场景来说是不可接受的。

clk_rtc 可以由内部或外部时钟源驱动，并且可以通过分数分频器进行预分频：

• ​XOSC @ 12MHz / 256 = 46875Hz​：此时要获得 1Hz 的参考时钟，CLKDIV_M1 应设置为 46874，默认使用 12Mhz 的外部晶振，
• ​来自 GPS 的外部参考​：这种情况下，GPS 生成每秒一次脉冲，clk_rtc 配置为从 GPIO 引脚 20 的 GPIN0 时钟源运行，此时 clk_rtc 的分频器为 1，内部 RTC 时钟分频器也是 1（即 CLKDIV_M1 为 0）

所有 RTC 寄存器的读写操作都在处理器时钟域 clk_sys 中进行，并且数据在不同的时钟域之间来回同步。这意味着，当写入 RTC 寄存器时，操作并不会立即生效，而是需要经过两个​clk_rtc​周期才能完成同步和更新。因此，在使用较慢的参考时钟（如 1Hz）时，必须特别考虑到这一点。较慢的时钟速度会导致数据更新的延迟，因此在设计和实现 RTC 功能时，必须确保这一点不会对系统的时间精度产生不利影响。

这里，树莓派 Pico 使用的晶振为 AEL(Advanced Electronics and Logistics)公司生产的 12MHz 贴片晶振：

具体的数据手册我们并没有找到，但是对比了国产平替的扬兴 X322512MSB4SI 晶振：

预计其频率精度不大于 ±30 ppm，即在一天之内的最大时间误差可能为约 2.6 秒。

2.闰年检测

在 RTC 的 SETUP_0 寄存器中,如果年份值数据位 YEAR 能被 4 整除,则会被检测为闰年。在这种情况下,2 月 28 日之后会自动变成 2 月 29 日,而不是 3 月 1 日：

但是,这种简单的 4 年一闰的规则并不总是正确的,比如对于世纪年(如 2100 年)就不适用。为了解决这个问题,RTC 提供了一个 CTRL.FORCE_NOTLEAPYEAR 位,用于强制关闭闰年检查：

具体来说,RTC 只会在 2 月 28 日 23:59:59 时进行闰年检查。如果开发者确定某个年份不是闰年,可以在那个时间点之前设置 FORCE_NOTLEAPYEAR 位,强制将 2 月 29 日跳过,直接变为 3 月 1 日。

这种强制关闭闰年检查的功能很有用,尤其是对于 2096 年 3 月 1 日之后的年份。因为在 2100 年 2 月 28 日 23:59:59 之前,开发者需要提前设置好 FORCE_NOTLEAPYEAR 位,以确保 RTC 能准确地处理非闰年的情况,并避免时钟域交叉带来的延迟问题。

3.中断功能

RTC 可以在配置的时间点生成中断。在 IRQ_SETUP_0 寄存器中有一个全局使能位 MATCH_ENA,用于开启这个中断功能：

同时,RTC 还提供了针对每个时间字段(年、月、日、星期、时、分、秒)的单独使能位。开发者可以选择性地开启某些时间字段的中断使能,实现在指定时间产生重复性中断：

同时，我们可以通过读取 INTR 寄存器获取 RTC 原始中断，通过读取 INTS 寄存器获取 RTC 掩码中断：

也可以通过 INTF 寄存器强制触发 RTC 中断，通过 INTE 寄存器使能 RTC 中断：

当满足中断条件时,RTC 会向处理器发送中断信号,同时也会唤醒 ROSC(Ring Oscillator)和 XOSC(Crystal Oscillator)从休眠模式唤醒。总的来说,RTC 的中断功能非常灵活和强大。开发者可以根据实际需求,选择性地开启某些时间字段的中断,实现定时任务、报警等功能。同时,RTC 中断还可以用于唤醒处理器和振荡器,从而节省系统功耗。

4.RTC 唤醒功能

当设备进入低功耗模式时,RTC 外设可以继续工作并在预设时间到达时触发中断,从而唤醒设备：

• ​树莓派 Pico 处于睡眠模式（Sleep Mode​​）​：
  • 在此模式下，处理器会进入休眠状态，并且芯片中未使用的时钟会被停止
  • 芯片在睡眠模式下可以配置为仅运行 clk_rtc（一个慢速的 RTC 参考时钟），以及一小部分逻辑以允许处理器唤醒
  • 处理器会在 RTC 闹钟中断触发时从睡眠模式中被唤醒
• ​树莓派 Pico 处于休眠模式（Dormant Mode​​）​：
  • 在此模式下，芯片中的所有时钟都会被停止
  • 要从休眠模式唤醒芯片，必须完成以下步骤：
    • RTC 必须配置为使用外部参考时钟（通过 GPIO 引脚提供）
    • 设置 RTC 以运行在外部参考时钟上
    • 如果处理器运行在 PLL（相位锁环）时钟下，则需将其切换到使用 XOSC/ROSC（外部振荡器/内部振荡器）
    • 关闭所有 PLL
    • 配置 RTC 以设置所需的唤醒时间（一次性唤醒或定期唤醒）
    • （可选）关闭大多数内存
    • 调用 DORMANT 模式