Matrix - RTC/zh

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English

1 介绍

Matrix-RTC.png
  • Matrix - RTC模块是一个实时时钟模块，使用专用低功耗时钟芯片DS1307和32.768KHz晶振。地址和数据通过I2C总线传输，能够提供秒、分、小时、星期、日期、月和年等时钟日历数据。每一个月的天数能自动调整，并且有闰年补偿功能。后备电池确保存储在时钟芯片非易失性RAM的数据在模块断电的时候不丢失。

2 特性

  • 低功耗
  • I2C串行接口
  • 56字节非失性的RAM
  • 自动掉电检测和切换
  • 操作温度在-40度到85度
  • PCB尺寸（mm）：24x32

Matrix-RTC PCB.png

  • 引脚说明:
名称 描述
SDA I2C SDA
SCL I2C SCL
5V 电源5V
GND 地

3 工作原理

  • DS1307是一款专用低功耗，具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟日历实时时钟芯片。
  • DS1307的寄存器统一编址，DS1307的各类时间数据均以BCD码的格式存储在相应的时间寄存器中，具体分配为：00H：秒；01H：分；02H：小时；03H：星期；04H：日期；05H：月；06H：年；07H：控制字。
  • 具有掉电保护的RAM寄存器的地址编码为08H-3FH。AM/PM 标志位决定时钟工作于24小时或12小时模式。
  • DS1307在IIC总线上是从器件，地址固定为”11010000”。通过读写对应的寄存器可获取或设置时间和日期信息，星期信息在午夜调整，并且星期信息可以用户自定义（例如1代表星期天，2就代表星期一）
  • 设置不符合规则的时间和日期数据会导致位置错误。
  • 设置DS1307控制寄存器可用来控制SQW/OWT引脚的输出，从而控制模块上的LED状态。

4 下载Matrix源码

Matrix配件相关的代码是完全开源的，统一由一个仓库进行管理：https://github.com/friendlyarm/matrix.git
该仓库里不同的分支代表着Matrix配件所支持的不同开发板。

  • nanopi分支用于支持NanoPi；
  • nanopi2分支用于支持NanoPi 2；
  • tiny4412分支用于支持Tiny4412；
  • raspberrypi分支用于支持RaspberryPi；

在主机PC上安装git，以Ubuntu14.04为例 

$ sudo apt-get install git

克隆Matrix配件代码仓库 

$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个名为matrix的目录，里面存放着所有Matrix配件的代码。

5 与NanoPi 2连接使用

5.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-RTC和NanoPi 2：
Matrix-RTC_nanopi_2

连接说明：

Matrix-RTC NanoPi 2
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

5.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi2分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi2

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-RTC对应的测试程序为matrix-rtc。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPi 2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git

5.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi 2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi 2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令加载硬件驱动。

$ cd /modules
$ insmod rtc-ds1307.ko

运行模块Matrix-RTC的测试程序。

$ matrix-rtc

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。
运行效果：
matrix-rtc_result

该程序只是读写硬件RTC，如果想设置Debian的系统时间，可执行以下命令，假设当前时间为"2016-11-17 17:26:01"： 

$ date -s "2016-11-17 17:26:01"
$ hwclock -w -f /dev/rtc1

设置完成后，就算重启系统，时间仍然是准确的。

5.4 代码展示

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd, retval;
    struct rtc_time rtc_tm;
    const char *rtc = default_rtc;
    const char *date_time = default_date_time;
 
    switch (argc) {
    case 3:
        rtc = argv[1];
        date_time = argv[2];
        break;
    case 1:
        break;
    default:
        fprintf(stderr, "usage:  rtctest [rtcdev] [year mon day hour min sec]\n");
        return 1;
    }
 
    fd = open(rtc, O_RDONLY);
 
    if (fd ==  -1) {
        perror(rtc);
        exit(errno);
    }
    fprintf(stderr, "RTC Driver Test Example.\n");
 
    sscanf(date_time, "%d %d %d %d %d %d",
            &rtc_tm.tm_year,
            &rtc_tm.tm_mon,
            &rtc_tm.tm_mday,
            &rtc_tm.tm_hour,
            &rtc_tm.tm_min,
            &rtc_tm.tm_sec); 
    rtc_tm.tm_year -= 1900;
    rtc_tm.tm_mon -= 1;
    retval = ioctl(fd, RTC_SET_TIME, &rtc_tm);
    if (retval == -1) {
        perror("RTC_SET_TIME ioctl");
        exit(errno);
    }
 
    fprintf(stderr, "Set RTC date/time is %d-%d-%d, %02d:%02d:%02d.\n",
        rtc_tm.tm_mon + 1, rtc_tm.tm_mday, rtc_tm.tm_year + 1900,
        rtc_tm.tm_hour, rtc_tm.tm_min, rtc_tm.tm_sec);
 
    /* Read the RTC time/date */
    retval = ioctl(fd, RTC_RD_TIME, &rtc_tm);
    if (retval == -1) {
        perror("RTC_RD_TIME ioctl");
        exit(errno);
    }
 
    fprintf(stderr, "Read RTC date/time is %d-%d-%d, %02d:%02d:%02d.\n",
        rtc_tm.tm_mon + 1, rtc_tm.tm_mday, rtc_tm.tm_year + 1900,
        rtc_tm.tm_hour, rtc_tm.tm_min, rtc_tm.tm_sec);
 
    fprintf(stderr, "Test complete\n");
    close(fd);
    return 0;
}


6 与NanoPi连接使用

在NanoPi上运行Debian系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器，参考wiki: NanoPi & How to Build the Compiling Environment。
注意: 只有使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核才能配合Matrix配件正常工作。
下载NanoPi内核源代码并编译: 

$ git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git
$ cd linux-4.x.y
$ git checkout nanopi-v4.1.y-matrix
$ make nanopi_defconfig
$ touch .scmversion
$ make

编译好后的zImage位于内核源码arch/arm/boot/目录下，把该zImage替换掉NanoPi烧写文件sd-fuse_nanopi/prebuilt下的zImage，重新制作SD卡即可。

6.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-RTC和NanoPi：
Matrix-RTC_nanopi

连接说明：

Matrix-RTC NanoPi
SDA Pin3
SCL Pin5
5V Pin4
GND Pin6

6.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi-Debian配套的arm-linux-gcc-4.4.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-RTC对应的测试程序为matrix-rtc。

6.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令加载硬件驱动。

$ cd /modules
$ insmod rtc-ds1307.ko

运行模块Matrix-RTC的测试程序。

$ matrix-rtc

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

运行效果：
matrix-rtc_nanopi1_shell

该程序只是简单的读写硬件RTC，如果想设置Debian的系统时间，可执行以下命令，假设当前时间为"2016-11-17 17:26:01"： 

$ date -s "2016-11-17 17:26:01"
$ hwclock -w -f /dev/rtc1

设置完成后，就算重启系统，时间仍然是准确的。

6.4 代码展示

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd, retval;
    struct rtc_time rtc_tm;
    const char *rtc = default_rtc;
    const char *date_time = default_date_time;
 
    switch (argc) {
    case 3:
        rtc = argv[1];
        date_time = argv[2];
        break;
    case 1:
        break;
    default:
        fprintf(stderr, "usage:  rtctest [rtcdev] [year mon day hour min sec]\n");
        return 1;
    }
 
    fd = open(rtc, O_RDONLY);
 
    if (fd ==  -1) {
        perror(rtc);
        exit(errno);
    }
    fprintf(stderr, "RTC Driver Test Example.\n");
 
    sscanf(date_time, "%d %d %d %d %d %d",
            &rtc_tm.tm_year,
            &rtc_tm.tm_mon,
            &rtc_tm.tm_mday,
            &rtc_tm.tm_hour,
            &rtc_tm.tm_min,
            &rtc_tm.tm_sec); 
    rtc_tm.tm_year -= 1900;
    rtc_tm.tm_mon -= 1;
    retval = ioctl(fd, RTC_SET_TIME, &rtc_tm);
    if (retval == -1) {
        perror("RTC_SET_TIME ioctl");
        exit(errno);
    }
 
    fprintf(stderr, "Set RTC date/time is %d-%d-%d, %02d:%02d:%02d.\n",
        rtc_tm.tm_mon + 1, rtc_tm.tm_mday, rtc_tm.tm_year + 1900,
        rtc_tm.tm_hour, rtc_tm.tm_min, rtc_tm.tm_sec);
 
    /* Read the RTC time/date */
    retval = ioctl(fd, RTC_RD_TIME, &rtc_tm);
    if (retval == -1) {
        perror("RTC_RD_TIME ioctl");
        exit(errno);
    }
 
    fprintf(stderr, "Read RTC date/time is %d-%d-%d, %02d:%02d:%02d.\n",
        rtc_tm.tm_mon + 1, rtc_tm.tm_mday, rtc_tm.tm_year + 1900,
        rtc_tm.tm_hour, rtc_tm.tm_min, rtc_tm.tm_sec);
 
    fprintf(stderr, "Test complete\n");
    close(fd);
    return 0;
}

7 与Tiny4412连接使用

7.1 准备工作

参考Tiny4412光盘里的《友善之臂Ubuntu使用手册》，在Tiny4412上运行UbuntuCore系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。
注意：只能使用Tiny4412SDK-1506的底板。

7.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-RTC和Tiny4412：
Matrix-RTC_tiny4412

连接说明：

Matrix-RTC Tiny4412
SDA CON18 SDA
SCL CON18 SCL
5V CON18 5V
GND CON18 GND

7.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到tiny4412分支 

$ cd matrix
$ git checkout tiny4412

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为Tiny4412-UbuntuCore配套的arm-linux-gnueabihf-gcc-4.7.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-RTC对应的测试程序为matrix-rtc。

7.4 运行测试程序

将带有UbuntuCore系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到Tiny4412的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入Tiny4412，上电启动，在UbuntuCore的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-RTC的测试程序。

$ matrix-rtc

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

运行效果：
matrix-rtc_tiny4412_shell

该程序只是简单的读写硬件RTC，如果想设置Debian的系统时间，可执行以下命令，假设当前时间为"2016-11-17 17:26:01"： 

$ date -s "2016-11-17 17:26:01"
$ hwclock -w -f /dev/rtc1

设置完成后，就算重启系统，时间仍然是准确的。

7.5 代码展示

static const char default_rtc[] = "/dev/rtc0";
static const char default_date_time[] = "2015 9 15 1 1 1";
int main(int argc, char **argv)
{
    int fd, retval;
    struct rtc_time rtc_tm;
    const char *rtc = default_rtc;
    const char *date_time = default_date_time;
 
    switch (argc) {
    case 3:
        rtc = argv[1];
        date_time = argv[2];
        break;
    case 1:
        break;
    default:
        fprintf(stderr, "usage:  rtctest [rtcdev] [year mon day hour min sec]\n");
        return 1;
    }
 
    fd = open(rtc, O_RDONLY);
 
    if (fd ==  -1) {
        perror(rtc);
        exit(errno);
    }
    fprintf(stderr, "RTC Driver Test Example.\n");
 
    sscanf(date_time, "%d %d %d %d %d %d",
            &rtc_tm.tm_year,
            &rtc_tm.tm_mon,
            &rtc_tm.tm_mday,
            &rtc_tm.tm_hour,
            &rtc_tm.tm_min,
            &rtc_tm.tm_sec); 
    rtc_tm.tm_year -= 1900;
    rtc_tm.tm_mon -= 1;
    retval = ioctl(fd, RTC_SET_TIME, &rtc_tm);
    if (retval == -1) {
        perror("RTC_SET_TIME ioctl");
        exit(errno);
    }
 
    fprintf(stderr, "Set RTC date/time is %d-%d-%d, %02d:%02d:%02d.\n",
        rtc_tm.tm_mon + 1, rtc_tm.tm_mday, rtc_tm.tm_year + 1900,
        rtc_tm.tm_hour, rtc_tm.tm_min, rtc_tm.tm_sec);
 
    /* Read the RTC time/date */
    retval = ioctl(fd, RTC_RD_TIME, &rtc_tm);
    if (retval == -1) {
        perror("RTC_RD_TIME ioctl");
        exit(errno);
    }
 
    fprintf(stderr, "Read RTC date/time is %d-%d-%d, %02d:%02d:%02d.\n",
        rtc_tm.tm_mon + 1, rtc_tm.tm_mday, rtc_tm.tm_year + 1900,
        rtc_tm.tm_hour, rtc_tm.tm_min, rtc_tm.tm_sec);
 
    fprintf(stderr, "Test complete\n");
    close(fd);
    return 0;
}

8 与RaspberryPi连接使用

9 与Arduino连接使用

10 相关资料

DS1307.pdf

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