嵌入式應(yīng)用的智能型實時時鐘功能

圖1是smartclock模塊的功能方框圖。此電路可以執(zhí)行實時時鐘的所有傳統(tǒng)功能以及某些“故障安全”(failsafe) 功能，例如電源故障和時鐘源故障的復(fù)原。

smartclock模塊中有三個接口寄存器可用來控制內(nèi)部寄存器，這將系統(tǒng)所需的特殊功能寄存器減至最少，同時提供一個抽象層以避免定時器內(nèi)容被誤改。使用者還可以設(shè)定鬧鈴寄存器 (alarm register)，以便在47位自由定時器等于某個默認值時啟動硬件中斷來執(zhí)行特定工作。這類功能通常又稱為“輸出比較”。

微控制器還能提供一種稱為“暫停”模式的低耗電模式。在這種模式下，smartclock模塊產(chǎn)生的鬧鈴中斷可以在一個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)將系統(tǒng)喚醒 (不需要重新設(shè)定器件)。

溫度補償

具備溫度補償?shù)氖⒄袷幤骱蛯崟r時鐘芯片通常比沒有溫度補償功能的元器件貴很多，但由于石英振蕩器的頻率常會隨著周圍溫度、電壓和使用時間而改變，所以系統(tǒng)需要某種形式的溫度補償才能在很大的溫度范圍內(nèi)提供精確的時間和日期數(shù)據(jù)。

幸而c8051f410微控制器已如圖2所示內(nèi)建精確度 3%的溫度傳感器，使得時間日期算法能夠利用芯片內(nèi)建溫度傳感器傳來的信息進行溫度補償。這種做法的好處是系統(tǒng)可以使用不含溫度補償功能的低成本石英振蕩器。

為了進行溫度補償算法，系統(tǒng)必須用芯片內(nèi)置溫度傳感器每分鐘測量周圍溫度一次。多數(shù)操作環(huán)境的溫度在這么短時間里通常不會改變太多，因此系統(tǒng)會利用溫度測量值來計算誤差值 (以ppm表示) 并將結(jié)果 (所需補償?shù)奈⒚霐?shù)) 儲存至內(nèi)存。系統(tǒng)會將每分鐘傳來的誤差計算結(jié)果累加在一起，等到一天結(jié)束后就由算法補償當天的時間誤差。

smartclock還會提供圖2所示的許多其他功能，例如電源、電池切換電路、時鐘源、備用ram內(nèi)存和實時時鐘方塊本身。然而這套模塊的真正優(yōu)點仍在于它把這些功能整合至一顆芯片，免除了使用多顆不同元器件所造成的芯片間數(shù)據(jù)互傳負擔(dān)。

電源故障處理

芯片內(nèi)置穩(wěn)壓器能連接至2.0～5.25v的任何電壓。處理器實際使用2.5v電源，但它會與芯片的i/o系統(tǒng)電源分開，這樣微控制器就能在不需要任何中間界面的情形下用于2.0～5.25v的各種系統(tǒng)。vio接腳可連接至系統(tǒng)電壓供應(yīng)，讓i/o和系統(tǒng)的其他裝置使用相同的電壓操作。除了主電源供應(yīng)外，vbat輸入還能連接至電壓最低1.0v的電池，由它做為smartclock的備用電源。

整合式smartclock的第一個優(yōu)點是系統(tǒng)電源供應(yīng)若降至vbat電壓以下，芯片內(nèi)含的電池切換電路就會從smartclock自動切換至備用電池。這表示實時時鐘能在電源故障時繼續(xù)操作，smartclock模塊內(nèi)的專屬備用ram內(nèi)存也能繼續(xù)保持它們的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)只要利用簡單軟件將系統(tǒng)狀態(tài)定時儲存至這個備用ram內(nèi)存，就能在主電源供應(yīng)恢復(fù)正常后讓系統(tǒng)回到已知狀態(tài)，系統(tǒng)測量所得的重要數(shù)據(jù)也不會遺失。微控制器重置時，系統(tǒng)會執(zhí)行一個例程來檢查重置資源寄存器 (reset sources register) 以便判斷系統(tǒng)電源是否曾經(jīng)中斷，重置例程接著會讀取備用ram內(nèi)存的內(nèi)容并將處理器和工作寄存器的重要內(nèi)容復(fù)原。舉例來說，這顆元器件若用于電表，它很容易就能追蹤停電的日期時間和長短，同時精確保存停電前的用電信息。等到主電源恢復(fù)后，電池切換電路會將微控制器切換回主電源，然后將電池備用電源切斷以確保備用電池擁有最長的壽命。

時鐘故障處理

對于使用獨立元器件的傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，時鐘故障的危害性可能還超過電源故障。c8051f410通常會將芯片內(nèi)建振蕩器產(chǎn)生的24.5mhz信號倍頻成為49mhz的系統(tǒng)頻率，同時確保它在整個操作電壓和溫度范圍內(nèi)都能達到2%的精確度。它也能使用外接石英晶體，但這種做法并無必要，因為芯片內(nèi)建振蕩器的精確度已足以讓內(nèi)部功能和序列通訊操作達到規(guī)格要求。smartclock可透過xtal3和xtal4管腳連接低成本的32.768khz石英晶體，無論smartclock電源來自系統(tǒng)主電源或備用電池，石英晶體都會透過smartclock模塊從這些管腳汲取電源。

在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，如果32.768khz石英晶體出現(xiàn)問題，系統(tǒng)就會隨著實時時鐘源消失而遭受無法復(fù)原的故障。整合式smartclock提供獨立的時鐘消失偵測電路，石英晶體故障會讓元器件執(zhí)行重置動作，同時設(shè)定重置資源寄存器里的某個標志來顯示石英晶體故障。等到微控制器完成重置動作后，系統(tǒng)即可從仍由備用電池供電的備用ram內(nèi)存里取出最后一次儲存的系統(tǒng)狀態(tài)信息。

32.768khz石英晶體還能切換成主系統(tǒng)頻率，使得微控制器能在低頻率下操作。這能用于需要定時進入睡眠狀態(tài)、但仍須在低速和低耗電模式下繼續(xù)工作的系統(tǒng)。

把常用功能整合至微控制器還能帶來其他明顯好處，例如電表、銷售點終端裝置和數(shù)據(jù)記錄器等許多系統(tǒng)都會用到定時喚醒、服務(wù)提醒和時間戳記等功能。增加“故障安全”功能也有很大好處，它能在電源或時鐘故障時將系統(tǒng)復(fù)原，同時保存“最后一次已知”的系統(tǒng)狀態(tài)信息。

smartclock增加了許多有用功能，因為它能在1個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)從暫停操作模式迅速回到最高系統(tǒng)頻率的全速操作模式，同時提供3項重要的故障安全功能：確保時鐘功能在電源故障時繼續(xù)運作、確保系統(tǒng)在時鐘故障時繼續(xù)運作、以及將系統(tǒng)還原為最后已知狀態(tài)以便讓它們從故障中復(fù)原。