ZLG嵌入式笔记(连载06)|Linux的RTC回到了1970年，是时光倒流了么？

原创 ZLG致远电子 2024-12-17 11:34

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导读

RTC是一种用于记录时间的电子设备，广泛应用于各种嵌入式系统中。本文通过实际案例分析RTC在实际应用中的问题并给出实际建议，如时间“归零”、RTC时间误差过大等。

RTC (Real Time Clock)：实时时钟，是一个独立的定时器，无论器件处于运行模式、低功耗模式还是复位状态，只要电源电压保持在工作范围内，RTC就会一直工作，实现计时功能。

RTC电路虽然简单，但实际应用中还是会出现一些问题，例如时间“归零”、RTC时间误差过大等等，既涉及到硬件方面，也涉及到软件方面。下面结合实际遇到的问题进行一些方案讨论和建议。

另外，在32位Linux系统上，不可避免的会遇到2038年问题，也放在这里一并阐述。

从仓库发货的全新产品，为何RTC时间是1970年？

全新产品，开机后系统时间是1970年，有两种可能性：

产品RTC电池没有正确安装，或者锂电池与电池仓之间的隔离塑料垫片没有去掉，RTC没电不工作。
安装了RTC电池，但RTC电池已经被耗尽，这情况一般出现在较长时间库存产品上。

提示：RTC独立供电的产品，使用前必须正确安装RTC电池，并在第一次开机的时候设置正确的RTC时间。库存产品，不安装RTC电池，或者在安装电池时做好供电隔离。

产品运行一段时间后，RTC变成1970年了，引起程序运行异常

正常运行的系统，经过一段时间后内核出现如下提示：

rtc-pcf8563 0-0051: low voltage detected, date/time is not reliable.

说明RTC电池电压已经偏低。这样会导致RTC时间不可靠，从而影响到Linux系统时间的准确性。

PCF8563芯片具有电池电压检测功能，当电压低于0.9V时将无法保证时钟信息的准确性(参考图1)，进而导致系统运行异常。

图1 PCF8563 RTC芯片低压检测功能

为了避免出现RTC电池电压偏低的情况，可以做如下方面的考虑：

可考虑用可充电的RTC电池，并设计充电电路；
关闭RTC芯片的CLKOUT功能，降低RTC功耗，延长RTC电池续航时间；
增加超级电容，正常上电时由系统电源供电，系统掉电后由超级电容供电，超级电容耗尽再用锂电池供电。

图2是RTC多电源供电参考原理图。

图2 RTC多电源供电参考原理图

设计时需注意以下几点：

RTC_VDD 仅供电给时钟芯片的VDD引脚；
RTC_VDD供电线路上使用的二极管选型低压降、低漏电流；
I²C 上拉电阻使用系统电源；

预留CLKOUT 信号测试点，用于调试时钟精度，调试结束后关闭该功能可减少功耗。

让人头疼的“2038年”问题

先介绍一下UNIX世界的时间，Unix纪元时间是从协调世界时（UTC）1970年1月1日0点开始算起，到现在的总秒数。这个时间也被称为POSIX时间。Linux沿用UNIX时间，在32位处理器的Linux系统里，定时器是32位的，最大计数是0xFFFFFFFF，而在Linux系统中，rtc_time定义的是秒、分、小时等都是有符号整数。

struct rtc_time {        int tm_sec;        int tm_min;        int tm_hour;        int tm_mday;        int tm_mon;        int tm_year;        int tm_wday;        int tm_yday;        int tm_isdst;};

32位定时器有符号整数最大计数为0x7FFFFFF，换算成十进制是2147483647。

2147483647秒，换算成年的话，是68.09625973490614年，大概是68年零18天。所以，UNIX时间，从1970年1月1日零时起，经过68年零18天后（确切是2038年1月19日中午11:14:07），计数器溢出，RTC将无法正常工作。在32位系统上解决这个问题，需要升级到Linux内核到高版本，同时升级glibc，工作量很大，对一些发布较久的处理器，原厂不一定能提供新版本内核，这是很让人头疼的。如果选用选用64位处理器，跑64位Linux系统就没这个问题了。

升级到64位Linux系统后，RTC计数器最大值为0x7FFFFFFFFFFFFFFF，换算成十进制是9223372036854775807。9223372036854775807秒，换算成年，大约是292亿年，完全不用去考虑RTC时间溢出的问题了。