Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с вычислениями в реальном времени .
Часы реального времени Dallas Semiconductor DS1287, 1988 г.в.
Типы модулей RTC для любителей, коммерчески доступных из Китая

Часы реального времени ( RTC ) представляет собой электронное устройство (чаще всего в виде интегральной схемы ) , который измеряет течение времени.

Хотя этот термин часто относится к устройствам в персональных компьютерах , серверах и встроенных системах , часы реального времени присутствуют практически в любом электронном устройстве, которое должно отслеживать точное время.

Терминология [ править ]

Термин « часы реального времени» используется, чтобы избежать путаницы с обычными аппаратными часами, которые представляют собой только сигналы , управляющие цифровой электроникой , и не считают время в единицах измерения человека. RTC не следует путать с вычислениями в реальном времени , которые имеют трехбуквенную аббревиатуру, но не имеют прямого отношения к времени суток.

Цель [ править ]

Хотя учет времени может выполняться без RTC, [1] его использование имеет преимущества:

  • Низкое энергопотребление [2] (важно при работе от переменного тока)
  • Освобождает основную систему для срочных задач
  • Иногда точнее других методов

GPS - приемник может сократить время его запуска, сравнивая текущее время, в соответствии с его РТК, со временем , на котором он последний имел действительный сигнал. [3] Если прошло менее нескольких часов, то можно использовать предыдущие эфемериды .

Источник питания [ править ]

Литиевая батарея внутри микросхемы часов реального времени

RTC часто имеют альтернативный источник питания, поэтому они могут продолжать отсчитывать время, пока основной источник питания выключен или недоступен. Этот альтернативный источник энергии , как правило, литиевая батарея в более старых системах, но некоторые новые системы используют суперконденсатор , [4] [5] , потому что они являются перезаряжаемыми и могут быть припаяны . Альтернативный источник питания может также подавать питание на оперативную память с батарейным питанием . [6]

Сроки [ править ]

Большинство СЦП использовать кварцевый генератор , [7] [8] , но некоторые имеют возможность использовать частоту линии электропередачи . [9] Частота кристалла обычно составляет 32,768 кГц, [7] такая же частота используется в кварцевых часах и часах . Ровно 2 15 циклов в секунду, это удобная скорость для использования с простыми схемами двоичного счетчика. Низкая частота экономит электроэнергию, оставаясь при этом выше диапазона человеческого слуха . Кварцевый камертон этих кристаллов не сильно меняет размер в зависимости от температуры, поэтому температура не сильно меняет свою частоту.

В некоторых RTC используется микромеханический резонатор на кремниевом кристалле RTC. Это уменьшает размер и стоимость RTC за счет уменьшения количества его частей. Микромеханические резонаторы намного более чувствительны к температуре, чем кварцевые резонаторы. Таким образом, они компенсируют изменения температуры с помощью электронного термометра и электронной логики. [10]

Типичные характеристики точности кварцевых часов реального времени составляют от ± 100 до ± 20 частей на миллион (от 8,6 до 1,7 секунды в день), но доступны микросхемы RTC с температурной компенсацией с точностью менее 5 частей на миллион. [11] [12] С практической точки зрения, этого достаточно для выполнения астрономической навигации , классической задачи хронометра . В 2011 году стали доступны атомные часы в масштабе микросхемы . Хотя они намного дороже и потребляют много энергии (120 мВт против <1 мкВт), они сохраняют время в пределах 50 частей на триллион (5 × 10 −11 ). [13]

Примеры [ править ]

Часы реального времени Dallas Semiconductor (DS1387) со старого ПК. Эта версия также содержит SRAM с батарейным питанием.
Микросхема Dallas DS1307 RTC в корпусе DIP-8

Многие производители интегральных схем производят RTC, включая Epson , Intersil , IDT , Maxim , NXP Semiconductors , Texas Instruments , STMicroelectronics и Ricoh . В одноплатных компьютерах чаще всего используются часы реального времени Maxim Integrated DS1307.

RTC был введен в совместимые с ПК IBM PC / AT в 1984 году, в котором использовался Motorola MC146818 RTC. [14] [15] Позже компания Dallas Semiconductor создала совместимые RTC, которые часто использовались в старых персональных компьютерах и которые легко найти на материнских платах из-за их характерной черной крышки батарейного отсека и шелкографии .

В более новых компьютерных системах RTC встроен в микросхему южного моста . [16] [17]

Некоторые микроконтроллеры имеют встроенные часы реального времени, как правило, только те, которые имеют множество других функций и периферийных устройств .

RTC на основе радио [ править ]

Некоторые современные компьютеры получают информацию о часах по цифровому радио и используют ее для продвижения стандартов времени. Существует два распространенных метода: большинство протоколов сотовых телефонов (например, LTE ) напрямую предоставляют текущее местное время. Если доступно интернет-радио, компьютер может использовать сетевой протокол времени . Компьютеры, используемые в качестве серверов местного времени, иногда используют GPS [18] или сверхнизкочастотные радиопередачи, передаваемые национальной организацией по стандартизации (например, радиочасы [19] ).

Программные RTC [ править ]

Следующая система хорошо известна программистам встраиваемых систем , которым иногда приходится создавать RTC в системах, в которых они отсутствуют. Большинство компьютеров имеют один или несколько аппаратных таймеров, которые используют синхронизирующие сигналы от кристаллов кварца или керамических резонаторов . Они имеют неточный абсолютный отсчет времени (более 100 частей на миллион), который, тем не менее, очень воспроизводим (часто менее 1 ppm). Программное обеспечение может делать математические вычисления, чтобы преобразовать их в точные RTC. Аппаратный таймер может генерировать периодическое прерывание, например, 50  Гц , для имитации исторического RTC (см. Ниже). Однако он использует математику для точной настройки цепи ГРМ:

время = время + скорость.

Когда переменная «время» превышает константу, обычно степень двойки, номинальное вычисленное время часов (скажем, 1/50 секунды) вычитается из «времени», и вызывается программное обеспечение временной цепочки часов для считать доли секунды, секунды и т. д. С 32- битными переменными для времени и скорости математическое разрешение «скорости» может превышать одну часть на миллиард. Часы остаются точными, потому что иногда они пропускают доли секунды или увеличиваются на две доли. Крошечный скачок (« дрожание ») незаметен почти для всех реальных случаев использования RTC.

Сложность с этой системой заключается в определении мгновенного скорректированного значения переменной «скорость». Простейшая система отслеживает секунды RTC и контрольные секунды между двумя настройками часов и делит контрольные секунды на секунды RTC для определения «скорости». Время в Интернете часто имеет точность менее 20 миллисекунд, поэтому 8000 или более секунд (2,2 или более часов) разделения между настройками обычно могут разделить сорок миллисекунд (или меньше) ошибки до менее чем 5 частей на миллион, чтобы получить хронометр. точность. Основная сложность этой системы - преобразование даты и времени в секунды, но методы хорошо известны. [20]

Если часы реального времени работают, когда устройство выключено, обычно часы реального времени будут работать с двумя скоростями: одна, когда устройство включено, а другая - когда выключено. Это связано с тем, что температура и напряжение источника питания в каждом состоянии одинаковы. Для корректировки этих состояний программа рассчитывает две ставки. Во-первых, программное обеспечение записывает время RTC, эталонное время, секунды включения и секунды выключения для двух интервалов между последними тремя моментами установки часов. Используя это, он может измерить точность двух интервалов, каждый из которых имеет разное распределение включенных и выключенных секунд. Математика скорости решает два линейных уравнения, чтобы вычислить две скорости, одну для включения, а другую для выключения.

Другой подход измеряет температуру кристалла с помощью электронного термометра (например, термистора и аналого-цифрового преобразователя ) и использует полином для вычисления «скорости» примерно один раз в минуту. Наиболее распространенными кристаллами кварца в системе являются кристаллы SC-среза, и их скорость по температуре может быть охарактеризована полиномом 3-й степени. Итак, для них скорость измеряется при четырех температурах. Обычные кристаллы в виде камертона, используемые в часах и многих компонентах RTC, имеют параболические (2-й степени) уравнения температуры и могут быть охарактеризованы только тремя измерениями. Тогда линейная регрессияможно найти уравнение температуры. Что-то вроде этого подхода можно было бы использовать в коммерческих ИС RTC, но фактические методы эффективного высокоскоростного производства являются патентованными.

Исторические RTC [ править ]

В некоторых старых компьютерных конструкциях, таких как Novas и PDP-8 [21], использовались часы реального времени, которые отличались высокой точностью, простотой, гибкостью и низкой стоимостью. Блок питания компьютера выдает импульс логического напряжения либо для каждой полуволны, либо для каждого перехода через нуль сети переменного тока. Провод передает импульс на прерывание. Программа обработки прерывания считает циклы, секунды и т. Д. Таким образом, она может предоставить полные часы и календарь.

Часы также обычно составляли основу цепочек синхронизации программного обеспечения компьютеров; например, обычно это был таймер, используемый для переключения задач в операционной системе. Счетные таймеры, используемые в современных компьютерах, предоставляют аналогичные функции с меньшей точностью и могут прослеживать свои требования к часам этого типа. (например, в PDP-8 первыми появились сетевые часы модели DK8EA, а затем последовали кварцевые часы DK8EC.)

Программные часы необходимо устанавливать каждый раз при включении компьютера. Первоначально это делали операторы компьютеров. Когда Интернет стал обычным явлением, для автоматической установки часов этого типа использовались сетевые протоколы времени .

В Европе, Северной Америке и некоторых других сетях этот RTC работает, потому что частота сети переменного тока регулируется для обеспечения долговременной точности частоты, такой же хорошей, как и национальные стандартные часы. То есть в таких сетях эти RTC превосходят кварцевые часы и менее затратны.

Такая конструкция RTC не применима в портативных компьютерах или сетях (например, в Южной Азии), которые не регулируют частоту сети переменного тока. Также может показаться неудобным установка часов без доступа в Интернет.

Бесчасовые процессоры [ править ]

Некоторые материнские платы сделаны без часов реального времени. Часы реального времени не используются либо из желания сэкономить (как в системной архитектуре Raspberry Pi ), либо потому, что часы реального времени могут вообще не понадобиться (как в системной архитектуре Arduino [22] ).

См. Также [ править ]

  • Таймер событий высокой точности
  • IRQ 8
  • Будильник в режиме реального времени
  • Системное время
  • Таймер
  • Настенные часы
  • Ошибки форматирования и хранения времени

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ала-Паавол, Jaakko (2000-01-16). "Проект исходного кода часов реального времени на основе программных прерываний для микроконтроллера PIC" . Архивировано из оригинала на 2007-07-17 . Проверено 23 августа 2007 .
  2. ^ Включение функции хронометража и продление срока службы батарей в системах с низким энергопотреблением , NXP Semiconductors, 2011
  3. ^ US 5893044 Часы  реального времени для быстрого сбора данных или сигналов GPS
  4. ^ Новые часы реального времени PCF2123 устанавливают новый рекорд энергоэффективности , futurle
  5. ↑ Application Note 3816 , Maxim / Dallas Semiconductor, 2006.
  6. ↑ Торрес, Габриэль (24 ноября 2004 г.). «Введение и литиевая батарея» . Замена батареи материнской платы . hardwaresecrets.com. Архивировано из оригинального 24 декабря 2013 года . Проверено 20 июня 2013 года .
  7. ^ a b Указание по применению 10337 , ST Microelectronics, 2004 г., стр. 2
  8. ^ Указание по применению U-502 , Texas Instruments, 2004, стр. 13
  9. Перейти ↑ Application Note 1994 , Maxim / Dallas Semiconductor, 2003
  10. ^ "Максим DS3231m" (PDF) . Maxim Inc . Проверено 26 марта 2019 .
  11. ^ «Высокоточные часы реального времени» . Maxim Semiconductors . Проверено 20 октября 2017 года .
  12. ^ Drown, Dan (3 февраля 2017). «Сравнение RTC» .
  13. ^ "Чиповые атомные часы" . Microsemi . Проверено 20 октября 2017 года .
  14. ^ «Часы реального времени / дополнительная информация RAM для металлооксидных полупроводников (RT / CMOS)». Технический справочник IBM PC AT (PDF) . Международная корпорация бизнес-машин. 1984. с. Системная плата 1–45.
  15. ^ MC146818A ЧАСЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ПЛЮС ОЗУ (RTC) (PDF) . Motorola Inc. 1984 г.
  16. ^ "Технические характеристики южного моста ULi M1573" . AMDboard.com . Проверено 23 августа 2007 .
  17. ^ https://www.intel.com/Assets/PDF/datasheet/290562.pdf
  18. ^ «Синхронизация часов GPS» . Оролия . Проверено 6 января 2021 года .
  19. ^ "Продукт: USB-радио часы" . Майнбург . Проверено 20 октября 2017 года .
  20. ^ "Календарные приложения" . Военно-морская обсерватория США . ВМС США. Архивировано из оригинала на 2016-04-04 . Дата обращения 7 ноября 2019 .
  21. ^ Digital Equipment Corp. "PDP-8 / E Small Computer Handbook, 19" (PDF) . Gibson Research. стр. 7–25, DK8EA . Проверено 12 ноября +2016 .
  22. ^ Однако обратите внимание, что многие программные пакеты Arduino включают дополнительный программный RTC, запускаемый с таймера низкой точности, как описано.

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с часами реального времени на Викискладе?