RTC 与蓝牙

1.RTC

1.1. RTC 概述

RTC 的全称是“Real-Time Clock”，即实时时钟芯片。实时时钟芯片通过引脚向外部提供时间读写接口，通常由独立电池供电。因此，即使外部系统断电，也能保证芯片电路正常运行并准确计时。不同的时钟芯片内部机制可能不同，但 Linux 系统驱动会封装不同钟表芯片的操作细节，并为应用程序提供统一的时间操作接口。

1.1.1 开发板的 RTC 资源

EASY EAI Nano-TB 默认未搭载 RTC 电路。如果希望底板支持 RTC 功能，可以使用我们的 RTC 模块进行扩展。

开发板的 RTC 资源

RTC 扩展的具体步骤：

首先关闭底板电源，将模块正面朝上插入底板的 40PIN 接口。详情请参考下图。

开发板的 RTC 资源

插紧后，上电。使用 ls 命令可以确认 RTC 芯片是否已被系统识别。

ls /dev/rtc\*

开发板的 RTC 资源

确认驱动已正常加载后，可以通过以下命令访问驱动，并读取 RTC 芯片的全部信息。

cat /proc/driver/rtc

开发板的 RTC 资源

1.1.2 RTC 时间的读写

这里涉及两个时钟：RTC 芯片时钟和系统时钟。手动管理 RTC 时钟的本质是进行时钟同步，也就是将系统时钟同步到 RTC 芯片时钟，或将 RTC 芯片时钟同步到系统时钟。

系统时钟：

系统时钟本质上是一个 64 位整数，该整数表示与当前 EpochTime 的时间差（单位为秒），称为时间戳。该时钟由 CPU 主芯片的定时器维护，当 CPU 断电时，时间信息会丢失。操作系统的时钟命令是 date。

date                            # 查询系统时间
date -s "2023-09-20 11:18:00"   # 修改系统时间

💡 注意：Epoch Time 指一个特定时间，即 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒。假设当前距离 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒已经过去 N 秒，那么 Linux 系统中的时间值就是 N。

RTC 芯片时钟：这是 RTC 芯片内部维护的时间。系统断电后，它由电池供电。因此，即使系统断电，RTC 时间也会继续正常运行。RTC 芯片时钟的作用是在 Linux 未运行时仍然保存时间信息。

将芯片时钟同步到系统时钟：

sudo hwclock --hctosys

将系统时钟同步到芯片时钟（或使用 sudo hwclock -w）

sudo hwclock --systohc

如果不想同步到系统时钟，只想查询 RTC 芯片时钟，请使用以下命令。

sudo hwclock -r

将芯片时钟同步到系统时钟：

1.1.3 系统时钟的读写

本文档重点说明 RTC 时钟。

1.1.4 时区与时间同步服务

时区： RTC 时钟和系统时钟都使用 UTC 时间。对于不同地区使用的时间，需要考虑时区的影响。
时间同步服务： RTC 时钟不仅可以手动操作，也会受到时间同步服务的影响。

1.2. 快速开始

1.2.1 准备开发环境

在 PC 端的 Ubuntu 系统中执行 run 脚本，进入 EASY-EAI 编译环境。详情如下。

cd ~/develop_environment

1.2.2 下载源码并编译示例

首先，在虚拟机后台终端执行以下命令，创建外设示例源码的管理目录：

cd /opt
mkdir -p EASY-EAI-Nano-TB/demo

下载示例程序：

链接： https://dl.dragonwake.com/download/rv1126b/embedded/Peripheral-Interface-Software-Module-demo/EASY-EAI-Nano-TB-demo.zip

例如，将示例程序下载到“PC\D:”（路径没有指定，用户可选择任意位置）。

随后，将下载的示例复制到虚拟机文件系统中。步骤请参考下图。

下载源码并编译示例

最后，进入对应示例目录并执行编译操作。具体命令如下：

cd EASY-EAI-Nano-TB/demo/12_RTC
./build.sh

💡 注意：依赖库位于开发板上，因此交叉编译过程中需要保持 /mnt 挂载。

下载源码并编译示例

编译成功后，会在 Release 目录中生成名为 test-rtc 的可执行程序，并自动放置到开发板的 /userdata/ 目录中。

1.2.3 运行示例

通过串口调试或 SSH 访问开发板后台，进入示例所在目录：

cd /userdata

运行示例

执行以下命令启动示例。

sudo ./test-rtc

运行结果如下。

运行示例

1.3. C 语言使用示例

这是 RTC 的 C 语言使用示例。代码路径为 12_RTC/test-rtc/main.c。可作为编码参考。以下代码展示了 RTC 时钟读写操作的流程：

int main(int argc, char const *argv[]){
    const char *strDateTime = "2023-09-21 15:22:37";

    // 将字符串转换为 tm 结构体类型的时间信息
    struct tm tm = {0};
    strptime(strDateTime, "%Y-%m-%d %H:%M:%S", &tm);

    // 打开 RTC 设备
    int rtc_fd = open("/dev/rtc0", O_RDWR);
    if (rtc_fd < 0) {
        perror("open RTC device /dev/rtc0 faild.");
        close(rtc_fd);
        return -1;
    }

    printf("---参数设置前的日期时间---\n");
    system("date");

    /***  1. 停止网络时间同步服务 ***/
    system("systemctl stop ntp.service");

    /***  2. 将预先设置的时间写入 RTC 时钟 ***/
    struct rtc_time rtc_tm;
    rtc_tm.tm_sec  = tm.tm_sec;
    rtc_tm.tm_min  = tm.tm_min;
    rtc_tm.tm_hour = tm.tm_hour;
    rtc_tm.tm_mday = tm.tm_mday;
    rtc_tm.tm_mon  = tm.tm_mon;
    rtc_tm.tm_year = tm.tm_year;
    if (ioctl(rtc_fd, RTC_SET_TIME, &rtc_tm) < 0) {
        perror("set data time to rtc0");
        perror("RTC 时间设置失败");
        close(rtc_fd);
        return -1;
    }

    /***  3. 将 RTC 时钟同步到系统时钟 ***/
    // 读取刚才写入的 RTC 时钟参数
    if (ioctl(rtc_fd, RTC_RD_TIME, &rtc_tm) < 0) {
        perror("RTC 时间读取失败");
        close(rtc_fd);
        return -1;
    }
    close(rtc_fd);

    tm.tm_sec  = rtc_tm.tm_sec;
    tm.tm_min  = rtc_tm.tm_min;
    tm.tm_hour = rtc_tm.tm_hour;
    tm.tm_mday = rtc_tm.tm_mday;
    tm.tm_mon  = rtc_tm.tm_mon;
    tm.tm_year = rtc_tm.tm_year;
    struct timeval tv;
    tv.tv_sec = mktime(&tm);
    tv.tv_usec = 0;

    // 将时间同步到系统时钟
    if(0 != settimeofday(&tv, (struct timezone *)0)){
        perror("系统时间设置失败");
    }

    printf("---参数设置后的日期时间---\n");
    system("date");

    return 0;

2.蓝牙

2.1. 蓝牙概述

在蓝牙协议栈中，蓝牙数据传输主要使用两种协议：SPP（经典蓝牙串口协议）和 BLE（Bluetooth Low Energy，低功耗蓝牙协议）。

单模蓝牙模块： 仅支持 SPP 或 BLE 中的一种。
双模蓝牙模块： 同时支持 SPP 和 BLE。

EASY-EAI-Nano-TB 采用的蓝牙模块为 DB37，它是仅支持 BLE 协议的单模蓝牙模块。

2.1.1 BlueZ

BlueZ 是目前最成熟的开源蓝牙协议栈，是一个基于 GNU General Public License (GPL) 发布的开源项目。它是 Linux 官方蓝牙协议栈（自 Linux 2.4.6 起已成为 Linux 内核的一部分），并广泛应用于主流 Linux 发行版。也就是说，可以将“如何在 Linux 上使用蓝牙？”理解为“如何使用 BlueZ？”。

具体来说，BlueZ 是 Linux 官方支持的开源蓝牙协议栈处理工具集，其中包含以下工具： bccmd, bluemoon, bluetoothctl, bluetoothd, btattach, btmon, ciptool, hciattach, hciconfig, hcidump, hcitool, hex2hcd, l2ping, l2test, mpris-proxy, rctest, rfcomm, sdptool。

2.1.2 准备工作

首先安装 BlueZ。

apt-get install bluez

确认 BlueZ 是否正常安装：

bluetoothctl -v

如果如下所示输出版本号，则表示 BlueZ 已正常安装。

准备工作

可以使用 hciconfig 工具确认蓝牙设备是否正常工作。

hciconfig -a

准备工作

2.2. 蓝牙工具

hci* 系列工具通常用于直接操作蓝牙协议栈的 HCI 层，但在新版 BlueZ 工具集中已逐渐不再维护。目前用于操作蓝牙设备的主流工具是 bluetoothd 和 bluetoothctl。

2.2.1 bluetoothd

这是用于管理蓝牙驱动的应用层服务，通常只需保持其运行即可。可使用 ps 命令确认它是否在后台运行：

sudo ps -ef \| grep -i bluetoothd

bluetoothd

在 Ubuntu 系统中，无需手动启动或停止该进程。bluetoothd 通过 systemctl 服务进行管理。bluetoothd 服务的启动/停止以及状态确认命令如下：

sudo systemctl status bluetooth.service   ## 确认 bluetoothd 服务状态
sudo systemctl start bluetooth.service    ## 启动 bluetoothd 服务（重启后状态不会保存）
sudo systemctl stop bluetooth.service     ## 停止 bluetoothd 服务（重启后状态不会保存）
sudo systemctl enable bluetooth.service   ## 启用服务（设备重启后 bluetoothd 会自动启动）
sudo systemctl disable bluetooth.service  ## 禁用服务（设备重启后 bluetoothd 不会自动启动）

2.2.2 bluetoothctl

这是一个通过 D-Bus 与 bluetoothd 交互的工具，相当于 bluetoothd 服务的客户端。bluetoothctl 通过 bluetoothd 间接操作蓝牙硬件。bluetoothctl 内置 shell 交互功能，在命令行中直接执行 bluetoothctl 工具后，可以进入该工具的内部 shell。

bluetoothctl

输入 help 可以查看该工具支持的命令。

bluetoothctl

打开蓝牙芯片电源的命令：

power on

打开蓝牙芯片电源的命令：

进入 advertise 子菜单：

修改芯片名称，使其他蓝牙主机（Host）可以扫描并发现该设备。

menu advertise
name EASY-EAI-Nano-TB

进入 advertise 子菜单：

之后，通过 back 命令返回上一级菜单：

back

2.3. BLE 协议通信

BLE (Bluetooth Low Energy) 基于 GATT。

2.3.1 开发板作为主机（Host）时

首先，将手机上的蓝牙调试助手 App 设置为从机：开启从机模式，并开始广播（Advertising）。

开发板作为主机（Host）时

接着，在开发板端（bluetoothctl 内）执行开始扫描、停止扫描和连接设备。

开始扫描：

scan on

发现目标设备后停止扫描：

scan off

列出扫描到的设备（找到 MAC 地址）：

devices

与目标设备进行配对、信任（Trust）和连接：

pair xx:xx:xx:xx:xx:xx
trust xx:xx:xx:xx:xx:xx
connect xx:xx:xx:xx:xx:xx

蓝牙连接成功后，在蓝牙主机（开发板）中进入 gatt 子菜单：

menu gatt

查看特征属性：

list-attributes

（从 BLE 调试助手 App 可知，fff1 用于从机发送，fff2 用于从机接收。）

从机发送的特征属性如下：

Characteristic (Handle 0x0000)
        /org/bluez/hci0/dev_78_C3_C4_C4_94_8D/service002f/char0030
        0000fff1-0000-1000-8000-00805f9b34fb
        Unknown

从机接收的特征属性如下：

Characteristic (Handle 0x0000)
        /org/bluez/hci0/dev_78_C3_C4_C4_94_8D/service002f/char0034
        0000fff2-0000-1000-8000-00805f9b34fb
        Unknown

2.3.1.1 主机接收，从机发送

首先选择 fff1。

select-attribute /org/bluez/hci0/dev_78_C3_C4_C4_94_8D/service002f/char0030

接着开启通知（notify）。

notify on

主机接收，从机发送

随后，操作 App，向开发板发送 1 Byte 的 Hex 数据。

主机接收，从机发送 )

主机接收，从机发送

2.3.1.2 主机发送，从机接收

将属性切换并选择为 fff2。

select-attribute /org/bluez/hci0/dev_78_C3_C4_C4_94_8D/service002f/char0034

随后执行 write 操作。

write 0x67

最终，可以在 App 上接收到开发板发送的数据。

主机发送，从机接收

2.3.2 开发板作为从机时

下载示例程序：

**链接：**https://dl.dragonwake.com/download/rv1126b/embedded/Peripheral-Interface-Software-Module-demo/EASY-EAI-Nano-TB-demo.zip

例如，将示例程序下载到“PC\D:”（路径没有指定，用户可选择任意位置）。

之后，将 bluetooth-gatt 文件夹传输到开发板，并在开发板上打开新的终端，编译并运行 gatt-server 服务（用于与主机通信的应用程序）。

开发板作为从机时

再次返回 bluetoothctl，执行以下命令开始蓝牙广播：

advertise on

开发板作为从机时

使用 BLE 调试助手 App 扫描并连接开发板的蓝牙。

开发板作为从机时

2.3.2.1 主机接收，从机发送

通过 BLE 调试助手 App 读取开发板的数据。

主机接收，从机发送

执行上述操作后，开发板上的 gatt-server 会输出以下信息：

主机接收，从机发送

2.3.2.2 主机发送，从机接收

通过 BLE 调试助手 App 向开发板发送数据。

主机发送，从机接收

开发板上的 gatt-server 会接收到以下信息：

主机发送，从机接收