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system_time.rst

File metadata and controls

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系统时间

:link_to_translation:`en:[English]`

{IDF_TARGET_RTC_CLK_FRE:default="未更新", esp32="150 kHz", esp32s2="90 kHz", esp32s3="136 kHz", esp32c3="136 kHz", esp32c2="136 kHz", esp32c6="150 kHz", esp32h2="150 kHz"} {IDF_TARGET_INT_OSC_FRE:default="未更新", esp32="8.5 MHz", esp32s2="8.5 MHz", esp32s3="17.5 MHz", esp32c3="17.5 MHz", esp32c2="17.5 MHz", esp32c6="20 MHz"} {IDF_TARGET_INT_OSC_FRE_DIVIDED:default="未更新", esp32="~33 kHz", esp32s2="~33 kHz", esp32s3="~68 kHz", esp32c3="~68 kHz", esp32c2="~68 kHz"} {IDF_TARGET_EXT_CRYSTAL_PIN:default="未更新", esp32="32K_XP 和 32K_XN", esp32s2="XTAL_32K_P 和 XTAL_32K_N", esp32s3="XTAL_32K_P 和 XTAL_32K_N", esp32c3="XTAL_32K_P 和 XTAL_32K_N", esp32c6="XTAL_32K_P 和 XTAL_32K_N", esp32h2="XTAL_32K_P 和 XTAL_32K_N"} {IDF_TARGET_EXT_OSC_PIN:default="未更新", esp32="32K_XN", esp32s2="XTAL_32K_P", esp32s3="XTAL_32K_P", esp32c3="XTAL_32K_P", esp32c2="GPIO0", esp32c6="XTAL_32K_P"} {IDF_TARGET_HARDWARE_DESIGN_URL:default="未更新", esp32="ESP32 硬件设计指南", esp32s2="ESP32-S2 硬件设计指南", esp32s3="ESP32-S3 硬件设计指南", esp32c3="ESP32-C3 硬件设计指南", esp32c2="ESP8684 硬件设计指南", esp32c6="ESP32-C6 硬件设计指南", esp32h2="ESP32-H2 硬件设计指南"}

概述

{IDF_TARGET_NAME} 使用两种硬件时钟源建立和保持系统时间。根据应用目的及对系统时间的精度要求，既可以仅使用其中一种时钟源，也可以同时使用两种时钟源。这两种硬件时钟源为：

  • RTC 定时器：RTC 定时器在任何睡眠模式下及在任何复位后均可保持系统时间（上电复位除外，因为上电复位会重置 RTC 定时器）。时钟频率偏差取决于 RTC 定时器时钟源，该偏差只会在睡眠模式下影响时间精度。睡眠模式下，时间分辨率为 6.667 μs。
  • 高分辨率定时器：高分辨率定时器在睡眠模式下及在复位后不可用，但其时间精度更高。该定时器使用 APB_CLK 时钟源（通常为 80 MHz），时钟频率偏差小于 ±10 ppm，时间分辨率为 1 μs。

可供选择的硬件时钟源组合如下所示：

  • RTC 和高分辨率定时器（默认）
  • RTC
  • 高分辨率定时器
  • 无

默认时钟源的时间精度最高，建议使用该配置。此外，用户也可以通过配置选项 :ref:`CONFIG_NEWLIB_TIME_SYSCALL` 来选择其他时钟源。

RTC 定时器时钟源

RTC 定时器有以下时钟源：

.. list::

    - ``内置 {IDF_TARGET_RTC_CLK_FRE} RC 振荡器`` （默认）：Deep-sleep 模式下电流消耗最低，不依赖任何外部元件。但由于温度波动会影响该时钟源的频率稳定性，在 Deep-sleep 和 Light-sleep 模式下都有可能发生时间偏移。

    :not esp32c2: - ``外置 32 kHz 晶振``：需要将一个 32 kHz 晶振连接到 {IDF_TARGET_EXT_CRYSTAL_PIN} 管脚。频率稳定性更高，但在 Deep-sleep 模式下电流消耗略高（比默认模式高 1 μA）。

    - ``管脚 {IDF_TARGET_EXT_OSC_PIN} 外置 32 kHz 振荡器``：允许使用由外部电路产生的 32 kHz 时钟。外部时钟信号必须连接到管脚 {IDF_TARGET_EXT_OSC_PIN}。正弦波信号的振幅应小于 1.2 V，方波信号的振幅应小于 1 V。正常模式下，电压范围应为 0.1 < Vcm < 0.5 xVamp，其中 Vamp 代表信号振幅。使用此时钟源时，管脚 {IDF_TARGET_EXT_OSC_PIN} 无法用作 GPIO 管脚。

    :not esp32c6 and not esp32h2: - ``内置 {IDF_TARGET_INT_OSC_FRE} 振荡器的 256 分频时钟 ({IDF_TARGET_INT_OSC_FRE_DIVIDED})``：频率稳定性优于 ``内置 {IDF_TARGET_RTC_CLK_FRE} RC 振荡器``，同样无需外部元件，但 Deep-sleep 模式下电流消耗更高（比默认模式高 5 μA）。

    :esp32c6 or esp32h2: - ``内置 32 kHz RC 振荡器``

时钟源的选择取决于系统时间精度要求和睡眠模式下的功耗要求。要修改 RTC 时钟源，请在项目配置中设置 :ref:`CONFIG_RTC_CLK_SRC`。

想要了解外置晶振或外置振荡器的更多布线要求，请参考 {IDF_TARGET_HARDWARE_DESIGN_URL}。

获取当前时间

要获取当前时间，请使用 POSIX 函数 gettimeofday()。此外，您也可以使用以下标准 C 库函数来获取时间并对其进行操作：

gettimeofday
time
asctime
clock
ctime
difftime
gmtime
localtime
mktime
strftime
adjtime*

如需立即更新当前时间，并暂停平滑时间校正，请使用 POSIX 函数 settimeofday()。

若要求时间的分辨率为 1 s，请使用以下代码片段：

time_t now;
char strftime_buf[64];
struct tm timeinfo;

time(&now);
// 将时区设置为中国标准时间
setenv("TZ", "CST-8", 1);
tzset();

localtime_r(&now, &timeinfo);
strftime(strftime_buf, sizeof(strftime_buf), "%c", &timeinfo);
ESP_LOGI(TAG, "The current date/time in Shanghai is: %s", strftime_buf);

若要求时间的分辨率为 1 μs，请使用以下代码片段：

struct timeval tv_now;
gettimeofday(&tv_now, NULL);
int64_t time_us = (int64_t)tv_now.tv_sec * 1000000L + (int64_t)tv_now.tv_usec;

SNTP 时间同步

要设置当前时间，可以使用 POSIX 函数 settimeofday() 和 adjtime()。lwIP 中的 SNTP 库会在收到 NTP 服务器的响应报文后，调用这两个函数以更新当前的系统时间。当然，用户可以在 lwIP SNTP 库之外独立地使用这两个函数。

包括 SNTP 函数在内的一些 lwIP API 并非线程安全，因此建议在与 SNTP 模块交互时使用 :doc:`esp_netif component <../network/esp_netif>`。

要初始化特定的 SNTP 服务器并启动 SNTP 服务，只需创建有特定服务器名称的默认 SNTP 服务器配置，然后调用 :cpp:func:`esp_netif_sntp_init()` 注册该服务器并启动 SNTP 服务。

esp_sntp_config_t config = ESP_NETIF_SNTP_DEFAULT_CONFIG("pool.ntp.org");
esp_netif_sntp_init(&config);

一旦收到 SNTP 服务器的响应，此代码会自动执行时间同步。有时等待时间同步很有意义，调用 :cpp:func:`esp_netif_sntp_sync_wait()` 可实现此目的：

if (esp_netif_sntp_sync_wait(pdMS_TO_TICKS(10000)) != ESP_OK) {
    printf("Failed to update system time within 10s timeout");
}

要配置多个 NTP 服务器（或使用更高级的设置，例如 DHCP 提供的 NTP 服务器），请参考 :doc:`esp_netif <../network/esp_netif>` 文档 :ref:`esp_netif-sntp-api` 中的详细说明。

lwIP SNTP 库可在下列任一同步模式下工作：

如要选择 :cpp:enumerator:`SNTP_SYNC_MODE_SMOOTH` 模式，请将 SNTP 配置结构体中的 :cpp:member:`esp_sntp_config::smooth` 设置为 true，否则将默认使用 :cpp:enumerator:`SNTP_SYNC_MODE_IMMED` 模式。

设置时间同步时的回调函数，请使用配置结构体中的 :cpp:member:`esp_sntp_config::sync_cb` 字段。

添加此初始化代码后，应用程序将定期同步时间。时间同步周期由 :ref:`CONFIG_LWIP_SNTP_UPDATE_DELAY` 设置（默认为一小时）。如需修改，请在项目配置中设置 :ref:`CONFIG_LWIP_SNTP_UPDATE_DELAY`。

如需查看示例代码，请前往 :example:`protocols/sntp` 目录。该目录下的示例展示了如何基于 lwIP SNTP 库实现时间同步。

您也可以直接使用 lwIP API，但请务必注意线程安全。线程安全的 API 如下：

时区

要设置本地时区，请使用以下 POSIX 函数：

  1. 调用 setenv()，将 TZ 环境变量根据设备位置设置为正确的值。时间字符串的格式与 GNU libc 文档 中描述的相同（但实现方式不同）。
  2. 调用 tzset()，为新的时区更新 C 库的运行数据。

完成上述步骤后，请调用标准 C 库函数 localtime()。该函数将返回排除时区偏差和夏令时干扰后的准确本地时间。

2036 年和 2038 年溢出问题

SNTP/NTP 2036 年溢出问题

SNTP/NTP 时间戳为 64 位无符号定点数，其中前 32 位表示整数部分，后 32 位表示小数部分。该 64 位无符号定点数代表从 1900 年 1 月 1 日 00:00 起经过的秒数，因此 SNTP/NTP 时间将在 2036 年溢出。

为了解决这一问题，可以使用整数部分的 MSB（惯例为位 0）来表示 1968 年到 2104 年之间的时间范围（查看 RFC2030 了解更多信息），这一惯例将使得 SNTP/NTP 时间戳的生命周期延长。该惯例会在 lwIP 库的 SNTP 模块中实现，因此 ESP-IDF 中 SNTP 相关功能在 2104 年之前能够经受住时间的考验。

Unix 时间 2038 年溢出问题

Unix 时间（类型 time_t）此前为有符号的 32 位整数，因此将于 2038 年溢出（即 Y2K38 问题）。为了解决 Y2K38 问题，ESP-IDF 从 v5.0 版本起开始使用有符号的 64 位整数来表示 time_t，从而将 time_t 溢出推迟 2920 亿年。

API 参考

.. include-build-file:: inc/esp_sntp.inc