C语言中时钟编程

C语言中时钟编程

1. 文章目的

由于最近在研究RTC，所以需要利用到C语言中的时间函数。本文从x1000的rtc时钟出发，研究C语言中时钟函数的使用与在rtthread中如何设置并且读取rtc时钟。

2.基本概念

2.1 UTC时间

整个地球分为二十四时区，每个时区都有自己的本地时间。在国际无线电通信场合，为了统一起见，使用一个统一的时间，称为通用协调时(UTC, Universal Time Coordinated)。UTC与格林尼治平均时(GMT, Greenwich Mean Time)一样，都与英国伦敦的本地时相同。在本文中，UTC与GMT含义完全相同。

我们可以认为格林威治时间就是时间协调时间（GMT=UTC），格林威治时间和UTC时间均用秒数来计算的。

北京时区是东八区，领先UTC八个小时，在电子邮件信头的Date域记为+0800。如果在电子邮件的信头中有这么一行：

Date: Fri, 08 Nov 2002 09:42:22 +0800

说明信件的发送地的地方时间是二○○二年十一月八号，星期五，早上九点四十二分（二十二秒），这个地方的本地时领先UTC八个小时(+0800，就是东八区时间)。电子邮件信头的Date域使用二十四小时的时钟，而不使用AM和PM来标记上下午。

2.2 UNIX纪元时间

在计算机中看到的UTC时间都是从（1970年01月01日 0:00:00)开始计算秒数的。所看到的UTC时间那就是从1970年这个时间点起到具体时间共有多少秒。这个秒数就是Unix时间戳。

说到UNIX时间不得不提Unix 2038 bug（Jason hatchet bug）：2038年1月19日3时14分07秒，32位元系统的UNIX时间将会被重置。

32位的UNIX系统会以32位二进制数字表示时间，它们最多只能表示至协调世界时间2038年1月19日3时14分07秒（二进制：01111111 11111111 11111111 11111111），在下一秒二进制数字会是10000000 00000000 00000000 00000000，这是负数，因此各系统会把时间误解作1901年12月13日20时45分52秒（亦有说回归到1970年）。这时可能会令软件发生问题，导致系统瘫痪。

目前解决方案是把系统由32位转为64位系统。在64位系统下，此时间最多可以表示到292,277,026,596年12月4日15时30分08秒。

2.3 格林威治时间 (GMT)

格林尼治是英国伦敦南郊原皇家格林尼治天文台所在地，地球本初子午线的标界处，世界计算时间和经度的起点。以其海事历史、作为本初子午线的标准点、以及格林尼治时间以其命名而闻名于世。这里地势险要，风景秀丽，兼具历史和地方风情，也是伦敦在泰晤士河的东方门户。

不光是天文学家使用格林尼治时间，就是在新闻报刊上也经常出现这个名词。我们知道各地都有各地的地方时间。如果对国际上某一重大事情，用地方时间来记录，就会感到复杂不便．而且将来日子一长容易搞错。因此，天文学家就提出一个大家都能接受且又方便的记录方法，那就是以格林尼治的地方时间为标准。

以本初子午线的平子夜起算的平太阳时。又称格林尼治平时或格林尼治时间。各地的地方平时与世界时之差等于该地的地理经度。1960年以前曾作为基本时间计量系统被广泛应用。由于地球自转速率曾被认为是均匀的,因此在1960年以前,世界时被认为是一种均匀时。由于地球自转速度变化的影响，它不是一种均匀的时间系统，它与原子时或力学时都没有任何理论上的关系,只有通过观测才能对它们进行比较。后来世界时先后被历书时和原子时所取代，但在日常生活、天文导航、大地测量和宇宙飞行等方面仍属必需；同时，世界时反映地球自转速率的变化，是地球自转参数之一，仍为天文学和地球物理学的基本资料。

3.时间转换

由于机器时间不是人类能够识别的，所以要讲机器时间转换成大家都能识别的时分秒形式。

下面是一些经常用到的时间函数：

asctime（将时间和日期以字符串格式表示）; ===>传入UTC(struct tm)tmp，返回char*。

ctime（将时间和日期以字符串格式表示）; ===>传入(time_t)arg，返回char*。

gettimeofday（取得目前的时间）; ===>传入(time_t)arg，返回tv，tz结构体传入时间，时区信息。

gmtime（取得目前时间和日期）; ===>传入(time_t)arg，返回UTC(struct tm)tmp。

localtime（取得当地目前时间和日期）; ===>传入time_t，返回当地(struct tm)tmp。

mktime（将时间结构数据转换成经过的秒数）; ===>把(struct tm)tmp转换为UTC(time_t)arg。

settimeofday（设置目前时间）; ===>通过tv，tz结构体传入时间，时区信息。

time（取得目前的时间）; ===>非空参数（或返回值）接收(time_t)arg。

×××注1：char*是字符串时间格式。如：Sat Oct 28 02:10:06 2000。

×××注2：time_t是time()的返回值类型，(time_t)arg指从1970年到所指时间的秒数。

×××注3：struct tm为真实世界的表示时间方式，(struct tm)tmp是指向tm的时间。

×××注4：UTC,指标准时间。简单的讲，就是0时区的时间标准。

3.1 asctime函数

将时间和日期以字符串格式表示。

asctime()将参数time ptr所指的tm结构中的信息转换成真实世界所使用的时间日期表示方法，然后将结果以字符串形态返回。此函数已经由时区转换成当地时间，字符串格式为:“Wed Jun 30 21:49:08 1993\n”

time_t timep;

time (&timep);

printf(“%s”,asctime(gmtime(&timep)));

打印出来的效果如下，打印出来的是格林威治时间：

Tue Mar 6 08:47:11 2018

3.2 ctime函数

将时间和日期以字符串格式进行表示。

该函数会将time_t类型的数据转换成真是世界所使用的时钟,结果将以字符串形态返回。

time_t timep;

time (&timep);

printf(“%s”,asctime(gmtime(&timep)));

得到的结果是本地时间：

Tue Mar 6 16:55:23 2018

3.3 gettimeofday函数

取得目前的时间

用C语言编写程序需要获得当前精确时间（1970年1月1日到现在的时间），或者为执行计时，可以使用gettimeofday()函数。

函数的原型

int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz )

其参数tv是保存获取时间结果的结构体，参数tz用于保存时区结果：

struct timezone{

int tz_minuteswest;/*格林威治时间往西方的时差*/

int tz_dsttime;/*DST 时间的修正方式*/

}

timezone 参数若不使用则传入NULL即可。

而结构体timeval的定义为：

struct timeval{

long int tv_sec; // 秒数

long int tv_usec; // 微秒数

}

3.4 gmtime函数

将机器时间转换成格林威治时间的方法。然后将结果由结构tm返回。

函数的原型为：

struct tm*gmtime(const time_t*timep);

结构tm的定义为

struct tm {

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;

};

int tm_sec 代表目前秒数，正常范围为0-59，但允许至61秒

int tm_min 代表目前分数，范围0-59

int tm_hour 从午夜算起的时数，范围为0-23

int tm_mday 目前月份的日数，范围01-31

int tm_mon 代表目前月份，从一月算起，范围从0-11

int tm_year 从1900 年算起至今的年数

int tm_wday 一星期的日数，从星期一算起，范围为0-6

int tm_yday 从今年1月1日算起至今的天数，范围为0-365

int tm_isdst 日光节约时间的旗标

此函数返回的时间日期未经时区转换，而是UTC时间。

3.5 localtime函数

取得当地时间和日期。该函数的返回结果也是由tm结构体返回。该函数的参数与返回值与gmtime函数不一样的地方就是该函数返回的是当地时间。

3.6 mktime函数

将时间结构数据转换成经过的秒数，mktime()用来将参数timeptr所指的tm结构数据转换成从公元1970年1月1日0时0分0 秒算起至今的UTC时间所经过的秒数。

函数原型：

time_t mktime(strcut tm * timeptr);

基本的使用效果：

time_t timep;

strcut tm *p;

time(&timep);

printf(“time() : %d \n”,timep);

p=localtime(&timep);

timep = mktime(p);

printf(“time()->localtime()->mktime():%d\n”,timep);

简单的说，该函数的作用就是用来将strcut tm结构体转换成timep类型的数据。

3.7 settimeofday函数

设置系统时钟

 int settimeofday ( const struct timeval *tv,const struct timezone *tz);

settimeofday()会把目前时间设成由tv所指的结构信息，当地时区信息则设成tz所指的结构。详细的说明请参考gettimeofday()。注意，只有root权限才能使用此函数修改时间。

3.8 time函数

取得目前的时间，此函数会返回从公元1970年1月1日的UTC时间从0时0分0秒算起到现在所经过的秒数。如果t 并非空指针的话，此函数也会将返回值存到t指针所指的内存。

函数原型：

int seconds= time((time_t*)NULL);

4.总结

本次实验主要分析有关c语言时钟编程的函数，为后面写rtc函数打下基础。