下圖是STM32的時鐘樹。從樹上我們可以看到,STM32的時鐘有兩個來源——內部時鐘和外部時鐘。按時鐘頻率來分,又分為高速時鐘和低速時鐘。所以STM32的時鐘有四個來源——高速外部時鐘信號(HSE)、低速外部時鐘信號(LSE)、高速內部時鐘信號(HSI)和低速內部時鐘信號(LSI),圖中分別用藍色的①~④標注。
①HSE高速外部時鐘:由外部4~16MHz的晶體或有源晶振提供,通常采用8MHz,ST三合一板上的也是8MHz。
②LSI低速外部時鐘:外部晶體提供,主要是給實時時鐘(RTC),一般為32.768kHz。
③HSI高速內部時鐘:由內部RC振蕩器產生的8MHz時鐘,但不夠穩定。
④LSI低速內部時鐘:內部RC振蕩器產生的供給RTC的時鐘,頻率在30kHz~60kHz之間,通常約40kHz。
時鐘在STM32內部最終是供給四大塊,圖中用紅色橢圓圈出——USB的48MHz時鐘、系統時鐘SYSCLK、實時時鐘模塊RTC、獨立看門狗的時鐘IWDGCLK。其中最主要的,也是最大頭是系統時鐘SYSCLK,它可以是內部或外部高速時鐘直接接過來,也可以內、外部高速時鐘是PLL倍頻后提供的,系統時鐘再分別供給Cortex內核、SDIO、AHB總線、DMA、APB1、APB2等。
我們通常是采用外部8MHz高速時鐘(HSE),所以著重說HSE。我們以前面的GPIO上的時鐘為例,由ST的Datasheet可知,GPIO是在APB2高速外設總線上的,圖中綠色的線就是時鐘的流程,我們一步步地來看。
8MHz外部晶體(或晶振)輸入后,先經過一個開關PLLXTPRE(HSE divider for PLL entry),此開關決定對HSE進行2分頻再輸入到PLL或直接到PLL。我們選擇不分頻。
這樣時鐘又到了第二個開關PLLSRC(PLL entry clock source),此開關決定PLL的時鐘來源,是內部高速時鐘二分頻的時鐘還是PLLXTPRE的輸出。我們選擇后者,這時的時鐘在進入PLL前還是8MHz,因為在PLLXTPRE我們沒有分頻。
到了PLL倍頻器,由PLLMUL決定倍頻系統數,可以選擇2~16倍頻輸出,但記住,PLL輸出頻率最高72MHz,所以我們選擇9倍頻,這樣PLL輸出就是最高72MHz的PLLCLK時鐘了。這時的PLLCLK為USB提供時鐘。
開關SW來決定SYSCLK的時鐘來源,前面已經提到,這里我們由PLLCLK做為SYSCLK的來源,這樣系統時鐘SYSCLK就是72MHz了。
在供給外設前,先經過AHB預分頻,我們選擇不分頻;在供給GPIO前,還要再經過APB2預分頻,因為APB2為高速外設,所以我們選擇不分頻,這樣GPIO的時鐘就是72MHz了。注意,低速外設APB1最高頻率為36MHz,所以在使用APB1的外設時,要注意設置好分頻系統。還要注意,要使用外設,先要對外設時鐘進行使能,見圖中黃色云形框。這是因為STM32采用了低功耗的設計,對不使用的外設,其時鐘不使能,以達到降低功耗的效果。
時鐘的設置在程序中是怎么來實現的呢?這里我們以前面GPIO的程序來一步步分析。當然,前面的程序是基于ST庫的,其實也就是分析ST的官方庫了。
我們看到main()函數中的第一行代碼是調用了一個函數:
SystemInit();
這個函數是在system_stm32f10x.c中:
void SystemInit (void)
{
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
/* Set HSION bit */
RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
/* Reset HSEBYP bit */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
#ifdef STM32F10X_CL
/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x00FF0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#else
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
#ifdef DATA_IN_ExtSRAM
SystemInit_ExtMemCtl();
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif
/* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
/* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
SetSysClock();
#ifdef VECT_TAB_SRAM
SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#else
SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif
}
我們可以看到,程序前面一系統Reset或Disable,最后調用了(紅色標記出來)
SetSysClock();
SetSysClock()函數也位于system_stm32f10x.c源文件中:
static void SetSysClock(void)
{
#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
SetSysClockToHSE();
#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
SetSysClockTo24();
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
SetSysClockTo36();
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
SetSysClockTo48();
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
SetSysClockTo56();
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
SetSysClockTo72();
#endif
/* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock
source (default after reset) */
}
因為我們使用的是72MHz時鐘,那肯定我們定義了宏SYSCLK_FREQ_72MHz,所以才調用的函數SetSysClockTo72()。我們繼續跟蹤,會發現在源文件開頭,我們的確定義了:
#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000
在SetSysClockTo72()函數中詳細地對72MHz進行設置,這里就不一步步分析。
前面已經提到,在使用外設時,要使能相應的外設時鐘,例如,在使用GPIOB進行流水燈實驗時,程序中調用了下面的庫函數,對外設時鐘進行設置:
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
另外,STM32還可以把時鐘輸出,如圖左下角的咖啡色方框里面,可以由MCO決定,PLL時鐘二分頻或HIS或HSE或系統時鐘作為主時鐘輸出。
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原文標題:STM32學習-時鐘系統
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