STM32的时钟树解析

linan377 · 发表于 2015-11-12 10:08:57

[/free]STM32的时钟树  |6 `1 R. v7 q0 P) {
      对于广大初次接触STM32的读者朋友（甚至是初次接触ARM器件的读者朋友）来说，在熟悉了开发环境的使用之后，往往“栽倒”在同一个问题上。这问题有个关键字叫：时钟树。
& C6 B& _2 c8 J1 A6 F- @! h: P 众所周知，微控制器（处理器）的运行必须要依赖周期性的时钟脉冲来驱动——往往由一个外部晶体振荡器提供时钟输入为始，最终转换为多个外部设备的周期性运作为末，这种时钟“能量”扩散流动的路径，犹如大树的养分通过主干流向各个分支，因此常称之为“时钟树”。在一些传统的低端8位单片机诸如 51，AVR，PIC等单片机，其也具备自身的一个时钟树系统，但其中的绝大部分是不受用户控制的，亦即在单片机上电后，时钟树就固定在某种不可更改的状态（假设单片机处于正常工作的状态）。比如51单片机使用典型的12MHz晶振作为时钟源，则外设如IO口、定时器、串口等设备的驱动时钟速率便已经是固定的，用户无法将此时钟速率更改，除非更换晶振。
$ k2 l+ ]( Z2 p% u1 G% [       而STM32微控制器的时钟树则是可配置的，其时钟输入源与最终达到外设处的时钟速率不再有固定的关系，本文将来详细解析STM32微控制器的时钟树。图1是STM32微控制器的时钟树，表1是图中各个标号所表示的部件。
4 g- P$ l& c# ]3 t  [  _; q7 f标号          图1标号释义
0 M' |2 h8 d1 t% G1    内部低速振荡器（LSI，40Khz）
+ X6 [4 b2 |  n, p+ U/ Q, _3 ~) x2    外部低速振荡器（LSE，32.768Khz）0 ]& |* f' J/ @$ D
3 外部高速振荡器（HSE，3-25MHz）
/ M9 {& {" D  E: u# Y4 内部高速振荡器（HIS，8MHz）2 ~/ a+ i+ S9 z3 U
5 PLL输入选择位
+ ~' F' z3 B& I, Y  P: F6 RTC时钟选择位
" X) N3 [5 q8 ^' o1 F' n7 PLL1分频数寄存器& k" T2 C" N2 B  S- \
8 PLL1倍频寄存器
+ r7 G5 a* I! v& {% n9 系统时钟选择位
$ ?  h3 D' T  @( x: p10          USB分频寄存器
4 v" b1 q/ {/ V5 |' u& [0 _11          AHB分频寄存器! R- F9 \' N' T# q( E# V# _
12          APB1分频寄存器
0 F1 w4 W& M, B8 N5 a: f" J6 S13          AHB总线4 w5 Q  d" ^4 v8 P! p2 V
14          APB1外设总线
5 j2 q2 ]0 J; U/ y, @15          APB2分频寄存器+ G( ?8 p5 j! H. K  [
16    APB2外设总线
+ y: n( y" E5 ]/ q' y4 `17          ADC预分频寄存器
8 x# t4 \  c! J! C6 y" b18          ADC外设
4 x) n, u) H& u* k" t8 k+ O" V19          PLL2分频数寄存器! m( j3 E4 y% q1 w9 {" ^
20          PLL2倍频寄存器0 w" ?0 B  y# o4 n# {
21          PLL时钟源选择寄存器5 @  @( u8 K. ~% v- a  ~& q
22          独立看门狗设备
7 k. }( F% e5 t% Q% F6 @4 e23    RTC设备3 z- e/ O! K+ N. r7 D; ~
STM32时钟树.jpg! h2 D3 @+ D3 V2 R
图1  STM32的时钟树
* F* x# q% i2 q. Z) e6 k 在认识这颗时钟树之前，首先要明确“主干”和最终的“分支”。假设使用外部8MHz晶振作为STM32的时钟输入源（这也是最常见的一种做法），则这个 8MHz便是“主干”，而“分支”很显然是最终的外部设备比如通用输入输出设备（GPIO）。这样可以轻易找出第一条时钟的“脉络”：
. b: e5 A  }+ \% ]) J" I3——5——7——21——8——9——11——13+ T6 p. ]  Y' A3 N. s
对此条时钟路径做如下解析：0 J) u; z3 \0 Q" }: H
对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；& T" \7 R+ k5 d: D# r! T2 }2 m; k
对于5，通过PLL选择位预先选择后续PLL分支的输入时钟（假设选择外部晶振）；& B) O2 D' O# R" d' g4 `% H# w: i
对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；$ T. s. \# t4 W) i$ Z, \
对于21，选择PLL倍频的时钟源（假设选择经过分频后的外部晶振时钟）；& }, z" d+ O5 L
对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；* o2 U# v1 {6 Z; Y
对于9，选择系统时钟源（假设选择经过PLL倍频所输出的时钟）；
3 `$ G7 v4 V! ?. r2 z" j; S对于11，设置AHB总线分频数（假设1分频）；6 @1 e) R9 m$ P2 A* a
对于13，时钟到达AHB总线；
/ |0 D' b! |; z; _$ n: H在上一章节中所介绍的GPIO外设属于APB2设备，即GPIO的时钟来源于APB2总线，同样在图1中也可以寻获GPIO外设的时钟轨迹：7 {/ r0 O" t) k- t" U  J
3——5——7——21——8——9——11——15——16
& n2 B5 p0 n, F1 {  ?5 p对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
5 Z  g% l& J1 }( Z对于5，通过PLL选择位预先选择后续PLL分支的输入时钟（假设选择外部晶振）；; a; R$ ]/ `5 P7 ^' F
对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；3 f- H! R0 Z. m+ \$ s3 }) L; s
对于21，选择PLL倍频的时钟源（假设选择经过分频后的外部晶振时钟）；
- _( H% v" ~! ~, U: T- h对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
  k- P* X% V5 T对于9，选择系统时钟源（假设选择经过PLL倍频所输出的时钟）；, `; @5 d9 p1 y3 Z( x
对于11，设置AHB总线分频数（假设1分频）；
: j+ @- z' o. C+ T0 Z& v4 s对于15，设置APB2总线分频数（假设1分频）；7 p, }6 U$ K3 L1 w% i
对于16，时钟到达APB2总线；  o4 T! {! ~$ m- I2 Z' ]
现在来计算一下GPIO设备的最大驱动时钟速率（各个条件已在上述要点中假设）：+ P  d' G; z- J% y; R  G
1) 由3所知晶振输入为8MHz，由5——21知PLL的时钟源为经过分频后的外部晶振时钟，并且此分频数为1分频，因此首先得出PLL的时钟源为：8MHz / 1 = 8MHz。9 b. K) \- v* h6 J) v( \7 T
2) 由8、9知PLL倍频数为9，且将PLL倍频后的时钟输出选择为系统时钟，则得出系统时钟为 8MHz * 9 = 72MHz。5 _6 V+ ?$ g+ n% P, a8 h
3) 时钟到达AHB预分频器，由11知时钟经过AHB预分频器之后的速率仍为72MHz。  Y5 l/ a6 z; r0 B! i
4) 时钟到达APB2预分频器，由15经过APB2预分频器后速率仍为72MHz。9 t) |& ]% E6 p3 W" _# W) A0 y0 k8 j
5) 时钟到达APB2总线外设。
" V/ l& M  d( ?0 e7 L: y9 g9 l4 c因此STM32的APB2总线外设，所能达到的最大速率为72MHz。依据以上方法读者可以搜寻出APB1总线外设时钟、RTC外设时钟、独立看门狗等外设时钟的来龙去脉。接下来从程序的角度分析时钟树的设置，程序清单如下：
8 t, }: t( x% S; V$ |/ Cvoid RCC_Configuration(void)7 E, D- h+ L9 ~, ]" {3 B1 E8 Z- F
{
6 O3 e6 A5 P5 R) A! |       ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                    （1）/ L6 Z: `, {4 _; |; b1 N4 v# m. O6 u
      RCC_DeInit();                                                          （2）
8 M4 e8 s& |" O, X, P, Z9 l       RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                 （3）
$ B4 t3 ]+ }7 e+ a0 i" m       HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                   （4）
+ G6 Q+ ]" ^; ~9 q3 ~- Q# c2 }) }& c       if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                              （5）
# l2 U' O  V. I$ B5 w1 T       {# _! j. m! y$ c/ m
                  RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                            （6）
' U4 M; `: D4 J5 g: M                   RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                            （7）0 p" x" a$ U1 \) K: S4 \. L5 j4 B
                  RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                               （8）3 ]6 ]* a& [4 m; F7 y
                  FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                            （9）
6 Z% l5 n6 u( ^8 l8 o                   FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                     （10）
0 Y0 J) W0 k& L                RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                        （11）' ^2 k: s8 M  o
               RCC_PLLCmd(ENABLE);                                     （12）
; A4 N+ |" `  x8 V, X                while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                    （13）' q6 g7 X5 n0 V& `/ k
               RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                             （14）
# |  @' e; N% ]                while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                            （15）9 c0 p1 P' o- q2 d
      }[sub][/sub][sup][/sup][strike][/strike]
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h09721 · 发表于 2018-2-7 08:48:30

dianxingchen · 发表于 2019-3-10 08:37:49

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yggs2103 · 发表于 2019-3-11 08:59:18

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天涯哥 · 发表于 2019-3-11 08:59:47

sen1 · 发表于 2023-2-3 08:46:57

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