7th.关于系统时钟的设置

 言简意赅版本：

开启MPLL

1. 设置LOCKTIME寄存器 （设置锁定时间）
2. 设置MPLLCON寄存器（设置主频与FCLK的关系）
3. 设置CLKDIVN寄存器（设置FCLK,HCLK,UCLK的倍数关系）

 MPLLCON参照官方提供参数配置即可。

 

 

 

详细情况

 

开发板在没有开启时钟前，整个开发板全靠一个12MHz的晶振提供频率来运行，当MPLLCON存入初值，并开始生效后，S3C2440A可以正常工作在400MHz下。开发板的主板上的外设和CPU也有一个频率限度，ARM920T内核的S3C2440的最高正常工作频率如下：

      FCLK：400MHz

      HCLK：100MHz

      PCLK：50MHz

那如何让时钟由12MHZ提高到400MHZ呢？

答案是通过PLL（锁相环）

一、S3C2440上的工作时钟频率

     S3C2440上的高频工作时钟频率有FCLK，HCLK，PCLK，由MPLL产生。USB提供工作频率（48MHZ）由UPLL产生。

     FCLK主要为ARM920T内核提供工作频率，即我们常说的CPU主频。

     HCLK主要为S3C2440 AHB总线（Advanced High performance Bus）上挂接硬件提供工作频率，AHB总线主要挂接有内存，NAND，LCD控制器等硬件，如图1-1所示：

 

      PCLK主要为APB总线提供工作频率，由图1-2所示，APB总线主要挂接UART串口，Watchdog等硬件控制器。

 

FCLK，HCLK，PCLK之间存在一定的关系。

当HDIV=0时，HCLK=FCLK；当HDIV=1时，HCLK=FCLK/2；

当PDIV=0时，PCLK=HCLK；当PDIV=1时，PCLK=HCLK/2；

三者关系通过CLKDIVN寄存器进行设置，S3C2440时钟设置时，还要额外设置CAMDIVN(0X4C000018，照相机时钟分割寄存器)，寄存器如下表，HCLK4_HALF，HCLK3_HALF分别与CAMDIVN[9:8]对应，下表列出了各种时钟比例：

 

 

如果HDIV设置为非0，CPU的总线模式要进行改变，默认情况下FCLK = HCLK，CPU工作在fast bus mode快速总线模式下，HDIV设置为非0后， FCLK与HCLK不再相等，要将CPU改为asynchronous bus mod异步总线模式（S3C2440无同步总线模式），可以通过下面的嵌入汇编代码实现：

__asm{ 

mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0        /* 读取CP15 C1寄存器 */ 

orr r1, r1, #0xc0000000        /* 设置CPU总线模式 */ 

mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0        /* 写回CP15 C1寄存器*/

} 

注意：如果HDIVN不为0，且CPU总线模式为Fast Bus mode,CPU的时钟为HCLK.,这种方式可以用在将CPU频率降低，但是却又不改变HCLK和PCLK.

 

表1-3时钟分频器控制寄存器（CLKDIVN）

寄存器名	地址	是否读写	描述	复位默认值
CLKDIVN	0x4C000014	R/W	时钟分频器控制寄存器	0x00000000

 

CLKDIVN	位	描述	初始值
DIV_UPLL	[3]	UCLK选择寄存器（UCLK必须对USB提供48MHz） 0:UCLK=UPLL clock 1:UCLK=UPLL clock/2	0
HDIVN	[2:1]	00:HCLK = FCLK/1 01:HCLK = FCLK/2 10:HCLK = FCLK/4，当CAMIVN[9]=0 HCLK = FCLK/8，当CAMIVN[9]=1 11: HCLK = FCLK/3，当CAMIVN[8]=0 HCLK = FCLK/6，当CAMIVN[8]=1	0
PDIVN	[0]	0:PCLK是和HCLK/1相同时钟 1：PCLK是和HCLK/2相同时钟	0

表1-4摄像头时钟分频控制寄存器（CAMDIVN）

寄存器名	地址	是否读写	描述	复位默认值
CAMDIVN	0x4C000018	R/W	摄像头时钟分频控制寄存器	0x00000000

 

CAMDIVN	位	描述	初始值
…	…	…	…
HCLK4_HALF	[9]	HDIVN分频因子选择位（当CLKIVN[2:1]位为10b时有效） 0: HCLK=FCLK/4 1: HCLK=FCLK/8	0
HCLK3_HALF	[8]	HDIVN分频因子选择位（当CLKIVN[2:1]位为11b时有效） 0: HCLK=FCLK/3 1: HCLK=FCLK/6	0
…	…	…	…

 

二、MPLL工作过程

       开发板上电后，晶振OSC开始提供晶振时钟，由于系统刚刚上电，电压信号等都还不稳定，这时复位信号（nRESET）拉低，这时MPLL虽然默认启动，但是如果不向MPLLCON中写入值，那么外部晶振则直接作为系统时钟FCLK，过几毫秒后，复位信号上拉，CPU开始取指运行，这时可以通过代码设置启动MPLL，MPLL启动需要一定锁定时间（LockTime），这是因为MPLL输出频率还没有稳定，在这期间FCLK都停止输出，CPU停止工作，过了LockTime后时钟稳定输出，CPU工作在新设置的频率下，这时可以通过设置FCLK，HCLK和PCLK三者的频率比例来产生不同总线上需要的不同频率，下面详细介绍开启MPLL的过程：

l  设置LockTime变频锁定时间

l  设置FCLK与晶振输入频率（Fin）的倍数

l  设置FCLK，HCLK，PCLK三者之间的比例

LockTime变频锁定时间由LOCKTIME寄存器（见下表）来设置，由于变频后开发板所有依赖时钟工作的硬件都需要一小段调整时间，即MPLL设置生效的等待时间。该时间计数通过设置LOCKTIME寄存器[31:16]来设置UPLL（USB时钟锁相环）调整时间，通过设置LOCKTIME寄存器 [15:0]设置MPLL调整时间，这两个调整时间数值一般用其默认值即可。

注意：

       在系统正常工作时，如果要改变FCLK，写入新值到MPLLCON后，系统也会插入一个PLL LOCK TIME,300us后FCLK就变成新的频率。当退出慢时钟模式时，要先启动MPLL，这时，即使从新装载初值，也要有一定的稳定时间LOCKTIME。

 

表2-1变频锁定时间寄存器(LOCKTIME)

寄存器名	地址	是否读写	描述	复位默认值
LOCKTIME	0x4C000000	R/W	变频锁定时间寄存器	0xFFFFFFFF

 

LOCKTIME	位	描述	初始值
U_TIME	[31:16]	UPLL对UCLK的锁定时间值 (U_TIME:300us)	0xFFFF
M_TIME	[15:0]	MPLL对于FCLK，HCLK，PCLK的锁定时间值(M_TIME:300us)	0xFFFF

FCLK与Fin的倍数通过MPLLCON寄存器设置，三者之前有以下关系：

MPLL(FCLK) = (2*m*Fin)/(p*2^s)

其中：m = MDIV + 8, p = PDIV + 2, s = SDIV

当设置完MPLL之后，就会自动进入LockTime变频锁定期间，LockTime之后，MPLL输出稳定时钟频率。

 表2-2MPLL配置寄存器(MPLLCON)

寄存器名	地址	是否读写	描述	复位默认值
MPLLCON	0x4C000004	R/W	MPLL配置寄存器	0x00096030

 

MPLLCON	位	描述	初始值
MDIV	[19:12]	主分频器控制位	0x96
PDIV	[9:4]	预分频器控制位	0x03
SDIV	[1:0]	后分频器控制位	0x0

通过上述算法比较难以找到合适的PLL值，下表给出了官方推荐的一些MPLL参考设置：

   表2-3：