[stm32]时钟树

概述

在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。 其实是四个时钟源，如下图所示（灰蓝色），PLL是由锁相环电路倍频得到PLL时钟。

　　1. HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHz。
　　2. HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~16MHz。
　　3. LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为40kHz。
　　4. LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。
　　5. PLL为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。

说明

• 其中40kHz的LSI供独立看门狗IWDG使用，另外它还可以被选择为实时时钟RTC的时钟源。另外，实时时钟RTC的时钟源还可以选择LSE，或者是HSE的128分频。RTC的时钟源通过RTCSEL[1:0]来选择。

• STM32中有一个全速功能的USB模块，其串行接口引擎需要一个频率为48MHz的时钟源。该时钟源只能从PLL输出端获取，可以选择为1.5分频或者1分频，也就是，当需要使用USB模块时，PLL必须使能，并且时钟频率配置为48MHz或72MHz。

• 另外，STM32还可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上，可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。

• 系统时钟SYSCLK，它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为PLL输出、HSI或者HSE。系统时钟最大频率为72MHz，它通过AHB分频器分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：
  　　1.送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
  　　2. 通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。
  　　3. 直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK。
  　　4. 送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB1外设使用(PCLK1，最大频率36MHz)，另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2、3、4使用。
  　　5. 送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB2外设使用(PCLK2，最大频率72MHz)，另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器1使用。另外，APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用，分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。

在以上的时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等等。当需要使用某模块时，记得一定要先使能对应的时钟

• 需要注意的是定时器的倍频器，当APB的分频为1时，它的倍频值为1，否则它的倍频值就为2。

• 连接在APB1(低速外设)上的设备有：

  1. 电源接口
  2. 备份接口
  3. CAN
  4. USB
  5. I2C1
  6. I2C2
  7. UART2
  8. UART3
  9. SPI2
  10. 窗口看门狗
  11. Timer2
  12. Timer3
  13. Timer4

注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号，但它应该不是供USB模块工作的时钟，而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。

• 连接在APB2(高速外设)上的设备有：
  1. UART1
  2. SPI1
  3. Timer1
  4. ADC1
  5. ADC2
  6. 所有普通IO口(PA~PE)
  7. 第二功能IO口。

设置

由于时钟是一个由内而外的东西，具体设置要从寄存器开始。RCC 寄存器结构，RCC_TypeDeff，在文件“stm32f10x.h”中定义如下： （v3.4库）1059行->1081行。

    typedef struct
    {
      __IO uint32_t CR;
      __IO uint32_t CFGR;
      __IO uint32_t CIR;
      __IO uint32_t APB2RSTR;
      __IO uint32_t APB1RSTR;
      __IO uint32_t AHBENR;
      __IO uint32_t APB2ENR;
      __IO uint32_t APB1ENR;
      __IO uint32_t BDCR;
      __IO uint32_t CSR;

    #ifdef STM32F10X_CL
      __IO uint32_t AHBRSTR;
      __IO uint32_t CFGR2;
    #endif /* STM32F10X_CL */

    #if defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || defined (STM32F10X_HD_VL)
      uint32_t RESERVED0;
      __IO uint32_t CFGR2;
    #endif /* STM32F10X_LD_VL || STM32F10X_MD_VL || STM32F10X_HD_VL */
    } RCC_TypeDef;

一般板子上只有8Mhz的晶振，而增强型最高工作频率为72Mhz，显然需要用PLL倍频9倍，这些设置都需要在初始化阶段完成。

使用HSE时钟，程序设置时钟参数流程：

1. 将RCC寄存器重新设置为默认值 RCC_DeInit;
2. 打开外部高速时钟晶振HSE RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
3. 等待外部高速时钟晶振工作 HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
4. 设置AHB时钟 RCC_HCLKConfig;
5. 设置高速AHB时钟 RCC_PCLK2Config;
6. 设置低速速AHB时钟 RCC_PCLK1Config;
7. 设置PLL RCC_PLLConfig;
8. 打开PLL RCC_PLLCmd(ENABLE);
9. 等待PLL工作 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
10. 设置系统时钟 RCC_SYSCLKConfig;
11. 判断是否PLL是系统时钟 while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
12. 打开要使用的外设时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

为了方便说明，借用一下例程的RCC设置函数，并用中文注释的形式加以说明：

static void RCC_Config(void)
{
    /* 这里是重置了RCC的设置，类似寄存器复位 */
    RCC_DeInit();
    /* 使能外部高速晶振 */
    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
    /* 等待高速晶振稳定 */
    HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
    
    if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
    {
        /* 使能flash预读取缓冲区 */
        FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
        
        /* 令Flash处于等待状态，2是针对高频时钟的，这两句跟RCC没直接关系，可以暂且略过 */
        FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
        
        /* HCLK = SYSCLK 设置高速总线时钟=系统时钟*/
        RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
        
        /* PCLK2 = HCLK 设置低速总线2时钟=高速总线时钟*/
        RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
        
        /* PCLK1 = HCLK/2 设置低速总线1的时钟=高速时钟的二分频*/
        RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
        
        /* ADCCLK = PCLK2/6 设置ADC外设时钟=低速总线2时钟的六分频*/
        RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
        
        /* Set PLL clock output to 72MHz using HSE (8MHz) as entry clock */
        //这句很关键
        /* 利用锁相环讲外部8Mhz晶振9倍频到72Mhz */
        RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);
        
        /* Enable PLL 使能锁相环*/
        RCC_PLLCmd(ENABLE);
        
        /* Wait till PLL is ready 等待锁相环输出稳定*/
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
        {}
        
        /* Select PLL as system clock source 将锁相环输出设置为系统时钟 */
        RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
        
        /* Wait till PLL is used as system clock source 等待校验成功*/
        while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
        {}
    }
    
    /* Enable FSMC, GPIOD, GPIOE, GPIOF, GPIOG and AFIO clocks */
    //使能外围接口总线时钟，注意各外设的隶属情况，不同芯片的分配不同，到时候查手册就可以
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_FSMC, ENABLE);
    
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOD | RCC_APB2Periph_GPIOE |
                             RCC_APB2Periph_GPIOF | RCC_APB2Periph_GPIOG |
                             RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
}

由上述程序可以看出系统时钟的设定是比较复杂的，外设越多，需要考虑的因素就越多。同时这种设定也是有规律可循的，设定参数也是有顺序规范的，这是应用中应当注意的，例如PLL的设定需要在使能之前，一旦PLL使能后参数不可更改。
经过此番设置后，由于我的电路板上是8Mhz晶振，所以系统时钟为72Mhz，高速总线和低速总线2都为72Mhz，低速总线1为36Mhz，ADC时钟为12Mhz，USB时钟经过1.5分频设置就可以实现48Mhz的数据传输。
一般性的时钟设置需要先考虑系统时钟的来源，是内部RC还是外部晶振还是外部的振荡器，是否需要PLL。然后考虑内部总线和外部总线，最后考虑外设的时钟信号。遵从先倍频作为CPU时钟，然后在由内向外分频，下级迁就上级的原则有点儿类似PCB制图的规范化要求，在这里也一样