STM32F103ZET6的时钟系统RCC配置

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 12:36

家人们，今天分析了一下手头ZET6开发板的时钟配置过程，记录一下下：根据正点原子的《库函数开发指南》，时钟系统可以用时钟树来表示：

一共有HSE（高速外部时钟4-16M，正点原子开发板是8M）、HSI（内部高速时钟8M）、LSE（低速外部时钟32.768kHz）、LSI（内部低速时钟40kHz）四个时钟源。

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 12:38

一般大多数外设都需要用到System时钟，而System时钟（以下称SYSCLK）的时钟源只能是高速时钟（HSE、HSI）。注意PLL锁相环在时钟系统里主要起到倍频的功能。

正点原子的STM32F103ZET6开发板用到的时钟系统是：

HSE（8M）---> PLLXTPRE不分频（8M） ---> PLL9倍频（72M） ---> SYSTEM（72M） ---> AHB不分频（72M） ---> APB1 2分频（36M）【定时器2-7 2倍频（72M）】

---> APB2 不分频(72M) 【定时器1和8不倍频（72M）】、ADC（MAX = 14M）等等

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 12:50

下面浅要分析单片机开机以后时钟系统初始化的过程：

根据start_up启动文件可以看到，STM32在开机的时候会先进行SystemInit初始化，再进入到main中，SystemInit初始化就是用来处理系统时钟的

这里主要用到了三个寄存器：RCC_CR、 RCC_CFGR、 RCC_CIR

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 12:51

RCC_CR寄存器：

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 12:54

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 12:59

从表格可以看出，CR寄存器包括3个PLL使能位（PLLxON）以及对应PLL的就绪标志位（只读）、时钟安全系统使能位（CSSON）印象中好像是用来监听HSE的、外部高速时钟旁路HSEBYP、外部高速时钟就绪标志位（HSERDY）（只读）、外部高速时钟使能（HSEON）、八位的内部高速时钟调整（数值好像跟厂商有关？）、内部高速时钟调整（HSITRIM）、内部高速时钟就绪标志位（HSIRDY）、内部高速时钟使能（HSION）

CR寄存器的default值为0x0000 XX83，二进制表示为0000 0000 0000 0000 XXXX XXXX XXXX XXXX 1000 0011

含义：3个PLL均关闭，外部高速振荡器不旁路，不监听，HSE关闭，使能HSI

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:02

RCC_CFGR寄存器：

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:09

RCC_CFGR寄存器用来配置：MCO输出的时钟信号、OTG预分频（用于确定USB时钟源，保证其获得48M时钟）、PLL倍频系数、PLLXTPRE分频系数、PLL输入时钟源（PLLSRC）、ADC预分频、APB2预分频系数、APB1预分频系数、AHB预分频系数、系统时钟指示位【只读】（SWS）、系统时钟切换（SW）

RCC_CFGR的default值为0x00，含义为：MCO默认没有输出，USB时钟由PLL 2倍/3（所以要保证PLL为72M），PLL默认不倍频、PLLXTPRE不分频、PLLSRC默认选择HSI的2分频、ADC时钟为PCLK 2分频，HCLK（AHB）不分频、APB1|2不分频

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:10

CIR寄存器：

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:12

CIR的默认值为0x00，该寄存器用于使能RCC相应中断和储存一些中断标志位。

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:13

注意，我们在新建工程的时候在工程选项卡中添加了宏定义：

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:26

代码存在于stm32f10x_rcc.c的SystemInit（）函数体中
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;

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:29

CR的bit0置1，CFGR寄存器为在和0xF8FF0000相与后依然是0x00，CR寄存器的bit24（PLLON）清零（PLL关闭），CSSON（bit19）清零（关闭监听）、HSEON（bit16）清零（关闭HSE）、HSEBYP（bit18）清零（HSE不旁路）
#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; //清除所有中断标志位、禁止所有时钟中断源

/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000; //不分频、不倍频，系统时钟作为I2Sx时钟源
#else
/* Disable all interrupts and clear pending bits*/
RCC->CIR = 0x009F0000;

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:29

由于宏定义的判断，我们这段代码只会执行最后一句: RCC -> CIR = 0x009F0000；

结果是bit23（CSSC）、bit20（PLLRDYC）、bit19-16置1，其他位置0

含义为：清除CSSF安全中断系统中断标志位，清除PLL就绪中断标志位，清除HSE、HSI、LSE、LSI中断标志位，关闭3个PLL中断，关闭HSE、HSI、LSE、LSI中断等等还有什么上锁导致的中断？？这里不太明白≧ ﹏ ≦

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:33

小结一下，以上的步骤都是先关闭了外部高速时钟，先使用内部高速时钟“助力”，关闭中断并清除标志位，关闭PLL，之后再运行这句代码：
SetSysClock();

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:34

此函数的函数定义存在于文件system_stm32f10x.c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

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:55

注意在官方库函数中，定义了System时钟为72MHz，如果后期工程需要修改，则选择相应的时钟即可！

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:56

所以在函数定义中只会运行SetSysClockTo72（）函数，该函数的功能是启动HSE，并且配置相应的AHB、APB等，并保证系统安全运行在72MHz频率下
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz

static void SetSysClockTo72(void)
{
__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;

/* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/
/* Enable HSE */
RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);// RCC_CR_HSEON = 0x01, 使能HSEON位

/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
do //等待HSE就绪
{
HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY; //RCC_CR_HSERDY = 0x00020000 HSERDY就绪标志位
StartUpCounter++;
} while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));

if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET) //do-while 之后用if 条件判断，保证结果正确
{
HSEStatus = (uint32_t)0x01; //合法标识
}
else
{
HSEStatus = (uint32_t)0x00; //HSEStatus除了0x00020000之外的非零非法值（比如0x20000）
}

if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
{
/* Enable Prefetch Buffer */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE; //预取值缓存，CPU从FLASH缓存器中读取数据

/* Flash 2 wait state */
FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;

/* HCLK = SYSCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1; //AHP不分频
// RCC_CFGR_HPRE_DIV1 = 0x00000000 , CFGR的HPRE = 0000
/* PCLK2 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1; //APB2 不分频
//RCC_CFGR_PPRE2_DIV1 = 0x00000000, CFGR的PPRE2 = 000
/* PCLK1 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2; //APB1 2分频
//RCC_CFGR_PPRE1_DIV2 = 0x00000400 , CFGR的PPRE1 = 100
/* 以下代码不运行
#ifdef STM32F10X_CL
/* Configure PLLs ------------------------------------------------------*/
/* PLL2 configuration: PLL2CLK = (HSE / 5) * 8 = 40 MHz */
/* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLL2 / 5 = 8 MHz */

RCC->CFGR2 &= (uint32_t)~(RCC_CFGR2_PREDIV2 | RCC_CFGR2_PLL2MUL |
                           RCC_CFGR2_PREDIV1 | RCC_CFGR2_PREDIV1SRC);
//
RCC->CFGR2 |= (uint32_t)(RCC_CFGR2_PREDIV2_DIV5 | RCC_CFGR2_PLL2MUL8 |
                        RCC_CFGR2_PREDIV1SRC_PLL2 | RCC_CFGR2_PREDIV1_DIV5);
/* Enable PLL2 */
RCC->CR |= RCC_CR_PLL2ON;
/* Wait till PLL2 is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLL2RDY) == 0)
{
}

/* PLL configuration: PLLCLK = PREDIV1 * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLMULL);
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 |
                        RCC_CFGR_PLLMULL9);
以上代码不运行*/
#else
/*PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */ //PLL选择 9倍频，此时HSE已经作为其时钟源
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
                                    RCC_CFGR_PLLMULL));
// CFGR = 0x00000000 ,目的是将CFGR的bit21-bit16清零，然而CFGR再刚开机的时候就是0x00..
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
// CFGR = 0000 0000 0001 1101 0000 0000，CFGR的 PLLMUL = 0111 ，九倍频输出
// bit = 01 , PREDIV1作为PLL输入时钟，就是HSE作为PLL输入！
#endif /* STM32F10X_CL */

/* Enable PLL */
RCC->CR |= RCC_CR_PLLON; //使能PLL

/* Wait till PLL is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0) //等待PLL稳定
{
}

/* Select PLL as system clock source */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW)); //PLL作为系统时钟源
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;
// 操作类似配置PLLMUL以及PLLSRC
/* Wait till PLL is used as system clock source */
while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08) //SFGR->SWS位作为系统时钟源的指示，read-only。用于判断！
{
}
}
else
{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock
      configuration. User can add here some code to deal with this error */
}
}
#endif

烟雨蒙蒙520 发表于 2023-1-26 13:58

综上所述，STM32时钟的配置过程为：

先默认使用内部高速时钟，关闭PLL，并且关闭所有中断并清除相应的中断标志位，等待系统稳定以后再打开外部高速时钟，并且配置SYSCLK的时钟源为PLL，AHB不分频，PLL为HSE的9倍频！

51xlf 发表于 2023-2-2 14:40

STM32的时钟到底如何配置?

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STM32F103ZET6的时钟系统RCC配置