STM32时钟控制RCC探究

只看该作者 · 2016-8-10 20:05

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。

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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。

只看该作者 · 2016-8-10 20:06

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：电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、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：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。

对于单片机系统来说，CPU和总线以及外设的时钟设置是非常重要的，因为没有时钟就没有时序。

只看该作者 · 2016-8-10 20:07

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

只看该作者 · 2016-8-10 20:09

STM32固件库V3.3.0的CMSIS文件简析
STM32的V3.3.0库，内有CMSIS的文件夹为arm Cortex微控制器软件接口标准，现在将我实际工作中的作一个简要分析：    1.选择启动文件：根据自己所用的芯片的型号，选择正确的启动文件。这个根据数据手册上的划分。例如STM32F101VBT6，就选择startup_stm32f10x_md.s，在这个文件里，首选要定义自已的堆和栈的大小，这个根据自已的需要确定。文件中已经定义好了中断向量的位置及堆和栈的初始化操作。
         Reset_Handler PROC
               EXPORT  Reset_Handler          [WEAK]
   IMPORT  __main
   IMPORT  SystemInit
               LDR    R0, =SystemInit
               BLX    R0
               LDR    R0, =__main
               BX    R0
               ENDP
从上面这段文字中，可以看到，在系统复位后，先执行SystemInit()，再进入main()函数。SystemInit()在文件system_stm32f10x.c中定义，我们稍后再说。
2.stm32f10x.h：这个头文件包含了STM32的大部份定义：
   a.定义芯片的类型，如#define STM32F10x_MD
   b.定义是否包含标准库，#define USE_STDPERIPH_DRIVER
   c.定义外部振荡器频率，#define HSE_VALUE
   上面三个定义，建议在main.c文件中刚开始就定义好，或者是在编译器选项中定义好，  这样就可以不修改这个文件了。
      d.定义中断号
      e.包含 core_cm3.h，system_stm32f10x.h
      f.定义数据类型，u8，s8等为了兼容以前的库所定义的数据，建议程序中用标准的uint8_t这样的类型。此外还定义了bool，FlagStatus，alStatus及ErrorStatus
      g.定义外设结构体，地址及用到的数据常量。
      h.包含stm32f10x_conf.h来配置外设
      i.定义位操作的宏
3.system_stm32f10x.h和.c，这两个文件中：
   a.定义一个全局变量 uint32_t SystemCoreClock: 系统时钟频率与你选择有关
   b.SystemInit():这个函数就是启动文件中调用的函数
      (1) 在system_stm32f10x.c的开始部份，选择相关的系统时钟频率，
         如#define  SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
      (2) 通过SystemInit()函数，就将SYSCLK = HCLK = PCLK1=PCLK2=PLL输出24MHz。注意：这个频率为HSE为8MHz时为条件，如果HSE不为8MHz或用HSI时，就会有问题。
   c.SystemCoreClockUpdate()：更新SystemCoreClock的值，与系统频率一致。
   可能看到，这个文件中的RCC设置很有局限性，所以在程序中，可以不用它，而用标准库存中的stm32f10x_rcc中的函数进行设置。
  4.stm32f10x_conf.h
   a.配置需要的标准外设库，需要用到的外设，把相应头文件包含进去就可以。
   b.定义assert_Param的模式，选择#define USE_FULL_ASSERT时，断言输出问题所在的位置，在调试时很有用，在正式版本时，把它注释掉即可。
5.core_cm3：与CM3内核相关的操作，重点如下：
   a. 在MDK中，开总中断：__enable_irq(); 关总中断：__disable_irq();
   b. 中断处理程序：
      (1) NVIC_SetPriorityGrouping(uint32_t PriorityGroup);
            设置中断组，这里的值只能是0~7，在STM32中，只能用8位中的前4位来设置组，可以分为两部份：抢占优先级和亚优先级。这个数值就是亚优先级开始的位。它前面的位是抢占式优先级的位。例如：NVIC_SetPriorityGrouping(5)，那么D7，D6表示抢占式优先级（0~3），D5，D4表示亚优先级（0~3）。优先级数值越小，优先级越高。抢占式优先级高的中断可以打断抢占式优先级低的中断。抢占式优先级相同，亚优先级不同的两个中断，如果同时到来，先执行亚优先级高的中断，再执行亚优先级低的中断，但不能打断。
      (2) NVIC_EnableIRQ(IRQn_Type IRQn); 使能一个中断
      (3) NVIC_DisableIRQ(IRQn_Type IRQn); 禁止一个中断
      (4) NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn,uint32 priority); 设置一个中断的优先级
      (5) NVIC_EncodePriority(uint32_t PriorityGroup,uint32_t PreemptPriority,uint32_t SubPriority);
      (4)和(5)通常一起使用，这样设置更直观，例如要将外部中断0设为抢占式优先级为0,亚优先级为2,则：
      NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,NVIC_EncodePriority(5,0,2));
      注意PriorityGroup的参数应与(1)中设置的一致。
      除了这种方式设置中断外，也可以使用标准库中的misc中的中断设置函数来操作。
   c. SysTick_Config(uint32_t ticks)：设置系统嘀嗒时钟并使能中断
      在STM32中与CM3内核描述不太一样，这个时钟源有两个选择：AHB/8和AHB，在该函数中是选择了HCLK(SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk)，所以定时时间=ticks / HCLK，当要定时10ms，而HCLK为24MHz时，ticks = 10000 * 24 = 240000。
      如果需要选择HCLK/8，可以直接修改这个函数，或在这个函数后跟随misc中的SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)来设置。
   d.NVIC_SystemReset()：复位芯片。
  6. stm32f10x_it中断实现，在这里编写相应的中断服务函数。
  7.还需要注意的一点是：进入main函数后，除了设置嘀嗒时钟和中断外，在操作各外设之前，调用：RCC_AHBPeriphClockCmd(),RCC_APB1PeriphClockCmd(),RCC_APB2PeriphClockCmd()，启动相应的时钟，否则外设就不能正常工作。