STM32F4+DP83848以太网通信指南系列（二）：系统时钟

刚才提到，SystemInit()这一配置系统时钟的重要函数，不需要我们手动调用，STM32会帮我们上电后，嵌入到main函数开头部分自动执行，将我们的系统时钟配置到168MHz。那为什么我们还要来学习配置时钟呢？

因为不同的原理图使用的器件，引脚接法不一样，所以如果我们直接使用默认的SystemInit()函数，可能并不能按照我们预期的频率配置系统时钟，这时候就需要我们对STM32的时钟概念做一个了解，然后根据我们实际使用的电路原理图来修改系统默认的SystemInit()函数，从而达到一切可控，一切按预期的配置。

下图是我手上这块开发板的原理图局部特写，特写位置为23、24引脚：

图中，标明23、24脚为OSC_IN,OSC_OUT，OSC是oscillation的缩写，中文是「振荡器」的意思，表示这两个引脚接外部晶振。闲来无事，我们去ST官网下载编号为DS8626的STM32F40x的datasheet求证一下看看。

可以看到，我们的原理图上，外部晶振使用的是8MHz的，问题来了，STM32官方默认的外部晶振是25MHz的，也就是说，如果我们完全不改配置文件，系统默认调用了SystemInit()函数，直接就会导致系统的「心律失常」。

关于时钟树，我个人认为对于新手来说有些复杂了，但几乎用不到其中的很多功能，这里我就懒得贴出完整的时钟树图片了，我们只需要了解下面几个知识点：

每个芯片都有一个自己的最大频率，这是一个芯片的固有属性，这个最大频率代表着这颗芯片处理能力的速度上限，比如STM32F407一般是168MHz。我们可以通过不同的方案配制出这个最大频率（没有人愿意自己的芯片降频使用吧）。最最最常用的方式就是使用外部晶振提供一个基础的频率，然后在这个频率上进行加工，最终得到一个168MHz的时钟出来。给系统提供基础频率的外部晶振，一般是MHz级别的，我们称之为高速外部晶振（HSE），这里我们开发板上配置的是一颗8MHz的晶振。此外如果系统需要用到RTC时钟，还需要一个低速外部晶振（LSE），一般是额定频率32.768KHz，这是后话，此处不表。从8MHz的HSE提高变成168MHz最大频率的过程，我们叫做「倍频」，相反从一个高速频率降成低速频率的过程，称之为「分频」。STM32F4内部通过锁相环进行倍频，其原理我没高兴去了解，我们知道有一种叫锁相环的东西可以倍频就行。倍频时涉及到三个常量需要定义，分别是：PLL_M, PLL_N, PLL_P，最终得到系统频率的公式请牢记：SYSCLOCK = HSE / PPL_M * PPL_N / PPL_P，这个公式对于具体的系统来说，这么用：168MHz = 8MHz / PPL_M * PPL_N / PPL_P，因此一个合理的配置就是：

• 
  
  PPL_M = 8;
  
  
• 
  
  PPL_N = 336;
  
  
• 
  
  PPL_P = 2;
  
  
  

如果有另一块开发板，系统原理图上标明OSC_IN和OSC_OUT处接的是25MHz晶振，聪明的你一定知道把上面的PPL_M值修改为25就可以了。时钟配置时，还有一个宏定义需要定义：PPL_Q，这个是用来配置USB、SD卡读写时的频率的，计算公式是USBClock = HSE / PPL_M * PPL_N /PLL_Q，一般约定USB时钟频率小于等于48MHz，因此PPL_Q的范围也很好确定，如果项目中没有用到USB和SD卡读写，一般这个宏可以忽略，保持默认值（事实上，默认值是7，336/7=48，刚刚好可以把USB频率设置为48MHz）。

根据我们对原理图，以及对时钟树的认知，下面我们就要着手来配置系统时钟了。之前已经说过，SystemInit()不需要开发者手动调用，那么时钟树上的那些参数怎么配置入参呢。原来是通过宏定义的方式实现的，文件名为：system_stm32f4xx.c,呃。。。如果你不知道这个文件，那可得去看一看Keil5创建STM32工程的步骤了，这个文件在Std标准库的样例模板中，具体的路径为：\STM32F4xx_DSP_StdPeriph_Lib_V1.4.0\Project\STM32F4xx_StdPeriph_Templates，我们一般在Keil中创建STM32的工程，都是复制这个模板工程，标准库下载地址：http://www.stmicroelectronics.com.cn/en/embedded-software/stsw-stm32065.html。OK，我们打开这个文件，看看里面都有啥：

• 
  
  * 5. This file configures the system clock as follows:
  
  
• 
  
    *=============================================================================
  
  
• 
  
    *=============================================================================
  
  
• 
  
    *                    Supported STM32F40xxx/41xxx devices
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        System Clock source                    | PLL (HSE)
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        SYSCLK(Hz)                             | 168000000
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        HCLK(Hz)                               | 168000000
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        AHB Prescaler                          | 1
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        APB1 Prescaler                         | 4
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        APB2 Prescaler                         | 2
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        HSE Frequency(Hz)                      | 25000000
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        PLL_M                                  | 25
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        PLL_N                                  | 336
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        PLL_P                                  | 2
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
• 
  
    *        PLL_Q                                  | 7
  
  
• 
  
    *-----------------------------------------------------------------------------
  
  
  

看，ST写的注释非常漂亮是不是，同时我们也注意到官方使用默认HSE确实是25MHz的，如果我们的开发板不做任何配置，直接使用这个配置，时钟就乱掉了。接下来，我们就不管这些注释了，直接去修改对应的宏定义吧（搜索关键字，重新定义宏）：

• 
  
  #define HSE_BYPASS_INPUT_FREQUENCY   8000000
  
  
• 
  
  
  
  
• 
  
  /************************* PLL Parameters *************************************/
  
  
• 
  
  #if defined (STM32F40_41xxx) || defined (STM32F427_437xx) || defined (STM32F429_439xx) || defined (STM32F401xx)
  
  
• 
  
  /* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N */
  
  
• 
  
  #define PLL_M      8  //HSE是8MHz晶振，PLL分频系数设置为8
  
  
• 
  
  #else /* STM32F411xE */
  
  
• 
  
  #if defined (USE_HSE_BYPASS)
  
  
• 
  
  #define PLL_M      8   
  
  
• 
  
  #else /* STM32F411xE */   
  
  
• 
  
  #define PLL_M      16
  
  
• 
  
  #endif /* USE_HSE_BYPASS */
  
  
• 
  
  #endif /* STM32F40_41xxx || STM32F427_437xx || STM32F429_439xx || STM32F401xx */  
  
  
• 
  
  
  
  
• 
  
  /* USB OTG FS, SDIO and RNG Clock =  PLL_VCO / PLLQ */
  
  
• 
  
  #define PLL_Q      7
  
  
• 
  
  
  
  
• 
  
  #if defined (STM32F40_41xxx)
  
  
• 
  
  #define PLL_N      336  
  
  
• 
  
  //倍频系数，SYSCLOCK = HSE / PPLM * PPLN / PPLP = 8MHz / 8 * 336 / 2 = 168MHz
  
  
• 
  
  /* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P */
  
  
• 
  
  #define PLL_P      2
  
  
• 
  
  #endif /* STM32F40_41xxx */
  
  
  

OK，经过以上的步骤，我们已经将系统时钟调整为168MHz了，但是成功了吗？确实是168MHz吗？我们来做个实验就可以了，实验非常简单，弄个GPIO控制LED小灯，系统里设置每隔1秒钟交替闪烁，观测小灯亮灭的间隙是否差不多为1秒钟。因为是简单测试，延时功能我们就不使用定时器或者SysTick了，我们直接用步进法来做延时测试，弄个vu32类型的变量，从0一直累加，直到达到68,000,000，这期间的过程就是1秒钟。伪代码如下：

• 
  
  vu32 i = 0;
  
  
• 
  
  int main(){
  
  
• 
  
      GPIOInit()...
  
  
• 
  
      while(1){
  
  
• 
  
          LED = 1;
  
  
• 
  
          i = 0;
  
  
• 
  
          while(i < 168000000)
  
  
• 
  
              i++;
  
  
• 
  
          LED = 0;
  
  
• 
  
          i = 0;
  
  
• 
  
          while(i < 168000000)
  
  
• 
  
              i++;
  
  
• 
  
      }
  
  
• 
  
  }
  
  
  

如果LED小灯能预期按照大概1秒的间隙亮灭的话，就说明我们对STM32的时钟配置正确了。