stm32系统时钟详解&&移植

只看该作者 · 2015-2-11 22:16

今日接手用stm32f100xx芯片开发的项目，以前用的是stm8s 和stm32f103xx芯片；因为在别人的项目代码的基础上做2次开发，但是发现那个代码main函数中没有对系统时钟的设置的相关函数，一直纳闷，但也没有深究，直至昨日调试时出现串口收发数据出错，源代码在原项目的板子上串口发送、接收数据正常，同样程序在项目板子上收发的数据不正确，两块板子芯片一样，串口收发管脚一样，最后发现原来板子外部晶振是8MHZ ,新板子外部晶振是12MHZ; 而在STM32固件库中，默认的外部晶振是8MHZ，由于时钟源不正确，导致波特率不正确，当然收发的数据也不正确了.....我勒个去！都怪自己平时看问题“不求甚解”。

（波特率与时钟源关系公式：IntegerDivider = ((PCLKx) / (16 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)))

为了深入思考，我提出了一些疑问，通过解答这些问题更深入的了解时钟；

问题一：对系统时钟的设置的相关函数,在main函数中找不到，那在哪里？还是说根本没有对系统时钟进行配置？

问题二：既然用了外部晶振做系统时钟，那为什么没看到启动外部晶振的操作？

问题三：串口的时钟源是什么？串口时钟源跟系统时钟的关系？

问题四：程序中串口时钟源是怎样实现对波特率的关系的？

现附上我找到上面3个问题答案做的一张框架图：希望博友参考此图理解我后面的内容：

在进入主题之前我们先了解一些必要的基础知识----stm32系列芯片的种类和型号：

startup_stm32f10x_cl.s 互联型的器件，STM32F105xx，STM32F107xx
startup_stm32f10x_hd.s 大容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_hd_vl.s 大容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_ld.s 小容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_ld_vl.s 小容量的STM32F100xx
startup_stm32f10x_md.s 中容量的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx
startup_stm32f10x_md_vl.s 中容量的STM32F100xx （我项目中用的是此款芯片 stm32f100CB）
startup_stm32f10x_xl.s FLASH在512K到1024K字节的STM32F101xx，STM32F102xx，STM32F103xx

cl：互联型产品，stm32f105/107系列
vl：超值型产品，stm32f100系列
xl：超高密度产品，stm32f101/103系列
ld：低密度产品，FLASH小于64K
md：中等密度产品，FLASH=64 or 128
hd：高密度产品，FLASH大于128

（下图中的startup_stm32f10_ld.s应改为：startup_stm32f10x_md_vl.s）

问题一：对系统时钟的设置的相关函数,在main函数中找不到，那在哪里？还是说根本没有对系统时钟进行配置？

解答：高人指点，我看了一下启动文件startup_stm32f10x_md_vl.s，其中有一段汇编：

[plain] view plaincopy

; Reset handler routine
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT __main
IMPORT SystemInit
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP

其中,

IMPORT __main IMPORT SystemInit //IMPORT 声明了需要引用C语言中的main函数、systeminit函数，
LDR R0, = systeminint //把systeminit 函数地址放到r0 寄存器；

BLX R0 //跳到到R0 寄存器中的地址执行；

所以，在跳到main函数执行前，已经在SystemInit 函数中把系统时钟给设置好了；

只看该作者 · 2015-2-11 22:16

问题二：既然用了外部晶振做系统时钟，那为什么没看到启动外部晶振的操作？

我们在解答这个问题前，先到SystemInit函数里面做更深入的了解：

[plain] view plaincopy

void SystemInit (void)
{
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
/* Set HSION bit */
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;
#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)
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#else
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
/* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
SetSysClock();
#ifdef STM32F10X_HD
#ifdef DATA_IN_ExtSRAM
SystemInit_ExtMemCtl();
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif /* STM32F10X_HD */
}

我们进入setsysclock()函数，看其中作了哪些操作：

[plain] view plaincopy

/**
* @brief Configures the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers.
* @param None
* @retval None
*/
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

我项目中用的是此款芯片 stm32f100CB,内部晶振是24MHZ, 所以应进入执行SetSysClockTo24() 函数：

[plain] view plaincopy

/**
* @brief Sets System clock frequency to 24MHz and configure HCLK, PCLK2
* and PCLK1 prescalers.
* @NOTE This function should be used only after reset.
* @param None
* @retval None
*/
static void SetSysClockTo24(void)
{
__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
/* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/
/* Enable HSE */
RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON); //开启外部晶振
/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
do
{
HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
StartUpCounter++;
} while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSEStartUp_TimeOut));
if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)//等待外部晶振起振
{
HSEStatus = (uint32_t)0x01;
}
else
{
HSEStatus = (uint32_t)0x00;
}
if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
{
#if !defined STM32F10X_LD_VL && !defined STM32F10X_MD_VL
/* Enable Prefetch Buffer */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
/* Flash 0 wait state */
FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_0;
#endif
/* HCLK = SYSCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
/* PCLK2 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
/* PCLK1 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV1;
#ifdef STM32F10X_CL
/* Configure PLLs ------------------------------------------------------*/
/* PLL configuration: PLLCLK = PREDIV1 * 6 = 24 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_PLLMULL6);
/* PLL2 configuration: PLL2CLK = (HSE / 5) * 8 = 40 MHz */
/* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLL2 / 10 = 4 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_DIV10);
/* Enable PLL2 */
RCC->CR |= RCC_CR_PLL2ON;
/* Wait till PLL2 is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLL2RDY) == 0)
{
}
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL)
/* PLL configuration: = (HSE / 2) * 6 = 24 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1_Div2 | RCC_CFGR_PLLMULL6);
#else
/* PLL configuration: = (HSE / 2) * 6 = 24 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLXTPRE_HSE_Div2 | RCC_CFGR_PLLMULL6);
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Enable PLL */
RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;
/* Wait till PLL is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
{
}
/* Select PLL as system clock source */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;
/* Wait till PLL is used as system clock source */
while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
{
}
}
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 */
}
}
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz

解析：

void SetSysClockTo24函数中主要做了下面几件事：（不同颜色功能分别对应上面对应颜色代码部分）

1.启动外部晶振作为系统时钟源；

2.等待外部晶振起振；

3.（起振后）对系统时钟源进行分频：（默认外部是HSE--8MHZ晶振） PLL configuration: = (HSE / 2) * 6 = 24 MHz

4. 配置HCLK、PCLK1、PCLK2 与系统时钟源的关系；

只看该作者 · 2015-2-11 22:16

问题三：串口的时钟源是什么？串口时钟源跟系统时钟的关系？

回答这个问题前，我们先来看stm32f100芯片手册数据图（第12页）：

从图里面我们可看出串口1的时钟源是PCLK1;

上面问题2的代码中我们看到PCLK1是时钟源24MHZ的1分频，即还是24MHZ;

只看该作者 · 2015-2-11 22:17

问题四：程序中串口时钟源是怎样实现对波特率的关系的？

由问题3我们知道串口时钟源是24mhz,依据公式：IntegerDivider = ((PCLKx) / (16 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)))

库中自动设置IntegerDivider 存入寄存器中；

附加：转自http://blog.sina.com.cn/s/blog_542bad910101g1gu.html

（1）

在KEIL下可以在项目的选项C/C++/PREPROMCESSOR symbols的Define栏里定义，比如STM32F10X_CL

也可以在STM32F10X.H里用宏定义
#if !defined (STM32F10X_LD) && !defined (STM32F10X_LD_VL) && !defined (STM32F10X_MD) && !defined (STM32F10X_MD_VL) && !defined (STM32F10X_HD) && !defined (STM32F10X_XL) && !defined (STM32F10X_CL)

#define STM32F10X_HD

#endif

(2)
如果芯片更换，除了做如上所述的更改外，还需以下几步
第一步  system_stm32f10x.c的系统主频率，依实际情况修改
#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL)

#define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
#else
#define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000
#endif
另外外部时钟在文件：stm32f10x.h 依实际修改

第二步定时器的参数依系统主时钟做适当修改
第三步 flash地址misc.h中的NVIC_VectTab_Flash 0x08000000 要与KEIL选项target的IROM1的地址一致，如果是IAP程序，依ISP程序占用大小，APP的FLASH地址向后延，比如0X8002000,那么KEIL选项target的IROM1的地址也要就0x8002000,SIZE因为ISP占用了2000，所以就为0x40000-0x2000,即只能填写0X3E000

ISP程序与APP程序连接
打开 User 选项卡  在 Run User Programs Before Build/Rebuild 中，勾选 Run#1，并在
其中填入
      D:\Keil\ARM\BIN40\fromelf.exe --bin -o ./obj/Project.bin ./obj/Project.axf
            其中，Project.bin 和 Project.axf 要和 Output 选项卡中的 Name  of  Executable  的名字

只看该作者 · 2015-2-11 22:17

IAP我的总结
1 先FLASH_Unlock();
2 小于或等于128K的STM每页为1k bytes,大于128K的每页为2K BYTES,减去从地址0x8002000占用的0x2000后，算出页数，比如IAP占用8K,则64K的MD的STM32F系列用for(i=0;i<(64-8);i++) FLASH_ErasePage(0x8002000+0x400*i);循环按页擦除FLASH
3 按从外部串口获取到的数据，FLASH_ProgramWord(address,dat);//注意是按4字节方式写入的
if (*(uint32_t*)address!= dat)//字编程后校验