原创 STM32时钟控制RCC探究

<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

STM32时钟控制RCC探究

       RTC是STM32单片机的脉搏，是单片机的驱动源。使用任何一个外设都必须打开相应的时钟。这样的好处就是，如果不使用一个外设的时候，就把它的时钟关掉，从而可以降低系统的功耗，达到节能，实现低功耗的效果。

       STM32单片机的时钟可以由以下3个时钟源提供：

      1、HSI:高速内部时钟信号 stm32单片机内带的时钟 (<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />8M频率)     精度较差

      2、HSE:高速外部时钟信号  精度高 来源(1)HSE外部晶体/陶瓷谐振器(晶振)  (2)HSE用户外部时钟        

      3、LSE:低速外部晶体 32.768kHz 主要提供一个精确的时钟源 一般作为RTC时钟使用

      stm32单片机的将时钟信号(例如HSE)经过分频或倍频(PLL)后,得到系统时钟，系统时钟经过分频，产生外设所使用的时钟。

     本文有个图，可以直观的浏览单片机整个时钟架构。

     了解stm32单片机的时钟，下面就是如何使用，我举个使用HSE时钟的例子。

设置时钟流程：

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（）

在STM32中，有五个时钟源，为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

　　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。

　　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：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，组合电路能干什么想必各位心里都清楚。其实时钟的学习这部分应该提前一些，但由于一开始时间比较短，有些急于求成，所以直接使用了万利给的例程，姑且跳过了这一步。介于下面我计划要学习的任务都涉及到兆级的高速传输，例如全速USB，DMA等等，所以不能再忽略时钟啦，必须要仔细研究一下。

我学习RCC的参考资料：
技术文档0427及其中文翻译版STM32F10xxx_Library_Manual_ChineseV2的第十五章和RM0008_CH参考手册。

准备知识：
片上总线标准种类繁多，而由ARM公司推出的AMBA片上总线受到了广大IP开发商和SoC系统集成者的青睐，已成为一种流行的工业标准片上结构。AMBA规范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系统总线和APB(Advanced Peripheral Bus)外围总线。二者分别适用于高速与相对低速设备的连接。


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_map.h”中定义如下：
typedef struct
{
vu32 CR;
vu32 CFGR;
vu32 CIR;
vu32 APB2RSTR;
vu32 APB1RSTR;
vu32 AHBENR;
vu32 APB2ENR;
vu32 APB1ENR;
vu32 BDCR;
vu32 CSR;
} RCC_TypeDef;

这些寄存器的具体定义和使用方式参见芯片手册，在此不赘述，因为C语言的开发可以不和他们直接打交道，当然如果能够加以理解和记忆，无疑是百利而无一害。

相信细心的朋友早就发现板子上只有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。为了方便说明，我借用一下例程的RCC设置函数，并用中文注释的形式加以说明：

/*******************************************************************************
* Function Name : Set_System
* Description    : Configures Main system clocks & power
* Input          : None.
* Return         : None.
*******************************************************************************/
//在此指出上面的注释头应该是复制过来的，写错了...不过没关系，反正没参数需要说明，重要的是函数体。
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 */
    //上面这句例程中缺失了，但却很关键
    /* 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