STM32时钟系统和SystemInit函数解读

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demi 发布于:周一, 05/06/2019 - 15:33 ,关键词:

时钟系统就是CPU的脉搏,像人的心跳一样,重要性不言而喻。由于STM32本身十分复杂,外设非常多,但并不是所有的外设都需要系统时钟那么高的频率,比如看门狗以及RTC只需要几十k的时钟即可。并且,同一个电路,时钟越快功耗越快,同时抗电磁干扰能力也就越弱,所以较为复杂的MCU都是采用多时钟源的方法来解决这些问题。

STM32F1xx官方资料:
《STM32中文参考手册V10》-第六章 复位和时钟控制 RCC

STM32的时钟系统

STM32的时钟系统图

上图是STM32的时钟系统图。STM32 有5个时钟源:HSI、HSE、LSI、LSE、PLL,在图中有红色方框标记的位置。从时钟频率来分可以分成高速时钟源和低速时钟源,在这5个中HSI、HSE和PLL是高速时钟源,LSI和LSE是低速时钟源。从时钟来源来分可以分成外部时钟源和内部时钟源。外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源。其中,HSE和ISE是外部时钟源,其他的是内部时钟源。

下面来看看STM32的5个时钟源:

① HSI(High Speed Internal)是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz,精度不高;

② HSE(High Speed External)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(Low Speed Internal)是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz,提供低功耗时钟。独立看门狗的时钟源只能是LSI,同时LSI还可以做PTC的时钟源;

④ LSE(Low Speed External)是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。这个主要是RTC的时钟源。

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。

下面分析一下,图中A-E标识的五个地方:

A:STM32可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8,时钟输出引脚)上,可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。这个时钟可以用来给外部其他系统提供时钟源;

B:这里是RTC的时钟源,可以选择LSI、LSE以及HSE的128分频;

C:此处的USB时钟源来自于PLL时钟源。STM32有一个全速功能的USB模块,其串行接口引擎需要一个48MHz的时钟源。该时钟源只能由PLL输出端获取,若PLL输出72MHz,则1.5分频;若PLL输出48MHz,则1分频。也就是说,当需要使用USB模块的时候,PLL必须使能;

D:STM32的系统时钟SYSCLK,提供STM32的绝大多数部件工作的时钟源。它的来源可以是三个时钟源:HSI振荡器时钟、HSE振荡器时钟和PLL时钟。系统时钟的最大频率为72MHz。

E:这里指的就是其他的所有外设了,这些外设的时钟来源都是SYSCLK。SYSCLK通过AHB分频器分频后送给各模块使用。

这些模块包括:
① AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟(最大72MHz);
② 通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟,也就是systick了;
③ 直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK;
④ 送给APB1分频器。APB1分频器输出一路给APB1外设使用(PCLK1,最大频率36MHz),另一路给通用定时器使用;
⑤ 送给APB2分频器。APB2分频器输出一路给APB2外设使用(PCLK2,最大频率72MHz),另一路给定时器使用;

APB1和APB2的区别

这里需要理解一下APB1和APB2的区别:


APB1上面连接的是低速外设,包括电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、USART2、USART3、UART4、UART5、SPI2、SP3等;

而APB2上面连接的是高速外设,包括UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、ADC3、所有的普通I/O口(PA-PE)、第二功能I/O(AFIO)口等。

在上面的时钟输出中,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。当使用某模块时,记得一定要先使能其相应的时钟。

SystemInit函数

STM32时钟系统的配置除了初始化的时候在system_stm32f10x.c中的SystemInit函数中外,其他的配置主要在stm32f10x_rcc.c文件中,需要对这个文件好好研究一下。

本文主要看一下初始化时的SystemInit函数:

SystemInit函数主要就是完成系统初始化时的默认状态的设置,同时系统时钟默认是在SetSysClock()函数中来进行判断的,而判断的依据则是通过宏定义设置的。先看看SetSysClocks()函数:

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
 
 /* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock
    source (default after reset) */ 
}

这段代码很简单,就是判断系统宏定义的时钟是多少,然后设置相应值。系统默认的宏定义是72HMz:

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
 #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
#else
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
/* #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000 */ 
/* #define SYSCLK_FREQ_36MHz  36000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz  48000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz  56000000 */
#define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000
#endif

接下来就选择进入SetSysClockTo72()函数,我们看一下这个函数的内容:

这里主要的内容就是下面这一段:

    /* 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_DIV2;
 
    /*  PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 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_PLLMULL9);

设置SYSCLK为72MHz,HCLK=SYSCLK,PCLK1=SYSCLK/2,PCLK2=SYSCLK。总而言之,即通过HSE(8MHz)倍频9倍成SYSCLK(72MHz),然后直接输出为HCLK(72MHz)、PCLK2(72HMz)、PCLK1(36HMz)。

相对应的,如果说宏定义不是SYSCLK_FREQ_72MHz ,而是其他的宏定义。那么就会进入各自的SetSysClockToxx()函数,比如说SetSysClockTo54()、SetSysClockTo36()等等。然后在相应的程序中,会对SYSCLK等进行赋值。

同时,在设置好系统时钟之后,可以通过变量SystemCoreClock来获取系统时钟值。这也是在stm32f10x.c文件中设置的:

总结与分析

这里总结一下SystemInit函数默认设置的系统时钟的大小:


来源:CSDN,作者:Yngz_Miao
原文:https://blog.csdn.net/qq_38410730/article/details/79826397
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