浅谈i.MX RT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用

周四, 13 十月 2022 - 11:27

之前写过一篇关于时钟引脚的文章 <a href="http://mcu.eetrend.com/content/2022/100561905.html">《i.MX RT1xxx系列MCU时钟相关功能引脚的作用》</a>，里面简单提及了外部晶振相关引脚的作用，但是并没有详细展开。

最近在客户支持中，有客户咨询项目板级设计上能否将外部24MHz晶振完全去掉。

今天就这个话题，使用芯片内部集成的RC24M做初始时钟源，详细展开，好好地聊聊。

注：本文中图片代码均以i.MX RT1050为例，但内容基本也适用其它i.MX RT10xx系列。

1、外部24MHz晶振的作用

i.MXRT 系列共有两组外接晶振专用引脚，XTALI/O用于外部连接24MHz晶振，RTC_XTALI/O用于连接32.768kHz晶振。其中低频的32.768kHz晶振主要用于低功耗场景（SNVS 域），而高频24MHz晶振（即本文主角）主要是给内部PLL提供时钟源，它是高性能应用的保证。

注: i.MX RT1011/102x的PLL时钟源仅能是OSC 24MHz，而 i.MX RT105x/106x的PLL时钟源除了OSC 24MHz外，还可以是专门时钟输入引脚（CLK1_P/N）。

外部24MHz晶振（XTAL24M）并不是直接连到PLL模块的，中间会经过芯片内部OSC 24MHz模块，而OSC 24MHz模块本身还包含了一个RC24M震荡电路，这是为了确保在没有外部XTAL24M的情况下，PLL也能正常工作。

<ul>
<li>
注1: OSC 24MHz模块的源可来自外部XTAL24M也可以是内部RC24M，但这种切换不是自动的，需要在代码里主动切换。
</li>
<li>
注2: RC24M主要用于低速应用场合，并且以RC24M为源的功耗比以XTAL24M为源的功耗小很多。
</li>
</ul>

2、内部RC24M振荡器能否替代外部24MHz晶振?

我们知道内部RC24M精度较差，最差的情况甚至有20%的精度误差，这种情况下一些对精度要求高的外设（比如USB、ENET）是无法使用RC24M为源的PLL输出作为时钟源的。

如果你的应用里不涉及USB、ENET等外设，就使用了一些简单的LPUART/LPSPI等外设，那么是完全可以禁掉外部XTAL24M的使用的，切换代码如下。

其中需要注意的是如果当前内核时钟源来自PLL，那么必须先将内核时钟切到OSC24M，否则OSC24M时钟源切换操作会直接导致代码跑飞（一旦PLL时钟源发生变化，输出会不稳，此时内核运行会出现异常）：

<pre style="overflow-x:auto; background-color:#e9e9e9;">void ClockSelectRcOsc(void)
{
// 将内核时钟源从 PLL 切换到 OSC 24M
CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphClk2Mux, 1);
CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphMux, 1);

// 将 OSC 24M 时钟源从外部 XTAL24 切换到内部 RC24M
CLOCK_InitRcOsc24M();
CLOCK_SwitchOsc(kCLOCK_RcOsc);
CLOCK_DeinitExternalClk();

// 恢复内核时钟源（这里的 m、n 为切换之前的配置）
CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphClk2Mux, m);
CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphMux, n);
}</pre>

更多RC24M的应用详见 \SDK_2_12_0_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\demo_apps\power_mode_switch\bm 例程。

3、能否完全去掉外部24MHz晶振？

既然在低速或者低功耗应用场合，RC24M可以替代XTAL24M，那么我们能不能直接把XTAL24M完全去掉呢？答案很遗憾，不能！因为芯片系统（内核、PLL）默认就是以 XTAL24M为初始时钟源：

<pre style="overflow-x:auto; background-color:#e9e9e9;">XTALOSC24M->LOWPWR_CTRL[OSC_SEL] = 1'b0 // 24MHz clock from XTAL OSC
CCM_ANALOG->PLL_ARM[BYPASS_CLK_SRC] = 2'b00 // clock from REF_CLK_24M
CCM->CBCMR[PRE_PERIPH_CLK_SEL] = 2'b11 // clock from divided PLL1 (PLL_ARM)
CCM->CBCDR[PERIPH_CLK_SEL] = 1'b0 // clock from pre_periph_clk_sel</pre>

如果没有外部XTAL24M，芯片系统上电后，内核没有正确的时钟源，BootROM代码无法正常执行，这时候甚至仿真器也没法找到内核，所有后续设计也就没有任何意义。

看到这里，你可能会明白，i.MX RT毕竟是跨界处理器，它是为高性能场景而生的，运行起来后切换到内部RC24M来降功耗只是它的附带功能而已。

来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/avusZuuikQylxe0Hv-YC8w">恩智浦MCU加油站</a>
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