STM32时钟系统学习笔记

时钟系统是STM32的核心，系统上电的第一步，就是正确的配置时钟。对于初学者来说，STM32的时钟系统显得有些复杂。不过，我们只要掌握几个重要概念，了解STM32时钟产生路径，就可以轻松搞定STM32的时钟系统。下图是STM32F10xx时钟系统的框图：

 

一、 几个重要概念：

l  四个时钟源：HSI、HSE、LSI、LSE。

l  五个输出时钟：SYSCLK，HCLK，PCLK1，PCLK2， RTCCLK。

l  两个时钟处理机制：倍频器，预分频器。

1、 四个时钟源：

HIS - 高速内部时钟信号，由STM32内部8MHz的振荡器产生，可直接作为系统时钟或在2分频后作为PLL输入。

HSE - 高速外部时钟信号，由外部晶振产生，支持4~16MHz。

LSI - 低速内部时钟信号，频率约40KHz（30KHz~60KHz之间，精度较差），可以在停机或待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。

LSE – 低速外部时钟信号，由一个32.768KHz的低速外部晶振产生，可以为实时时钟或其他定时功能提供低功耗且精确的时钟源。

备注：图中间的CSS是时钟监视系统，确保在外部时钟HSE失效时能自动切换至内部时钟HSI。

2、 五个输出时钟

SYSCLK – 系统时钟，它是STM32处理器最重要的时钟信号。使用HSE作为时钟源时，频率可以高达72MHz。SYSCLK为内核和系统的大部分其他时钟输出提供时钟基础。

HCLK – 高速总线时钟，HCLK为系统AHB总线提供时钟，最高可达72MHz。

PCLK1 – APB1总线时钟，为挂接到APB1总线的外设提供时钟信号，最高可达36MHz。

PCLK2 – APB2总线时钟，为挂接到APB2总线的外设提供时钟信号，最高可达72MHz。

RTCCLK – 实时时钟，如果选择低速外部晶振（32.768KHz），可以为系统提供精确的时基信号，作为系统计时的基础，只要VBAT维持供电，尽管VDD供电被切断，RTC仍继续工作。

3、 两个时钟处理机

倍频器（Multiplier） – 负责将输入的时钟信号，乘以一个数后输出。

预分频器（Prescaler） - 负责将输入信号，除以一个数后输出。

二、 时钟路径

时钟路径：就是输出时钟信号，是通过什么方式由输入时钟源得到的。

其实通过上面的时钟系统框图，我们可以很清楚的看到每个输出时钟的路径，这里就不再做细说，指示对一些关键的地方，做一些解释。

1、 SYSCLK时钟：

SYSCLK时钟可以由三个时钟源产生

l  直接由HSI产生

l  直接由HSE产生

l  有PLLCLK产生

这里需要特别说明由PLLCLK产生的情况，这是我们最常用的一种时钟选择。PLLCLK是由HSI和HSE通过倍频产生的，但是如果是通过HSI产生，HSI会被二分频（4MHz）后，最为PLL的输入，不过需要注意的是，当选取HSI作为时钟源时，由于内部时钟精度和稳定性关系，系统时钟最高只能到36MHz。PLL倍频器可以提供16种倍频系数，比如说我们需要产生72MHz的SYSCLK，那么可以选取8M外部晶振作为时钟源，PLL倍频系数选择为9倍，则8MHz * 9=72MHz。

2、 HCLK时钟：

这里先扫盲一下两个基本概念，AHB和APB，以下文字来自百度文库，已经熟悉的朋友可以跳过：

随着深亚微米工艺技术日益成熟，集成电路芯片的规模越来越大。数字IC从基于时序驱动的设计方法，发展到基于IP复用的设计方法，并在SOC设计中得到了广泛应用。在基于IP复用的SoC（System on Chip的缩写，称为系统级芯片，也有称片上系统）设计中，片上总线设计是最关键的问题。为此，业界出现了很多片上总线标准。其中，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。

AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接，作为SoC的片上系统总线，它包括以下一些特性：单个时钟边沿操作；非三态的实现方式；支持突发传输；支持分段传输；支持多个主控制器；可配置32位~128位总线宽度；支持字节、半字和字的传输。AHB系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。基础结构则由仲裁器(arbiter)、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成。

APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART、1284等，它的总线架构不像AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB桥。其特性包括：两个时钟周期传输；无需等待周期和回应信号；控制逻辑简单，只有四个控制信号。

了解上面概念后，我们再看下HCLK是怎么产生的。从时钟系统框图可以看出，SYSCLK经过AHB预分频器（AHB Prescaler）后，输出HCLK。假如我们取分频因子为1,则HCLK=72MHz / 1=72MHz。

3、 PCLK时钟

这里需要注意的是，PCLK1最高只能配置为36MHz，其他的看时钟系统框图都容易理解。这里需要解释下那些设备是挂到了APB1总线下，那些是挂到APB2总线下：

从上图可以很清楚的了解到，APB1和APB2下都有那些设备。也就是说，当我们使用APB对饮的设备时，需要正确的配置和打开对饮的PCLK时钟，否则设备是不能被启用的，这和传统51单片机不一样。

STM32时钟系统涉及到的寄存器
在文件“stm32f10x_map.h”中，定义了RCC 寄存器结构RCC_TypeDeff：

 

/*------------------------ Reset and Clock Control ---------------------------*/typedef struct{  vu32 CR; // HSI,HSE,CSS,PLL等的使能  vu32 CFGR; // PLL等的时钟源选择以及分频系数设定  vu32 CIR; // 时钟就绪中断  vu32 APB2RSTR; // APB2线上外设复位寄存器  vu32 APB1RSTR;// APB1线上外设复位寄存器  vu32 AHBENR;// DMA，SDIO等时钟使能  vu32 APB2ENR;// APB2线上外设时钟使能  vu32 APB1ENR;// APB1线上外设时钟使能  vu32 BDCR;//备份域控制寄存器  vu32 CSR;} RCC_TypeDef;

各个寄存器的具体定义，请参阅《STM32中文参考手册》

STM32时钟初始化函数

 

/* * 时钟初始化函数 * sysclk：系统时钟，单位MHz * AHB=DIV1，APB1=DIV2，APB2=DIV1 * 注意APB1时钟不可超过36MHz */void Stm32_SysClk_Init(u8 sysclk){u8 pllmulti;pllmulti = (sysclk>>3)-2;//计算基于8M时钟源时，PLL的倍频因子UCTX_RCC_DeInit();RCC->CR |= 1<<16;//使能外部时钟源HSEwhile((RCC->CR & 1<<17) == 0);//等待外部时钟源就绪RCC->CFGR |= pllmulti<<18;//设置PLL倍频RCC->CFGR |= 4<<8;//AHB=DIV1，APB1=DIV2,APB2=DIV1，注: PCLK1不能超过36MHzRCC->CFGR |= 1<<16;//选择HSE作为PLL时钟源FLASH->ACR|=0x32;//FLASH 2个延时周期RCC->CR |= 1<<24;//PLL使能while((RCC->CR & 1<<25)==0);//等待PLL锁定RCC->CFGR |= 0x02;//PLL作为系统时钟while((RCC->CFGR>>2 & 3)!=2);//等待系统时钟切换成功}void UCTX_RCC_DeInit(void){  RCC->AHBENR = 0x00000014;  //睡眠模式闪存和SRAM时钟使能.其他关闭.  RCC->APB2ENR = 0x00000000; //外设时钟关闭.   RCC->APB1ENR = 0x00000000;   RCC->CR |= 1<<0;//使能内部高速时钟HSION//复位SW[1:0],HPRE[3:0],PPRE1[2:0],PPRE2[2:0],ADCPRE[1:0],MCO[2:0]RCC->CFGR &= 0xF8FF0000;    RCC->CR &= 0xFEF6FFFF;     //复位HSEON,CSSON,PLLONRCC->CR &= 0xFFFBFFFF;     //复位HSEBYP     RCC->CFGR &= 0xFF80FFFF;   //复位PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL[3:0] and USBPRE RCC->CIR = 0x00000000;       //关闭所有时钟中断}

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