送给新手：STM32的时钟树解析

liao821

STM32的时钟树
         对于广大初次接触STM32的读者朋友（甚至是初次接触ARM器件的读者朋友）来说，在熟悉了开发环境的使用之后，往往“栽倒”在同一个问题上。这问题有个关键字叫：时钟树。
   众所周知，微控制器（处理器）的运行必须要依赖周期性的时钟脉冲来驱动——往往由一个外部晶体振荡器提供时钟输入为始，最终转换为多个外部设备的周期性运 作为末，这种时钟“能量”扩散流动的路径，犹如大树的养分通过主干流向各个分支，因此常称之为“时钟树”。在一些传统的低端8位单片机诸如 51，AVR，PIC等单片机，其也具备自身的一个时钟树系统，但其中的绝大部分是不受用户控制的，亦即在单片机上电后，时钟树就固定在某种不可更改的状 态（假设单片机处于正常工作的状态）。比如51单片机使用典型的12MHz晶振作为时钟源，则外设如IO口、定时器、串口等设备的驱动时钟速率便已经是固 定的，用户无法将此时钟速率更改，除非更换晶振。
" K* @) `- g% d6 T         而STM32微控制器的时钟树则是可配置的，其时钟输入源与最终达到外设处的时钟速率不再有固定的关系，本文将来详细解析STM32微控制器的时钟树。图1是STM32微控制器的时钟树，表1是图中各个标号所表示的部件。
5 @4 x/ D; W5 r; C. v/ J* F标号            图1标号释义
1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
2     外部低速振荡器（LSE，32.768Khz）
3    外部高速振荡器（HSE，3-25MHz）
8 f; |6 ~% H7 y# T4    内部高速振荡器（HIS，8MHz）
. z; H/ L2 \# K1 B' h6 u. Q/ p5    PLL输入选择位
, T& B& s/ c9 [, U+ j6    RTC时钟选择位
5 }& t5 k7 g0 }, O  ^) P8 L  E7    PLL1分频数寄存器
6 D5 g/ T" E6 x4 p% ]* o. E8    PLL1倍频寄存器
% x' ]8 z3 Y$ P$ c9    系统时钟选择位
# M2 v  g. t, l0 n10            USB分频寄存器
* Q/ z" Q) G( h  j* R11            AHB分频寄存器
- `  [) p8 B/ X/ m  K5 I3 G12            APB1分频寄存器
13            AHB总线
14            APB1外设总线
5 T" _5 i* N% U$ i% t15            APB2分频寄存器
16       APB2外设总线
17            ADC预分频寄存器
. ^# U# L2 z2 x5 P+ l& e# N18            ADC外设
19            PLL2分频数寄存器
' j' \, R& U2 L/ {20            PLL2倍频寄存器
21            PLL时钟源选择寄存器
- C5 i3 t4 t$ {2 {3 u9 `. p2 l" ^22            独立看门狗设备
23       RTC设备
0 b6 y$ d  T3 b  uSTM32时钟树.jpg
2 {. A! C6 X2 K, Y& b- I# g图1  STM32的时钟树
   在认识这颗时钟树之前，首先要明确“主干”和最终的“分支”。假设使用外部8MHz晶振作为STM32的时钟输入源（这也是最常见的一种做法），则这个 8MHz便是“主干”，而“分支”很显然是最终的外部设备比如通用输入输出设备（GPIO）。这样可以轻易找出第一条时钟的“脉络”：
$ @! m$ F/ |- Q3——5——7——21——8——9——11——13
对此条时钟路径做如下解析：
- q  J- N$ ^) ?( R$ ^& b对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
9 Q# U. L/ B4 m6 ^4 A( \+ Z对于5，通过PLL选择位预先选择后续PLL分支的输入时钟（假设选择外部晶振）；
2 C1 @0 R! T& k' Q" j% I2 o对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
( n/ y' H0 J$ {! t对于21，选择PLL倍频的时钟源（假设选择经过分频后的外部晶振时钟）；
对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
对于9，选择系统时钟源（假设选择经过PLL倍频所输出的时钟）；
对于11，设置AHB总线分频数（假设1分频）；
对于13，时钟到达AHB总线；
在上一章节中所介绍的GPIO外设属于APB2设备，即GPIO的时钟来源于APB2总线，同样在图1中也可以寻获GPIO外设的时钟轨迹：
3——5——7——21——8——9——11——15——16
对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
, {% L) ^! s0 |/ C# `对于5， 通过PLL选择位预先选择后续PLL分支的输入时钟（假设选择外部晶振）；
对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
对于21，选择PLL倍频的时钟源（假设选择经过分频后的外部晶振时钟）；
对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
对于9，选择系统时钟源（假设选择经过PLL倍频所输出的时钟）；
% g# B7 C' w, t" _对于11，设置AHB总线分频数（假设1分频）；
$ k5 H  D% j7 [/ \' O" _对于15，设置APB2总线分频数（假设1分频）；
  d1 \% c% L3 p/ D0 h' C对于16，时钟到达APB2总线；
7 p: K) f; ^3 X& ~! m2 R现在来计算一下GPIO设备的最大驱动时钟速率（各个条件已在上述要点中假设）：
% u7 C6 y9 N1 u1 i" y% x- r+ w1)   由3所知晶振输入为8MHz，由5——21知PLL的时钟源为经过分频后的外部晶振时钟，并且此分频数为1分频，因此首先得出PLL的时钟源为：8MHz / 1 = 8MHz。
2)   由8、9知PLL倍频数为9，且将PLL倍频后的时钟输出选择为系统时钟，则得出系统时钟为 8MHz * 9 = 72MHz。
) W$ n6 l1 K/ }, |' M3)   时钟到达AHB预分频器，由11知时钟经过AHB预分频器之后的速率仍为72MHz。
4)   时钟到达APB2预分频器，由15经过APB2预分频器后速率仍为72MHz。
5)   时钟到达APB2总线外设。
因此STM32的APB2总线外设，所能达到的最大速率为72MHz。依据以上方法读者可以搜寻出APB1总线外设时钟、RTC外设时钟、独立看门狗等外设时钟的来龙去脉。接下来从程序的角度分析时钟树的设置，程序清单如下：
void RCC_Configuration(void)
{
        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
6 ]1 p1 b" Q0 ?3 w        RCC_DeInit();                                                             （2）
: j! A0 }+ t& ?( f9 o! Q        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
  Y8 C8 I9 D. n2 Z        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
( j3 ?$ b! p% i& T, F3 b5 D        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
  N! x1 H7 e- ~" t$ `        {
* \# X9 e1 ?+ Z9 _5 I( Z                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
+ T3 _, R& S" o8 O                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
* @! k+ {4 m4 w1 q: q% Z6 D+ S                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }
0 O' S% h$ E. \1 ^

Haiting32451

学习中，谢谢分享
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