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。
8 h3 E# O) i4 A2 |   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。
. z9 Y- m6 ?# S( d) u+ I         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。
6 h5 @- a% [8 t标号            图1标号释义
1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
2 Z* p. Y- L$ C3 ~: v- L; h2     外部低速振荡器（LSE，32.768Khz）
3    外部高速振荡器（HSE，3-25MHz）
9 u2 h" Z; `( d; ^6 E4    内部高速振荡器（HIS，8MHz）
0 }- y  w) i5 I9 Z0 P+ S1 d5    PLL输入选择位
6    RTC时钟选择位
1 J; u: M4 q8 T0 ^8 ?& D1 n7    PLL1分频数寄存器
( Q/ E  [7 c2 f( y8    PLL1倍频寄存器
6 w0 L' S/ B8 ~9    系统时钟选择位
10            USB分频寄存器
7 l+ ~: p6 ?9 \7 w11            AHB分频寄存器
12            APB1分频寄存器
13            AHB总线
: w/ W  z/ `  A+ O& v9 R" t5 f14            APB1外设总线
( {$ B$ {1 P$ l8 x15            APB2分频寄存器
" M; t3 s8 Y. d; f+ `3 j5 M; V5 l16       APB2外设总线
+ W$ d3 s3 v& q+ M) M, B6 j4 w17            ADC预分频寄存器
( u" P1 K  p7 E  m3 Z* A5 D18            ADC外设
19            PLL2分频数寄存器
20            PLL2倍频寄存器
8 I* p: m' l/ @7 ^5 ^: [21            PLL时钟源选择寄存器
0 \4 F! f& T( H& [6 K& L22            独立看门狗设备
# k# x5 b# D" @4 V9 Q6 T23       RTC设备
" J- S3 p) t6 I: q6 P/ [STM32时钟树.jpg
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”：
  n3 }( z, I+ r3——5——7——21——8——9——11——13
% U/ s/ ~6 \0 Q" j  X+ n- o对此条时钟路径做如下解析：
" w4 O* ?0 b, q对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
, {% W/ Y' c  Z( w8 K* z  ~1 }  L- M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）；
, |0 _1 n6 j, }# z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）；
4 A5 t9 f5 q: V; L对于13，时钟到达AHB总线；
- q) ~  X7 {; x- s3 D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：
7 a8 }4 A% ?% K8 `4 B3——5——7——21——8——9——11——15——16
3 V, z& j! O8 G0 _/ t" r( e对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
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）；
% x( S6 I% Y& m/ P9 D$ G" k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）；
) @3 [7 N) f- [8 ~' j, Z) t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）；
$ j9 {% [: }7 _8 A0 D% `" J- k, y" D对于11，设置AHB总线分频数（假设1分频）；
) e6 a* o# L" D- E# Y9 {2 P7 u$ @对于15，设置APB2总线分频数（假设1分频）；
5 a% @2 x6 G- p8 c8 j' s对于16，时钟到达APB2总线；
' E8 w8 \* T: z: G- a5 v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）：
; ^# g7 S. n) d! ]- Q1)   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。
6 C. R, B; V' f: Z  h- x! H2)   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。
/ ^! \) }- e7 O! v3)   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。
! Q$ ~* f7 L. |7 [5)   时钟到达APB2总线外设。
3 v& G" o; I% X1 G& m6 \9 r+ P( o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)
3 D( ~$ l) E1 j4 h% q8 V{
        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
        RCC_DeInit();                                                             （2）
8 a6 F- Z7 q, G: v# h2 B8 |        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
. }7 K6 h$ j0 U- p        {
0 _" a, h! P7 T5 G, Z% C- X( U                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
1 {. ~' i& l8 f) D: l) T4 f                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
) v( ~+ V3 L" r! d* H: \1 c+ `" t                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
0 N- n. p- [+ b* Y8 k                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
8 x$ {+ I$ N- h4 V                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }
5 }0 }6 I. h1 M& S0 I6 w; \

Haiting32451

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