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。
( `& `- J3 G6 s$ C& Y   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。
         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。
; O, Z0 L" p' F+ Z# R; p0 Q* j- B& l0 w标号            图1标号释义
1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
9 n, }6 l( ]1 K  B3 u) A; O2     外部低速振荡器（LSE，32.768Khz）
" _. V( l  q- c5 U: K5 D2 i3    外部高速振荡器（HSE，3-25MHz）
# z+ F+ c& i! B& A4    内部高速振荡器（HIS，8MHz）
1 ^, D% L6 ]8 f1 w+ J. t' e5    PLL输入选择位
+ }, ~# R! T# q3 D) z: v6    RTC时钟选择位
3 e2 r$ S; U% \4 p4 {4 n' `7    PLL1分频数寄存器
8    PLL1倍频寄存器
# ^6 [3 @) c" i; T$ _9    系统时钟选择位
- w0 Z# {- ]! I10            USB分频寄存器
. `% Y% }- [- J. a! P. A11            AHB分频寄存器
12            APB1分频寄存器
, {, w1 z: ?! z* g; q13            AHB总线
14            APB1外设总线
) h; M4 f; o3 h15            APB2分频寄存器
2 `+ d6 l$ R4 v1 n. ]' C9 Z+ Z3 i, `16       APB2外设总线
9 J2 j8 @  F! ]* S( ?! U17            ADC预分频寄存器
18            ADC外设
/ i- u. H( a) s+ ?; F$ L19            PLL2分频数寄存器
% s' }& a& L" i& B$ x20            PLL2倍频寄存器
21            PLL时钟源选择寄存器
22            独立看门狗设备
1 B& E$ N5 b& b  Z  o6 y/ v23       RTC设备
* x& o9 X/ Z5 g3 t; mSTM32时钟树.jpg
$ Z8 A' U" l* |! Q* \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”：
3——5——7——21——8——9——11——13
4 ?% {! ]% d$ s/ C% b2 ?* p% ?; z0 q对此条时钟路径做如下解析：
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）；
2 K1 Y* I# d4 g& C# |% P- x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）；
! K, T# W% }3 J/ \$ e0 m/ e( T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）；
3 I7 o) Z. W% S, D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；
2 _, l9 A0 ]5 ]0 `9 v* Y; J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：
9 \' `9 x$ z7 @7 e' Z3——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；
0 x; R) C9 B1 V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）；
1 e0 k! |# C; b) p5 `$ o# J$ e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）；
5 p" k8 }3 O+ ?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）；
& b+ A8 @3 W& p; c对于15，设置APB2总线分频数（假设1分频）；
对于16，时钟到达APB2总线；
! k. G6 b! C* 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）：
% ]8 S1 G; L9 ]+ u% T1 g3 u* v1)   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 a, ~& o' u" g/ _, G* h) 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。
! r% m5 h5 u. R' F# W3 k3)   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。
/ k. v; s* m/ H4 E4)   时钟到达APB2预分频器，由15经过APB2预分频器后速率仍为72MHz。
! Y" {) a4 k4 c! [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)
' x) H; F8 W; k% {{
8 M2 E) e0 n8 L. u  X. g  j        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
3 E3 |4 |+ e3 o& K6 p        RCC_DeInit();                                                             （2）
        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
& Q9 n- e# p# t7 n8 l        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
; {8 U0 i6 I7 d0 ?; ?) k        {
* _4 s; R5 Z6 S  x                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
0 s1 F7 m# e# r3 I0 ?4 W* T& V+ T$ E% {                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
/ {6 S9 I, f5 D7 `                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
% w: L  h* b( ?! a& G2 i                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
7 T6 |9 Q  X' R                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
: w7 |! ^1 v. P- n8 E+ E+ U                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
( m7 q* ^( R9 J. z& b                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
" ~$ U$ b$ s& d: g1 S+ G2 J        }

Haiting32451

学习中，谢谢分享
4 a/ B4 {) [& _5 p1 U( n