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。
# o# ^  B( {/ x" o3 s5 y( I   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。
# R) \+ d! G/ B' f7 [1 i; ?# J         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。
标号            图1标号释义
" D7 F4 Q- @% g, B! w7 b1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
/ O$ T! b/ p! c# k2     外部低速振荡器（LSE，32.768Khz）
! a  V& _! a0 w; y& N+ C) |3    外部高速振荡器（HSE，3-25MHz）
4    内部高速振荡器（HIS，8MHz）
5    PLL输入选择位
& K) G8 Q6 i$ K& I& @6 y; J6    RTC时钟选择位
1 D1 g. b, w; `7    PLL1分频数寄存器
) Y, {2 v( c/ P# V0 ?8    PLL1倍频寄存器
( k  P" f: q: D* z2 i/ a- g, v9    系统时钟选择位
( y! D" i- t8 J- ?$ ?/ H) l$ [10            USB分频寄存器
9 Q& w) ^9 d/ Q" [9 r9 X11            AHB分频寄存器
12            APB1分频寄存器
! ~9 n; ]% J$ [. r+ ~: g, c% `13            AHB总线
14            APB1外设总线
8 R7 H1 l* r9 O, \9 J3 e15            APB2分频寄存器
16       APB2外设总线
' y+ W5 t" o" K# ^7 |17            ADC预分频寄存器
9 i5 ?. I( {  U* T18            ADC外设
19            PLL2分频数寄存器
5 s6 E$ v7 A/ Q) P# ?; [7 W20            PLL2倍频寄存器
2 `3 O1 K0 v, y- p% v21            PLL时钟源选择寄存器
( s" S( u: h" ?! e22            独立看门狗设备
+ _' b2 ]: ]. Y: p1 O& ]% L23       RTC设备
$ z$ @4 h) P; e4 zSTM32时钟树.jpg
  g% U2 h1 M$ d% S6 o( q) m& p4 L* B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”：
1 a6 l, J$ Y! Y5 @$ b3——5——7——21——8——9——11——13
5 q; O$ B( ^, ~( v) m! H6 F对此条时钟路径做如下解析：
9 T3 M( H' g) A对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
; S" P9 ^$ h/ k$ R$ q9 ]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）；
. S% ]& w+ G  `* s0 p# J8 r( ]3 M对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
$ ]8 D5 N  b/ W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）；
, d% {" \  n" {7 Q& g! g对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
# h6 O- ?6 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）；
% u, c3 g7 \' i9 Z2 J* C对于13，时钟到达AHB总线；
* r  x- o' ~5 c7 r& P5 g4 X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
8 J3 {% }6 W  Y5 |" {* t, i对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
# Q8 p2 J( Y2 |$ _1 f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）；
! f+ m* j4 s# 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）；
5 T9 X0 `. C* s8 L3 o1 `+ \, J对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
5 [1 d) f) C2 n2 L9 {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15，设置APB2总线分频数（假设1分频）；
对于16，时钟到达APB2总线；
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）：
) [% t* b* F- }1 w' _3 k1)   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。
, [& T8 i" W1 F  p* d/ @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。
3)   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。
# ~# L1 ?" \! Y4)   时钟到达APB2预分频器，由15经过APB2预分频器后速率仍为72MHz。
, j1 _5 [8 v' W: x; |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：
. r- r/ n  J/ y; ivoid RCC_Configuration(void)
{
8 f  d5 X  ]- p. D        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
( Q; s9 m- B% }* ~9 C* v        RCC_DeInit();                                                             （2）
3 r" A2 E; y, O# H* V" I: r5 Q! G        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
. |+ Z+ D+ N$ w! `0 v1 s" F        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
. W6 ?; T! P+ k7 G$ T        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
        {
                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
& ~& V! k! N. ]! N& Z! `                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
, g2 l+ B, k* Q. {$ q& \                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
/ {6 ^1 J6 x% Q0 \3 X* |                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
) A3 a% R% J3 u3 }! i2 y                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
                  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）
/ R  Q/ M& d  r8 F' F; |                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }
" o" I2 t8 v* U# T

Haiting32451

学习中，谢谢分享
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