送给新手：STM32的时钟树解析

liao821

STM32的时钟树
% x) V6 S1 O* ~3 D7 x9 H; k         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。
5 [/ B) q6 C4 m1 `) b9 f2 J. K6 w         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
. p6 }( X" v8 D2 q& V, V9 l. y$ P, c# S1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
9 ~4 b. I0 v4 f; q2     外部低速振荡器（LSE，32.768Khz）
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
. w8 A  o( o7 ]$ e! L+ q6    RTC时钟选择位
7    PLL1分频数寄存器
8    PLL1倍频寄存器
9    系统时钟选择位
$ @5 l* _3 {6 {$ L10            USB分频寄存器
11            AHB分频寄存器
12            APB1分频寄存器
) M0 v1 |3 `9 Z; D8 c' f& I! _" K13            AHB总线
* M0 p$ X3 _3 t8 N9 M1 F1 M5 G  C) n14            APB1外设总线
( V- r$ g6 @' h; Y  N15            APB2分频寄存器
" n6 Z& L8 p( l  U' x0 o$ p16       APB2外设总线
17            ADC预分频寄存器
18            ADC外设
19            PLL2分频数寄存器
20            PLL2倍频寄存器
21            PLL时钟源选择寄存器
22            独立看门狗设备
% E# P# m8 t, ]3 e% q/ t% ?23       RTC设备
STM32时钟树.jpg
图1  STM32的时钟树
, X5 V! t! m8 ^1 d   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
对此条时钟路径做如下解析：
8 j, B7 {* B) U& @7 ~) Z- j0 z6 |5 G对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
% X# S6 k/ }0 H! Y6 ?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）；
  z2 d. H6 Q) n+ R0 \4 L0 {4 Y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）；
7 s, ^0 p- `4 z# s) M! z, U8 o6 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；
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
- i5 G: Y( I* ?  f% O0 W& O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）；
4 `# _3 n  h: {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）；
0 I2 b0 W# h! R& G  u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）；
! Z7 B9 p; ]. h7 N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）；
. _- O: _) l0 a8 E* b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）：
9 @9 c( d9 E! ]  _+ H1)   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。
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。
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。
8 d( T! F* _  i/ U2 {: L6 b3 M5)   时钟到达APB2总线外设。
( U  A/ s9 L% s/ b$ K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)
{
. t  f' l) E3 Q' `( w0 ]3 a6 A        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
) J- _- i3 ^; Y/ P( O        RCC_DeInit();                                                             （2）
        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
        {
                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
+ u. E( N2 X" S, I# z( [" r                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
, E% H- O5 ]& {7 [( I. ?2 f0 q5 g5 L                    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）
/ b& @2 @5 ?2 s4 e3 |* C/ ]) U8 U  w                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
1 \7 V; b( \7 x5 x* N/ F! ?                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }
( T, ?" `7 |; b3 f0 j3 A

Haiting32451

学习中，谢谢分享
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