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。
) _& D/ g# y9 T   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。
, V" I% X" f! L         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
1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
  u& x- p5 y, p$ p5 Q2 ^; o2     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
6    RTC时钟选择位
7    PLL1分频数寄存器
7 Q6 Q% i/ a* I8    PLL1倍频寄存器
5 ]1 F* q4 q( e% K" B# j9    系统时钟选择位
10            USB分频寄存器
11            AHB分频寄存器
; S8 v" @$ s, u! p7 t8 C12            APB1分频寄存器
* a3 o/ A  N2 H8 \/ }& K8 ~13            AHB总线
# L! @. M. A( I% C14            APB1外设总线
15            APB2分频寄存器
16       APB2外设总线
17            ADC预分频寄存器
18            ADC外设
; {8 ]7 @. k$ C& W! ~( j; K+ W19            PLL2分频数寄存器
$ }/ W$ E: r: a2 Q5 h0 ]20            PLL2倍频寄存器
21            PLL时钟源选择寄存器
* x, ^7 v- i# _22            独立看门狗设备
23       RTC设备
" @2 o+ C% r! ?" J3 z# dSTM32时钟树.jpg
. Y* {5 x( y/ A# p! s  Y4 v0 u图1  STM32的时钟树
+ x! A; z+ A& \   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”：
% {/ G7 ~& ]) a2 J7 i7 ^* e3——5——7——21——8——9——11——13
5 Q$ v1 t5 ~0 a1 D) T4 U, `对此条时钟路径做如下解析：
6 J3 _' f; q  U, [! Q对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
& F' o% Q- V* N+ y. z9 x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）；
# A) N7 r* S) ]$ W8 g对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
1 i* `0 M' l. d4 W, o2 ?. ]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 l$ D5 e/ H( O- f! T: x: t对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
8 K" d5 `7 w9 {- r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；
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）；
/ V8 z: p' h( j0 I8 o- r对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
; _% `" v1 W2 Q5 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）；
9 f/ |. W1 C% C; m. D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）；
+ v& \, d4 m7 E- y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）：
3 f; `# i( j, f) R' 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。
. c! i6 `, B) ]( o0 L9 ^9 K  L0 o# U2)   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。
7 q% j6 {8 l9 i3)   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)
5 ]% v0 O2 n4 u' u. O, ^0 w& v{
        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
+ g9 }8 e5 S& \/ c3 b8 L        RCC_DeInit();                                                             （2）
9 a! @+ [2 L  N7 T6 g% D        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
3 E0 V3 u8 l7 g4 }        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
* K5 M) b! i3 K        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
* ~) d9 d' C! j: C' x6 P6 F7 a7 d        {
3 Y/ ~9 V0 I' p$ n- z                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
4 H: r) Q5 z& d                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
7 F' P& O" j: y                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
. v! ~+ Z" c* i1 H2 o) m) s1 w                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
8 }/ v% e8 w7 r2 @! P                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
0 ?' J; X$ K+ P5 e" P5 R                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
/ \! `" B# W; D; B. E                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
- c/ o2 q  N, \+ D& o- r. n* g                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
! _: O4 `6 `: |6 ]# ^                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }
' n. r! c0 j$ D9 |0 Z% e2 t8 j

Haiting32451

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