送给新手：STM32的时钟树解析

liao821

STM32的时钟树
5 U1 `* L2 d5 q: I8 u! H1 I         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+ [+ F% ]/ W) m   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。
% d- F5 S8 l& u0 n3 f  ~8 E1 ^         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。
7 h* v4 g) Y, g" `+ O' e2 `8 ~标号            图1标号释义
1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
2     外部低速振荡器（LSE，32.768Khz）
3    外部高速振荡器（HSE，3-25MHz）
/ i2 W7 Z4 E/ Z4    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
8    PLL1倍频寄存器
9    系统时钟选择位
) j/ D3 A- f2 |, B+ _; A8 S) [10            USB分频寄存器
* }' n* t1 A; Q( j  W$ `3 c( s# J11            AHB分频寄存器
" \0 G; t' m6 q  k- U+ J, V6 S, o12            APB1分频寄存器
0 |: N( F8 N* K" g13            AHB总线
14            APB1外设总线
: N8 H, g: l% q+ U15            APB2分频寄存器
" K) K6 X  r3 k0 Z* ^16       APB2外设总线
17            ADC预分频寄存器
18            ADC外设
2 ~# d  J9 `: h19            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
23       RTC设备
: W* |7 Y4 t/ [3 K3 z. ]STM32时钟树.jpg
- [. f/ I( u7 ~: h  h7 j图1  STM32的时钟树
; |* f( I7 l+ T* C: u* w   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”：
: N* I) Y1 ?- x7 [4 \5 P: I$ n3——5——7——21——8——9——11——13
" }% L7 i% L8 l3 t- A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）；
9 f' g) D5 \3 x3 K; O4 o% m# V1 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）；
! T  c0 U* u- d/ ~1 c6 u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：
9 d9 ~: m9 q$ v3——5——7——21——8——9——11——15——16
" G5 S* N. s5 W对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
  l$ g' b0 R3 T( J( \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）；
& I3 z/ e& y0 x0 v对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
( o  i3 _2 ]( 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）；
$ y% A6 G* C- D2 {0 w! L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）；
对于15，设置APB2总线分频数（假设1分频）；
3 o' i' s# |$ b2 r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）：
1)   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。
; H+ q  D4 J! T  N( W) A5 N2)   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。
( p# K( o! c: _0 P# f' @/ ^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。
5)   时钟到达APB2总线外设。
0 u, d/ B: b% ^/ @& t1 u( n' Z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)
{
- h6 `4 ~( Z+ b% _/ j; g: b8 h        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
        RCC_DeInit();                                                             （2）
        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
1 Z+ v3 \6 H; J% L- R/ Z        {
                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
  b4 d1 D( ~9 E% e& ?                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
6 @% v) P/ N( ~7 x8 M1 a                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
: T3 A& R3 q( S$ ?& p                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
) v$ {: T# t1 H0 a, X! _                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
6 F. F5 x4 E3 t) p2 Q                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }
6 h- Z4 h: O: b$ h; g; Z* b7 p

Haiting32451

学习中，谢谢分享