STM32
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周静

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STM32F10xx时钟系统框架是由哪些部分组成的

STM32F10xx时钟系统框架是由哪些部分组成的?
STM32有几个时钟源?
STM32 RCC相关配置寄存器有哪些?

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石栓柱

2021-9-26 14:24:06
  时钟系统框图
  
    观察上图时钟系统框图,可知道
    蓝色矩形表示时钟振荡源(5个):HSI RC、HSE Osc、PLL(锁相环、倍频器)、LSE Osc、LSI RC
      H:快速、L:低速、S:速度、I:内部、E:外部
    灰色梯形表示选择器:通过不同选择器的选择,SYSCLK系统时钟、RTCCLK实时时钟、IWDGCLK独立看门狗时钟、USBCLK USB时钟可有多种选择。
    黄色矩形css表示时钟监视系统:监控若时钟出错,则自动切换为HSI
    白色小矩形:OSC_OUT、OSC_IN表示外接时钟信号。MCO输出内部时钟的引脚PA8。
    绿色矩形表示分频器
  总结:
  STM32 有5个时钟源:HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
  ①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz,精度不高。
  ②、HSE是高速外部时钟,可接石英/陶瓷谐振器,或者接外部时钟源,频率范围为4MHz~16MHz。
  ③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz,提供低功耗时钟。WDG
  ④、LSE是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。RTC
  ⑤、PLL为锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。 倍频可选择为2~16倍,但是其输出频率最大不得超过72MHz。
  系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源:
  ①、HSI振荡器时钟
  ②、HSE振荡器时钟
  ③、PLL时钟
  STM32可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上,可以选择为PLL 输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。
  任何一个外设在使用之前,必须首先使能其相应的时钟。
  几个重要的时钟:
  ①、SYSCLK(系统时钟)
  ②、 AHB总线时钟
  ③、 APB1总线时钟(低速): 速度最高36MHz
  ④、 APB2总线时钟(高速): 速度最高72MHz
  ⑤、 PLL时钟
  RCC相关配置寄存器
  stm32f10x.h中可找到以下结构体。
  typedef struct
  {
  __IO uint32_t CR; //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能和就绪标志位
  __IO uint32_t CFGR; //PLL等的时钟源选择,分频系数设定
  __IO uint32_t CIR; // 清除/使能 时钟就绪中断
  __IO uint32_t APB2RSTR; //APB2线上外设复位寄存器
  __IO uint32_t APB1RSTR; //APB1线上外设复位寄存器
  __IO uint32_t AHBENR; //DMA,SDIO等时钟使能(外设)
  __IO uint32_t APB2ENR; //APB2线上外设时钟使能(外设)
  __IO uint32_t APB1ENR; //APB1线上外设时钟使能(外设)
  __IO uint32_t BDCR; //备份域控制寄存器
  __IO uint32_t CSR; //控制状态寄存器
  } RCC_TypeDef;
  RCC相关文件和固件库源文件
  头文件:stm32f10x_rcc.h、源文件:stm32f10x_rcc.c
  
  systemInit()函数详细解读
  打开项目中:system_stm32f10x.c下面的system_stm32f10x.h可找到systemInit()函数。也可直接从system_stm32f10x.c中找到systemInit()函数的相关定义。
  再打开STM32参考手册6.3小结中,可知时钟控制寄存器(RCC_CR)的相关应用。
  
  
  根据参考手册中关于寄存器CR的介绍可知,CR是32位寄存器。做要打开振荡源HSI RC需要对CR寄存器中最后一位置1,即下面代码的操作:
  /* Set HSION bit */
  RCC-》CR |= (uint32_t)0x00000001;
  因为我们使用的大容量,末尾为HD,故下面这几段代码并不会执行:
  #ifndef STM32F10X_CL
  RCC-》CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
  #else
  RCC-》CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
  #endif /* STM32F10X_CL */
  重置HSEBYP为0.(设置为0相当于关闭)
  /* Reset HSEBYP bit */
  RCC-》CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF
  寄存器CFGR中重置PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE为0.
  /* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
  RCC-》CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
  根据主板的型号,执行对应位置的代码,我们用的是HD,故应该执行#else下的语句,将所有的中断都清理掉。
  #ifdef STM32F10X_CL
  /* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
  RCC-》CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;
  /* Disable all interrupts and clear pending bits */
  RCC-》CIR = 0x00FF0000;
  /* Reset CFGR2 register */
  RCC-》CFGR2 = 0x00000000;
  #elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  /* Disable all interrupts and clear pending bits */
  RCC-》CIR = 0x009F0000;
  /* Reset CFGR2 register */
  RCC-》CFGR2 = 0x00000000;
  #else
  /* Disable all interrupts and clear pending bits */
  RCC-》CIR = 0x009F0000;
  #endif /* STM32F10X_CL */
  下面这些语句也没有执行。
  #if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  #ifdef DATA_IN_ExtSRAM
  SystemInit_ExtMemCtl();
  #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
  #endif
  接下来调用厦门这个函数,可以“Go To Definition of“ SetSysClock();””
  /* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
  /* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
  SetSysClock();
  查看到以下语句:
  static void SetSysClock(void)
  {
  #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
  SetSysClockToHSE();
  #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
  SetSysClockTo24();
  #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
  SetSysClockTo36();
  #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
  SetSysClockTo48();
  #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
  SetSysClockTo56();
  #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
  SetSysClockTo72();
  #endif
  /* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock
  source (default after reset) */
  }
  这边是根据宏定义是哪个,就执行里面的语句,可以接着从中随便“Go To Definition of“ xxx;””选择一个查看,可追溯到以下程序:
  #if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  /* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */
  #define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000
  #else
  /* #define SYSCLK_FREQ_HSE HSE_VALUE */
  /* #define SYSCLK_FREQ_24MHz 24000000 */
  /* #define SYSCLK_FREQ_36MHz 36000000 */
  /* #define SYSCLK_FREQ_48MHz 48000000 */
  /* #define SYSCLK_FREQ_56MHz 56000000 */
  #define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000
  #endif
  这边根据需要,选择不同的频率,不用的频率要相应的注释掉。根据这边,我们知道这边选择的是:SYSCLK_FREQ_72MHz,所以就会执行的函数就是:SetSysClockTo72();即以下程序:
  static void SetSysClockTo72(void)
  {
  __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
  /* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/
  /* Enable HSE */
  RCC-》CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON); /Go To 后,可知是对第20位进行置1,即打开外部高速时钟/
  /等待对应的时钟源稳定,这边使用do while循环实现,判断对应位寄存器的数值是否为1/
  /* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
  do
  {
  HSEStatus = RCC-》CR & RCC_CR_HSERDY; /判断RCC_CR_HSERDY(17位)的数值是否为1/
  StartUpCounter++;
  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));
  if ((RCC-》CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET) /若这边就绪了则执行0x01赋值/
  {
  HSEStatus = (uint32_t)0x01;
  }
  else
  {
  HSEStatus = (uint32_t)0x00;
  }
  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
  {
  /* Enable Prefetch Buffer */
  FLASH-》ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
  /关于flash的设置,要参考STM32参考手册下的STM32FLASHxxxxx里面的STM32F10xxx闪存编程参考手册/
  /* Flash 2 wait state */
  FLASH-》ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
  FLASH-》ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;
  /* HCLK = SYSCLK *//根据判断这两个值是否相等来知道这边分频的系数(倍率),查看手册中关于寄存器CFGR/
  RCC-》CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
  /* PCLK2 = HCLK */
  RCC-》CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
  /* PCLK1 = HCLK /2*/ /这边是二分频/
  RCC-》CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
  #ifdef STM32F10X_CL
  /* Configure PLLs ------------------------------------------------------*/
  /* PLL2 configuration: PLL2CLK = (HSE / 5) * 8 = 40 MHz */
  /* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLL2 / 5 = 8 MHz */
  RCC-》CFGR2 &= (uint32_t)~(RCC_CFGR2_PREDIV2 | RCC_CFGR2_PLL2MUL |
  RCC_CFGR2_PREDIV1 | RCC_CFGR2_PREDIV1SRC);
  RCC-》CFGR2 |= (uint32_t)(RCC_CFGR2_PREDIV2_DIV5 | RCC_CFGR2_PLL2MUL8 |
  RCC_CFGR2_PREDIV1SRC_PLL2 | RCC_CFGR2_PREDIV1_DIV5);
  /* Enable PLL2 */
  RCC-》CR |= RCC_CR_PLL2ON;
  /* Wait till PLL2 is ready */
  while((RCC-》CR & RCC_CR_PLL2RDY) == 0)
  {
  }
  /* PLL configuration: PLLCLK = PREDIV1 * 9 = 72 MHz */ /系统时钟切换成PLL的来源/
  RCC-》CFGR &= (uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLMULL);
  RCC-》CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 |
  RCC_CFGR_PLLMULL9);
  #else
  /* PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
  RCC-》CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
  RCC_CFGR_PLLMULL));
  RCC-》CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
  #endif /* STM32F10X_CL */
  /* Enable PLL */ /第24位,看手册/
  RCC-》CR |= RCC_CR_PLLON;
  /* Wait till PLL is ready */
  while((RCC-》CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
  {
  }
  /* Select PLL as system clock source */
  RCC-》CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
  RCC-》CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;
  /* Wait till PLL is used as system clock source */
  while ((RCC-》CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
  {
  }
  }
  else
  { /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock
  configuration. User can add here some code to deal with this error */
  }
  }
  #endif
  为什么我们的main函数中并没有关于时钟相关的初始化,但是确能实现对时钟的初始化呢?选择工程中的CORE文件夹下的startup_stm32f10x_hd.s的文件,我们可以找到:
  Reset_Handler PROC
  EXPORT Reset_Handler [WEAK]
  IMPORT __main
  IMPORT SystemInit
  LDR R0, =SystemInit
  BLX R0
  LDR R0, =__main
  BX R0
  ENDP
  这个应该是汇编语句吧,看不懂(官方视频也说看不懂)。但是应该是实现的先执行SystemInit函数,然后在执行main函数,这就证明了为什么main函数里面不需要对时钟的初始化。
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