送给新手：STM32的时钟树解析

liao821

STM32的时钟树
( _9 D8 D. z; q) q         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。
: O9 y( N9 m0 M+ f. C' D! @, I         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）
2     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）
4 C, ~8 n* B) E( v5    PLL输入选择位
5 m9 S% H! ~1 h! n$ ]) W6 u0 Z6    RTC时钟选择位
% B! v2 }( N; k5 Y0 l: [% v7    PLL1分频数寄存器
% p1 K, f1 t$ F8 V8    PLL1倍频寄存器
9    系统时钟选择位
. b  s8 i$ q  T. O' b9 y10            USB分频寄存器
11            AHB分频寄存器
12            APB1分频寄存器
13            AHB总线
% n# B: A; \! S) v6 x7 t; S6 i14            APB1外设总线
15            APB2分频寄存器
& V. I# n8 w' Q& h3 t* {8 m' W16       APB2外设总线
1 @4 X* Z5 J* N5 y7 U/ u& m17            ADC预分频寄存器
, I! z2 M  P7 @+ r! m, W18            ADC外设
; N, @7 T" k4 ]0 M1 O6 C19            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& f: B  u) R$ g' E: O0 ~23       RTC设备
" h2 U. t. @  Q) N; v3 Q9 G! @STM32时钟树.jpg
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”：
3——5——7——21——8——9——11——13
8 j9 k" T2 D. V& U) r对此条时钟路径做如下解析：
( z" Q$ ?' {4 F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 l: ?$ t# {4 B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）；
: l0 K, g; }0 v" E" ^- S, c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 o0 P) B6 E7 Q; s: t; c- I3 V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；
6 b# N8 H( @2 p, M) {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
2 w6 c) T7 |1 Q4 s& K* c! m对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
$ ^/ M1 r( R) a  C1 V/ e2 R' b. 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）；
+ Q% x7 |3 q8 `+ B" p9 ?对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
# d+ N$ u! }3 t0 X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）；
$ w; U# v) {# G1 M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）：
9 l0 t6 q, D% w' Z: 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。
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。
2 E1 Y, i5 f* w2 q. ~5 P6 S$ x3)   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。
% \" N) v' J: ?/ {5)   时钟到达APB2总线外设。
* T3 p7 \# a7 c' y: ]6 i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)
/ I* l3 r# O/ F9 t( d, B$ X{
        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
( u& g6 _$ ~- {+ g% G        RCC_DeInit();                                                             （2）
        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
: ^0 F& ~+ j$ x- t! ^# R+ v        {
0 z% e" \; a  C+ f                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
: I/ W2 `8 E! e  P1 c                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
* D2 t( N/ ~5 U                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
+ ]" |, ?' L: p                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }

Haiting32451

学习中，谢谢分享