送给新手：STM32的时钟树解析

liao821

STM32的时钟树
4 x0 ~2 Z# h+ p/ P; ^         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。
7 M% L$ S; O6 P+ 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。
         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
( W0 O3 O3 y, M( c4 a! M$ R1     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）
/ ?$ K: j: z3 x* p3 x' \2 w1 _5    PLL输入选择位
6    RTC时钟选择位
7    PLL1分频数寄存器
  z' Y$ g, W! Z; W5 P0 X/ T8    PLL1倍频寄存器
, w/ {5 q) `7 m, n. Z$ o) E9    系统时钟选择位
, n! X) U6 H9 u: |! _8 I+ E10            USB分频寄存器
3 f) y3 j0 P4 Z- e- H, |11            AHB分频寄存器
12            APB1分频寄存器
  h# r- @1 @- E13            AHB总线
8 a% e( W+ `$ U7 }' R8 X14            APB1外设总线
# u) n7 \3 o+ `7 D& L/ Y& M15            APB2分频寄存器
+ |6 G/ s( H, a$ g% I/ ]0 J16       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
0 x$ A3 _, U( k! f, s, Z8 D$ C* @20            PLL2倍频寄存器
, P3 @$ [: V8 v4 ?21            PLL时钟源选择寄存器
22            独立看门狗设备
23       RTC设备
STM32时钟树.jpg
3 s4 O: R; ]/ V; J- ]5 m0 H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”：
, m3 v; z9 ]: S" n1 y3——5——7——21——8——9——11——13
) Q% g$ I( a0 i9 M对此条时钟路径做如下解析：
  i/ t% [- }  h  N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）；
' t! n' k$ e% M对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
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）；
* B& N- s9 M4 X1 U% `+ X4 }对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
5 M% [2 \  |! s& T; k- ~! l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）；
; L( |# w% G: W; u7 o+ d- k/ Y对于11，设置AHB总线分频数（假设1分频）；
3 n3 b5 G+ a3 q) m$ a8 d- K* \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 q  m% l! X$ Y3——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；
) K& f  D; {7 t! T) m5 Z7 I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）；
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）；
: z% I/ ^( T0 V) W1 ^# E5 z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）；
. H' _2 \, r+ U1 w: F& U( U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）：
* C8 {1 L  J9 P4 r1)   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。
* e% a3 ^2 [  m2 P9 W2)   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。
/ Y0 A# F- k+ l6 B3)   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。
0 |( b+ d$ o. N' n! z4)   时钟到达APB2预分频器，由15经过APB2预分频器后速率仍为72MHz。
$ d# v: c+ Q9 u1 z  j1 j# G5)   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：
' N+ `$ H' U% dvoid RCC_Configuration(void)
{
" q1 k8 x- k* Z        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
+ D8 V7 d# S- `        RCC_DeInit();                                                             （2）
        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
8 `4 t$ o4 v7 N, @+ g; X- N        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
        {
                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
' Y  i1 _, V  X  G0 K* S, N2 {                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
' D4 a9 L6 n- h4 W3 U6 v& \1 D                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
" [1 ^! H) V% g+ G                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
& }% m; F) d- B                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
3 I1 J$ P# [7 J6 D, {& |                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
8 J6 N3 ?. s7 s! W: N0 c                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
- |" L, B$ C$ I* n* ~3 n        }

Haiting32451

学习中，谢谢分享
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