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。
1 N3 L! a4 {4 u4 J; B   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。
6 [: x5 ^6 I& i' k4 g$ D         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。
% a* z5 R0 M; r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）
5    PLL输入选择位
6    RTC时钟选择位
# N% J$ U& O! g1 H7    PLL1分频数寄存器
8    PLL1倍频寄存器
9    系统时钟选择位
9 V$ J8 n) J( e10            USB分频寄存器
) }+ P# J. i# v( S8 n' Y$ b11            AHB分频寄存器
/ e/ g  K* J) i9 }3 s( [1 X12            APB1分频寄存器
13            AHB总线
, N4 {0 G. }5 L* j9 ]14            APB1外设总线
15            APB2分频寄存器
16       APB2外设总线
( M; u" y% u' {* N, h0 d17            ADC预分频寄存器
18            ADC外设
: X! [  a, j$ ~: ~% K19            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
STM32时钟树.jpg
图1  STM32的时钟树
5 o' H* j+ g, f  t# h. O" X; ]4 f* I   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
( G8 r& f( r* h, ]+ f" }对此条时钟路径做如下解析：
3 B: A$ F8 H+ g% x" K$ S6 E* H对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
4 Q; `% L7 D+ K$ F  x1 s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）；
! I, g9 X* z5 A/ p$ B( i7 i2 t$ 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）；
对于8，设置PLL倍频数（假设9倍频）；
, D+ M* \9 ~0 p+ 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 Y/ B! a& t' n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；
- }; d. A! {. c# M) y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；
0 v3 k. ^. s" K5 {- {+ q6 Z7 u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）；
0 m& T; u7 a$ m8 V. s对于7，设置外部晶振的分频数（假设1分频）；
% {3 Z' D# b8 H, \, k; z- w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 u; J5 d7 r3 C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）；
2 E5 O  b# ^- p8 |4 D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）：
- h' G+ H8 `; \9 |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。
9 Q" Q- e& O- R, c2)   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。
& W7 ~% s: \4 x. l# g% S& ?8 P3)   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。
9 I/ L! `7 F! o5 g# `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)
/ R8 n' U$ q( w. G6 i{
' d% [" X2 @8 {% J# {* r1 _- T' c% p9 V        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
        RCC_DeInit();                                                             （2）
        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
! c1 j. J* a& @# S( P# d        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
7 ~$ a8 w9 l9 C7 S        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
        {
$ L2 K/ x/ k( `( s. ~3 A; ]) ~! K                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
5 F  |- ^  K! Q7 ?6 @- U                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
/ o) E3 q% f: p( L  ~5 L                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
1 I6 F# w1 a9 d% ?+ k! e                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
( ^' _: m, w7 {) L3 {                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
, v0 j5 w( l: e$ ^" D# F                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
# S" r9 O# J7 f$ u* L! I                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
) \! S" t9 ?+ Y' n5 z                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
* W5 _7 z* ?1 L$ q( F' ?2 x/ |        }
3 j& p( I7 D1 |% m, v# I1 F9 i) r

Haiting32451

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