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。
   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
6 h1 l$ a! X$ l3 [! }1     内部低速振荡器（LSI，40Khz）
2 i  q# T3 Z8 d- n* t2     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）
6 X' K0 m7 t+ u7 f. [6 j5    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
10            USB分频寄存器
) V% z5 ~. l1 i1 q9 ^; v: X11            AHB分频寄存器
/ L5 C1 r9 v8 G6 n+ R0 d12            APB1分频寄存器
13            AHB总线
14            APB1外设总线
15            APB2分频寄存器
16       APB2外设总线
17            ADC预分频寄存器
4 x0 U8 P' W3 `. G0 w$ `18            ADC外设
5 I4 r$ ]& z3 d- B19            PLL2分频数寄存器
20            PLL2倍频寄存器
21            PLL时钟源选择寄存器
, f' T! D+ d0 K5 O4 b22            独立看门狗设备
" u6 G# u5 v/ c- i- I/ F23       RTC设备
STM32时钟树.jpg
图1  STM32的时钟树
' q* f8 P9 P- }3 P   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
对此条时钟路径做如下解析：
  u+ E8 z3 r  _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）；
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）；
2 t, j1 c! h6 C/ x# [+ v9 P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）；
1 R& _2 N. p' Q6 Y) k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：
3——5——7——21——8——9——11——15——16
0 X3 Y, f8 ]9 x对于3，首先是外部的3-25MHz（前文已假设为8MHz）输入；
1 n3 O, M; t) C( Q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）；
$ s" f# R! O" K  v( A. j: y  i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）；
! A. `) y- {6 D: M8 ^# 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）；
# o) F. J. g! f1 R* Q( w. |对于11，设置AHB总线分频数（假设1分频）；
& u9 y8 U6 d  j( G; |0 y8 C" q对于15，设置APB2总线分频数（假设1分频）；
$ v; b2 ]3 E. n对于16，时钟到达APB2总线；
" B$ E' J# T8 m4 q9 F( W; n- q  l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。
" e# r, \  Y+ u4 A7 \7 K2)   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。
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。
+ {: Q( o7 s5 [0 N) F0 f, Q$ p* L4)   时钟到达APB2预分频器，由15经过APB2预分频器后速率仍为72MHz。
4 \% u% E- y7 w. z* G. x5 T: q( 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：
void RCC_Configuration(void)
4 G$ S$ [& q2 |5 C5 w/ p{
7 y0 @. a$ o, L5 k. @3 t        ErrorStatus HSEStartUpStatus;                                                                                                     （1）
        RCC_DeInit();                                                             （2）
        RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);                                                                                                   （3）
. s0 D0 r0 v8 G' V        HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();                                                                     （4）
$ U0 s4 k$ i; S: T( U  D        if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)                                                                                                （5）
; N* r; i# R. j        {
                   RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);                                                                              （6）
                     RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);                                                                               （7）
                     RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);                                                                                （8）
                    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);                                                                             （9）
, V: i  {" V0 c0 \6 x- B                    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);                                      （10）
                  RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);                                         （11）
/ L. T6 m3 s* \* i! i, ~* d                  RCC_PLLCmd(ENABLE);                                      （12）
                  while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);                                                       （13）
                  RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);                                                               （14）
( \5 ^/ Y7 P2 e7 ~, R- G                  while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);                                                                               （15）
        }
0 W: h5 Y/ J# K- l& G( `

Haiting32451

学习中，谢谢分享
5 G: i$ w& T; F* l1 {) v. e