一、STM32系統(tǒng)時鐘概述

系統(tǒng)時鐘是STM32微控制器中最重要的部分之一，它負責提供時序信號以驅(qū)動處理器核心、外設(shè)和其他系統(tǒng)模塊的運行。

系統(tǒng)時鐘通常由多個時鐘源、時鐘分頻器和時鐘樹組成，這些組件共同構(gòu)成了系統(tǒng)時鐘的組成和層級結(jié)構(gòu)。

01 前言

在嵌入式系統(tǒng)中時鐘是其脈搏，處理器內(nèi)核在時鐘驅(qū)動下完成指令執(zhí)行，狀態(tài)變換等動作。外設(shè)部件在時鐘的驅(qū)動下完成各種工作，比如串口數(shù)據(jù)的發(fā)送、A/D轉(zhuǎn)換、定時器計數(shù)等等。

02 STM32時鐘源

◆ HSI是高速內(nèi)部時鐘，RC振蕩器，頻率為8MHz。

◆ HSE是高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時鐘源，比較常用的8MHz 12MHz 25MHz。

◆ LSI是低速內(nèi)部時鐘，RC振蕩器，頻率為40kHz。

◆ LSE是低速外部時鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體。

在STM32中每個外設(shè)都有其單獨的時鐘，在使用某個外設(shè)之前必須打開該外設(shè)的時鐘 ，為什么要這么麻煩來設(shè)置每一個外設(shè)的時鐘而不是將所有外設(shè)的時鐘統(tǒng)一打開?因為STM32的外設(shè)繁多，外設(shè)的運作所需要的最佳時鐘各不相同，如果所有時鐘同時運行會給MCU帶來極大的負載，所以STM32為了實現(xiàn)低功耗，而設(shè)計的功能完善構(gòu)成復(fù)雜的時鐘系統(tǒng)，稱之時鐘樹。使外設(shè)功能的時鐘可自配置。

03 STM32 時鐘樹

如果需要精度較高的RTC時鐘，需要使用LSE,頻率為32.768K提供一個精確的時鐘源。

HSI為8M，和HSE相比精度較差，對于性能無要求場景又要節(jié)省成本使用HSI。

在時鐘樹系統(tǒng)中，主時鐘選擇由PLL生成，PLL為鎖相環(huán)倍頻輸出，其時鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz。

css時鐘監(jiān)視系統(tǒng)但HSE失效時自動切換至HSI5、外設(shè)有獨立的時鐘分頻配置，主要有USB、SDIO、FSMC、APB1、APB2、ADC等。APB1和APB2是倆個總線橋：APB1和APB2,其中APB1是低速總線，APB2是全速總線。

以STM32F105為例打開工程選擇HSE,選擇外部晶振作為輸入。

二、STM32時鐘源

時鐘源用來產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘信號，STM32有以下內(nèi)部時鐘源和外部時鐘源：

1. HSE

HSE(High-Speed External)是指高速外部時鐘，使用外部晶振，常見頻率有 8MHz、12MHz、16MHz等。

在STM32微控制器中，HSE通常被配置為系統(tǒng)的主時鐘源，用于產(chǎn)生系統(tǒng)的主時鐘信號。通過將HSE連接到微控制器的時鐘輸入引腳(通常是HSE引腳)，可以將外部晶體振蕩器的時鐘信號輸入到微控制器中。

2. HSI

HSI(High-Speed Internal)是指高速內(nèi)部時鐘，它由微控制器內(nèi)部的8MHz RC振蕩器提供，用于產(chǎn)生系統(tǒng)的主時鐘信號。

HSI可直接作為系統(tǒng)時鐘或2分頻后作為PLL輸入。

LSE(Low-Speed External)是指低速外部時鐘，頻率32.768kHz。它為實時時鐘或其它定時功能提供一個低功耗且精確的時鐘源。

4. LSI

LSI(Low-Speed Internal)低速內(nèi)部時鐘，頻率大約是 40kHz(30kHz~60kHz之間)，它可以在停機或待機模式下運行，可供看門狗使用或自動喚醒使用。

3. 時鐘分頻器

時鐘分頻器是用于將系統(tǒng)時鐘頻率分頻為所需頻率的模塊。在STM32微控制器中，時鐘分頻器可以用于調(diào)整各個外設(shè)的時鐘頻率，以滿足不同外設(shè)的工作要求。

時鐘分頻器有以下幾種類型：

(1)AHB分頻器

用于將系統(tǒng)主時鐘(AHB 總線時鐘)分頻為用于驅(qū)動存儲器和某些外設(shè)的時鐘信號。

AHB是高性能系統(tǒng)總線，主AHB總線用于DMA、中斷控制器等;子AHB總線連接到主AHB總線上，并連接到次要外設(shè)，如GPIO、SPI、I2C等。

(2)APB分頻器

用于將 AHB 總線時鐘分頻為用于驅(qū)動低速外設(shè)的時鐘信號。在STM32中，有兩個APB總線，即APB1和APB2，它們分別驅(qū)動不同類型的外設(shè)。APB 分頻器可以將 AHB 總線時鐘分頻為適合驅(qū)動這些外設(shè)的頻率。

(3)鎖相環(huán)PLL(Phase-Locked Loop)分頻器

用于調(diào)整 PLL 時鐘源的頻率，以產(chǎn)生所需的系統(tǒng)時鐘頻率。通過調(diào)整 PLL 分頻器的分頻系數(shù)，可以實現(xiàn)將外部高頻振蕩器(HSE)的頻率倍增到系統(tǒng)所需的主時鐘頻率。

三、時鐘樹

1. 時鐘樹

時鐘樹是指微控制器中各種時鐘信號之間的關(guān)系和組織結(jié)構(gòu)。

2. 主時鐘輸出MCO(Main Clock Output)

MCO 是 STM32微控制器中的主時鐘輸出功能。通過MCO功能，可以將系統(tǒng)的主時鐘信號輸出到特定的引腳，以供外部設(shè)備使用。

STM32微控制器通常提供一個或多個MCO引腳，用于輸出主時鐘信號。MCO引腳通?？膳渲脼槎喾N功能，如系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)、高速外部時鐘(HSE)、PLL時鐘等。

3. USB預(yù)分頻器

USB預(yù)分頻器的主要作用是根據(jù)輸入時鐘信號的頻率，將其分頻以生成USB所需的時鐘信號。USB通信中的時鐘信號要求精確，因此需要通過預(yù)分頻器來保證時鐘信號的穩(wěn)定和準確性。

如果要在應(yīng)用中使用USB接口，PLL必須被設(shè)置為輸出48或72MHz時鐘，用于提供48MHz的USBCLK時鐘。

4. SYSCLK

SYSCLK是整個系統(tǒng)的主時鐘信號，用于驅(qū)動CPU核心和大多數(shù)外設(shè)的時鐘信號。

SYSCLK的源頭通常來自于STM32微控制器中的晶體振蕩器(HSE)或內(nèi)部RC振蕩器(HSI)。

SYSCLK 最大9倍頻 * 8MHz 可以由PLLCLK提供72MHz頻率。

5. PLLCLK

PLLCLK是指鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生的時鐘信號，PLLCLK的頻率是通過HSE或HSI的頻率進行倍頻得到的。

PLLCLK 可以通過相應(yīng)的寄存器配置來設(shè)置PLL的工作參數(shù)，如倍頻系數(shù)(PLLMUL)、分頻系數(shù)(PLLDIV)，以及時鐘源的選擇(HSE或HSI)。通過合適的配置，可以得到所需的PLLCLK頻率。

6. RTC時鐘

RTC時鐘用于提供準確的實時時鐘和日歷功能，通常與外部32.768kHz晶體振蕩器配合使用。

四、RCC寄存器

RCC(Reset and Clock Control)主要負責系統(tǒng)時鐘的控制和管理，它提供了一系列的寄存器，用于配置和控制處理器的時鐘源、時鐘頻率和時鐘分頻器，以及外設(shè)的時鐘使能和配置。

系統(tǒng)時鐘設(shè)置步驟

1. 步驟說明

選擇時鐘源：

首先需要確定系統(tǒng)時鐘源，通常可以是內(nèi)部時鐘源(HSI 或 HSE)或外部時鐘源(例如外部晶體振蕩器)。

配置時鐘源：

根據(jù)需要，使能并配置所選的時鐘源。對于外部時鐘源，需要配置外部晶體振蕩器(HSE)或外部時鐘輸入(例如 HSE 或者 PLL)。對于內(nèi)部時鐘源，例如 HSI，可以直接使能。

配置 PLL(可選)：

如果需要更高的系統(tǒng)時鐘頻率，則可以配置 PLL 來實現(xiàn)時鐘倍頻。在這一步中，需要設(shè)置 PLL 的輸入時鐘源、倍頻系數(shù)以及輸出時鐘頻率。

配置時鐘分頻器：

配置 AHB、APB1 和 APB2 的分頻系數(shù)，以確定這些總線的時鐘頻率。這些分頻系數(shù)可以根據(jù)系統(tǒng)需求進行調(diào)整，以滿足外設(shè)的時鐘要求。

等待時鐘穩(wěn)定：

對于外部時鐘源(如 HSE)，需要等待其穩(wěn)定后再切換到該時鐘源。

切換系統(tǒng)時鐘：

最后，將系統(tǒng)時鐘切換到所選的時鐘源。確保切換后，系統(tǒng)時鐘以正確的頻率運行，并且各個外設(shè)和總線的時鐘也被正確配置。

配置 Flash 讀取延遲：

根據(jù)新的系統(tǒng)時鐘頻率，配置 Flash 存儲器的讀取延遲以確保穩(wěn)定的 Flash 訪問速度。這一步對于高頻率下的系統(tǒng)運行至關(guān)重要。

五、SystemInit()初始化時鐘分析

系統(tǒng)復(fù)位后，HSI被選為系統(tǒng)時鐘。

在STM32的啟動代碼中，通常會包含一個名為SystemInit()的函數(shù)，該函數(shù)用于初始化系統(tǒng)的時鐘和其他重要的系統(tǒng)配置。