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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 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 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 11 AHB分频寄存器 12 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 18 ADC外设 19 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
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对此条时钟路径做如下解析： 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）； 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 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）； 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）； 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）：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。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。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。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。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){ ErrorStatus HSEStartUpStatus; （1） RCC_DeInit(); （2） RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); （3） HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); （4） if(HSEStartUpStatus == SUCCESS) （5） { RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); （6） 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） RCC_PLLCmd(ENABLE); （12） while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); （13） RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); （14） while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08); （15） }}
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对此条时钟路径做如下解析： 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）； 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 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）； 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）； 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）：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。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。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。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。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){ ErrorStatus HSEStartUpStatus; （1） RCC_DeInit(); （2） RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); （3） HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); （4） if(HSEStartUpStatus == SUCCESS) （5） { RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); （6） 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） RCC_PLLCmd(ENABLE); （12） while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET); （13） RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); （14） while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08); （15） }}
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