STM32F207是如何将25M晶振时钟转换为120M系统主频时钟的?

发布时间:2024-06-06  

01

时钟系统介绍

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▲时钟系统专业名词缩写

时钟系统关键组成部分

01

内部高速时钟(HSI)

HSI时钟信号可以通过内部16MHZ的RC振荡器产生,可以直接用于系统时钟或者用于PLL输入。

HSI的RC振荡器的优势是: 在最小成本(没有外部器件)情况下提供一个时钟源。它的启动速度要比HSE晶体振荡器更快,但是即使校准频率后,它的精度仍然小于外部晶体振荡器或陶瓷谐振器。

02

外部高速时钟(HSE)

外部高速时钟信息(HSE)可以通过两个时钟源产生:

① 外部晶体/陶瓷谐振器

② 外部用户时钟

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▲两种时钟源接入示意图

03

主锁相环时钟(PLL)

STM32F2xx具有两个PLL

① 主要的PLL通过HSE或HSI提供时钟,并且有两个输出时钟;

② 专用的PLL(PLLI2S)被用于产生一个精确的时钟去实现高质量音频效果在I2S接口;

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HSE/M*N/P得到PLL时钟

关于PLL锁相环说明

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从1处输入,3处输出是1的N倍。

3处除以N又作为输入,当1和2的频率一样,就锁定了。(之所以图上是xN,因为从2看向3的)

04

低速外部时钟(LSE)

LSE是一个32.768KHZ低速外部晶振或陶瓷谐振器。

它的优点:提供低速但是高精度时钟给RTC外设,为时钟/日历或其他时间应用。

05

低速内部时钟(LSI)

LSI RC作为一个低速时钟源,它可以运行在停止和待机模式中给独立看门狗(IWDG)和自动唤醒(AWU)。它的时钟频率在32MHZ左右。

02

代码分析

时钟初始化代码在system_stm32f2xx.c文件中,大部分时候我们不需要修改时钟代码的,各个总线的频率我们可以在文件头看到。


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  *=============================================================================

  *        Supported STM32F2xx device revision    | Rev B and Y

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        System Clock source                    | PLL (HSE)

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        SYSCLK(Hz)                             | 120000000

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        HCLK(Hz)                               | 120000000

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        AHB Prescaler                          | 1

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        APB1 Prescaler                         | 4

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        APB2 Prescaler                         | 2

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        HSE Frequency(Hz)                      | 25000000

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        PLL_M                                  | 25

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        PLL_N                                  | 240

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        PLL_P                                  | 2

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        PLL_Q                                  | 5

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        PLLI2S_N                               | NA

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        PLLI2S_R                               | NA

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        I2S input clock                        | NA

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        VDD(V)                                 | 3.3

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        Flash Latency(WS)                      | 3

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        Prefetch Buffer                        | ON

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        Instruction cache                      | ON

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        Data cache                             | ON

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *        Require 48MHz for USB OTG FS,          | Enabled

  *        SDIO and RNG clock                     |

  *-----------------------------------------------------------------------------

  *=============================================================================

  ******************************************************************************

在文件开始定义的有系统时钟频率的全局变量SystemCoreClock,其他地方需要时钟频率,可以直接使用该变量。


uint32_t SystemCoreClock = 120000000;

时钟配置从SystemInit函数执行,调用SystemInit的在汇编文件中startup_stm32f2xx.s(Keil编译环境)。


IMPORT  __main

    LDR     R0, =SystemInit

    BLX     R0

    LDR     R0, =__main

    BX      R0

    ENDP

在这里说明一下文档版本的问题:

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▲ STM32F20X_User_manual的V7版和V8版对比图

上述两图的区别是系统最大时钟从120MHZ变成了168MHZ,我的理解是同样是STM32F20X,ST由于技术进步或其他,使得新版STM32F207芯片超频支持168MHZ。

下面我们主要分析SystemCoreClock的120M时钟怎么从一个外部25MHZ的HSE得到的。

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我们要从25MHZ的外部时钟得到120M的系统时钟,需要上图中标注的重要4点:

1、使能HSE

2、选择HSE作为主PLL的输入时钟

3、主PLL倍频后得到120MHZ时钟

4、系统时钟选择主PLL时钟输出作为系统时钟

我们找到对应的代码

1、使能HSE

/* Enable HSE */

  RCC- >CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);


在RCC_CR寄存器(RCCclock control register RCC时钟控制器)中,有打开HSE的控制位

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2、选择HSE作为主PLL的输入时钟


/* Configure the main PLL */RCC- >PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N < < 6) | (((PLL_P > > 1) -1) < < 16) |

                   (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q < < 24);

RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE就是配置HSE作为主PLL的输入时钟


3、主PLL倍频后得到120MHZ时钟


/* Configure the main PLL */RCC- >PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N < < 6) | (((PLL_P > > 1) -1) < < 16) |

                   (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q < < 24);

4、配置主PLL作为系统时钟的输入时钟


/* Select the main PLL as system clock source */RCC- >CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));

RCC- >CFGR |= RCC_CFGR_SW_PL

对于主PLL的配置寄存器,在RCC_PLLCFGR寄存器中有说明


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整理后得知f(out)=f(in)* N / M / P


/* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N */#define PLL_M      25#define PLL_N      240/* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P */#define PLL_P      2

这样就获得了120M时钟


注意:

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PLL_M大于等于2且小于等于63

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PLL_N大于等于64且小于等于432

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PLL_P只能是2、4、6、或8


但2对应0,4对应1,6对应2,8对应3。


ST并没有使用if或case语句判断,因为对应的数据除以2减去1就是寄存器这两位的值,所以可以按照下面这样写,这种写法值得我们学习。


(((PLL_P > > 1) -1) < < 16)

其他外设的时钟配置时


/* HCLK = SYSCLK / 1*/

RCC- >CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;



/* PCLK2 = HCLK / 2*/

RCC- >CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2;



/* PCLK1 = HCLK / 4*/

RCC- >CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4;

** 备 注 **


** 时钟中断**

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可以配置外部晶振出错时的中断,还有RCC中断,因此我们可以在外部时钟出问题时,切换为内部时钟,不至于整个系统挂掉。具体见ST给的官方代码。

无源晶振不起振

没有程序,无源晶振是不起振的,需要配置RCC时钟控制寄存器的HSEON位打开或关闭HSE振荡器。

关于APB和PCLK

F207是时钟图没有显示PCLK1和PCLK2,应该就是APB1和APB2

应该指的是一个PCLK应该是PeripheralClock的简称,看F105手册

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文章来源于:电子工程世界    原文链接
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