下图是STM32的时钟树。从树上我们可以看到,STM32的时钟有两个来源——内部时钟和外部时钟。按时钟频率来分,又分为高速时钟和低速时钟。所以STM32的时钟有四个来源——高速外部时钟信号(HSE)、低速外部时钟信号(LSE)、高速内部时钟信号(HSI)和低速内部时钟信号(LSI),图中分别用蓝色的①~④标注。
①HSE高速外部时钟:由外部4~16MHz的晶体或有源晶振提供,通常采用8MHz,ST三合一板上的也是8MHz。
②LSI低速外部时钟:外部晶体提供,主要是给实时时钟(RTC),一般为32.768kHz。
③HSI高速内部时钟:由内部RC振荡器产生的8MHz时钟,但不够稳定。
④LSI低速内部时钟:内部RC振荡器产生的供给RTC的时钟,频率在30kHz~60kHz之间,通常约40kHz。
时钟在STM32内部最终是供给四大块,图中用红色椭圆圈出——USB的48MHz时钟、系统时钟SYSCLK、实时时钟模块RTC、独立看门狗的时钟IWDGCLK。其中最主要的,也是最大头是系统时钟SYSCLK,它可以是内部或外部高速时钟直接接过来,也可以内、外部高速时钟是PLL倍频后提供的,系统时钟再分别供给Cortex内核、SDIO、AHB总线、DMA、APB1、APB2等。
我们通常是采用外部8MHz高速时钟(HSE),所以着重说HSE。我们以前面的GPIO上的时钟为例,由ST的Datasheet可知,GPIO是在APB2高速外设总线上的,图中绿色的线就是时钟的流程,我们一步步地来看。
8MHz外部晶体(或晶振)输入后,先经过一个开关PLLXTPRE(HSE divider for PLL entry),此开关决定对HSE进行2分频再输入到PLL或直接到PLL。我们选择不分频。
这样时钟又到了第二个开关PLLSRC(PLL entry clock source),此开关决定PLL的时钟来源,是内部高速时钟二分频的时钟还是PLLXTPRE的输出。我们选择后者,这时的时钟在进入PLL前还是8MHz,因为在PLLXTPRE我们没有分频。
到了PLL倍频器,由PLLMUL决定倍频系统数,可以选择2~16倍频输出,但记住,PLL输出频率最高72MHz,所以我们选择9倍频,这样PLL输出就是最高72MHz的PLLCLK时钟了。这时的PLLCLK为USB提供时钟。
开关SW来决定SYSCLK的时钟来源,前面已经提到,这里我们由PLLCLK做为SYSCLK的来源,这样系统时钟SYSCLK就是72MHz了。
在供给外设前,先经过AHB预分频,我们选择不分频;在供给GPIO前,还要再经过APB2预分频,因为APB2为高速外设,所以我们选择不分频,这样GPIO的时钟就是72MHz了。注意,低速外设APB1最高频率为36MHz,所以在使用APB1的外设时,要注意设置好分频系统。还要注意,要使用外设,先要对外设时钟进行使能,见图中黄色云形框。这是因为STM32采用了低功耗的设计,对不使用的外设,其时钟不使能,以达到降低功耗的效果。
时钟的设置在程序中是怎么来实现的呢?这里我们以前面GPIO的程序来一步步分析。当然,前面的程序是基于ST库的,其实也就是分析ST的官方库了。
我们看到main()函数中的第一行代码是调用了一个函数:
SystemInit();
这个函数是在system_stm32f10x.c中:
void SystemInit (void)
{
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
/* Set HSION bit */
RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
/* Reset HSEBYP bit */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
#ifdef STM32F10X_CL
/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x00FF0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#else
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
#ifdef DATA_IN_ExtSRAM
SystemInit_ExtMemCtl();
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif
/* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
/* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
SetSysClock();
#ifdef VECT_TAB_SRAM
SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#else
SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif
}
我们可以看到,程序前面一系统Reset或Disable,最后调用了(红色标记出来)
SetSysClock();
SetSysClock()函数也位于system_stm32f10x.c源文件中:
static void SetSysClock(void)
{
#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
SetSysClockToHSE();
#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
SetSysClockTo24();
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
SetSysClockTo36();
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
SetSysClockTo48();
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
SetSysClockTo56();
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
SetSysClockTo72();
#endif
/* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock
source (default after reset) */
}
因为我们使用的是72MHz时钟,那肯定我们定义了宏SYSCLK_FREQ_72MHz,所以才调用的函数SetSysClockTo72()。我们继续跟踪,会发现在源文件开头,我们的确定义了:
#define SYSCLK_FREQ_72MHz 72000000
在SetSysClockTo72()函数中详细地对72MHz进行设置,这里就不一步步分析。
前面已经提到,在使用外设时,要使能相应的外设时钟,例如,在使用GPIOB进行流水灯实验时,程序中调用了下面的库函数,对外设时钟进行设置:
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
另外,STM32还可以把时钟输出,如图左下角的咖啡色方框里面,可以由MCO决定,PLL时钟二分频或HIS或HSE或系统时钟作为主时钟输出。