STM32学习笔记3——时钟树

本文最后更新于：2024年11月4日晚上

0x00 Reference

STM32中的几个时钟SysTick、FCLK、SYSCLK、HCLK - Darrick_Jan - 博客园

0x01 时钟树

A部分表示其他电路需要的输入源时钟信号；B 为一个特殊的振荡电路“PLL”，由几个部分构成；C 为我们重点需要关注的 MCU 内的注释中“SYSCLK”；AHB 预分频器将 SYSCLK 分频或不分频后分发给其他外设进行处理，包括到 F 部分的 Cortex-M 内核系统的时钟。D 和 E 部分分别为定时器等外设的时钟源 APB1/APB2。G 是 STM32 的时钟输出功能，其他部分等我们学习到再详细探讨

0x02 时钟源

对于 STM32F1，输入时钟源（Input Clock）主要包括 HSI，HSE，LSI，LSE。从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，其中 HSI、HSE 高速时钟，LSI 和 LSE 是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源，其中 HSE 和 LSE 是外部时钟源，其他是内部时钟源，芯片上电即可产生，不需要借助外部电路

高速外部振荡器 HSE (High Speed External Clock signal)
外接石英/陶瓷谐振器，频率为 4MHz~16MHz。
低速外部振荡器 LSE (Low Speed External Clock signal)
外接 32.768kHz 石英晶体，主要作用于 RTC 的时钟源。
高速内部振荡器 HSI(High Speed Internal Clock signal)
由内部 RC 振荡器产生，频率为 8MHz。
低速内部振荡器 LSI(Low Speed Internal Clock signal)
由内部 RC 振荡器产生，频率为 40kHz，可作为独立看门狗的时钟源。

芯片上电时默认由内部的 HSI 时钟启动，如果用户进行了硬件和软件的配置，芯片才会根据用户配置调试尝试切换到对应的外部时钟源，所以同时了解这几个时钟源信号还是很有必要的。

0x03 锁相环PLL

锁相环是自动控制系统中常用的一个反馈电路，在 STM32 主控中，锁相环的作用主要有两个部分：输入时钟净化和倍频。前者是利用锁相环电路的反馈机制实现，后者我们用于使芯片在更高且频率稳定的时钟下工作。

锁相环PLL的输出也可以作为芯片系统的时钟源。配置PLL需要配置三个部分

这部分是HSE分频器，HSE分频器可以作为PLL输入，通过PLLXTPRE寄存器来控制分频倍数，可以HSE设置2分频或者不分频
这部分是PLL 时钟源的选择器，PLL可以选择HSE或者HSI作为输入时钟源，通过PLLSRC寄存器控制
这部分是PLL倍频器，它可以对PLL的输入时钟信号进行倍频，可选择 2-16 倍频，通过PLLMUL寄存器控制

0x04 系统时钟SYSCLK

系统时钟SYSCLK为整个芯片提供时钟信号，也就是整个芯片的工作频率。系统时钟还作为其他外设提供时钟信号，其他外设、总线的时钟信号通过SYSCLK倍频或分频获得。

系统时钟可以选择三个来源：外部高速时钟 HSE(8M)、内部高速时钟 HSI(8M)和经过倍频的 PLL CLK

对于配置系统时钟来说，也就是配置时钟信号的来源

0x05 总线时钟

目前已经得到的SYSCLK时钟，并不是内核直接的工作频率，也不是外设直接使用的频率，外设都是挂在总线上的，使用的是总线的频率。而SYSCLK是总线频率的来源。

STM32中的几个时钟SysTick、FCLK、SYSCLK、HCLK - Darrick_Jan - 博客园

HCLK

首先是HCLK，SYSCLK经过分频器得到HCLK，通常不分频

HCLK是AHB总线的频率，此外HCLK还为内存DMA提供频率

FCLK

提供给CPU内核的时钟信号，CPU的主频就是指这个信号

PCLK1

APB1总线时钟频率，由HCLK分频得到，一般使用二分频

PCLK2

APB1总线时钟频率，同样由HCLK分频得到，一般不分频

0x06 时钟配置

下图是STM32C8T6的一个配置图，可以看到其SYSCLK使用的是PLL三倍频后的HSE，使用此配置生成的初始化时钟代码如下


/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;//振荡器类型选择HSE
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;//HSE状态是打开
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;//HSE预分频是DIV1-不分频
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;//使用PLL锁相环
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;//PLL时钟来源选择HSE
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL3;//PLL选择3倍频
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)//调用HAL_RCC_OscConfig进行配置
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  //选择初始化的时钟 HCLK,SYSCLK,PCLK1,PCLK2
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;//SYSCLK时钟源选择PLL
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;//HCLK选择一倍频
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;//PCLK1选择一倍频
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;//PCLK2选择一倍频

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)//配置对应的时钟，并且设置FLASH读写0时延
  {
    Error_Handler();
  }
}

HAL_RCC_ClockConfig的第二个参数是啥？

Flash的读写频率为24MHz，这里的c8t6的主频也是24MHz，所以Flash可以满足CPU每个周期都操作一次。但是当CPU主频继续提高，Flash的工作频率就跟不上CPU了，所以就需要设置时延。打个比方，CPU主频为72MHz，就需要设置时延为2个周期，也就是CPU操作Flash后需要等待2个周期，Flash才能被继续操作，相当于三分频来适应Flash的工作频率