STM32时钟系统和SysTick定时器

STM32时钟系统

STM32F429的时钟树如下图所示

时钟树

STM32有5个时钟源：HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为16MHz，精度不高。可以直接作为系统时钟或者用作PLL时钟输入。

HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~26MHz。
LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为32kHz，提供低功耗时钟。主要供独立看门狗和自动唤醒单元使用。

LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。RTC
PLL为锁相环倍频输出。

PLL为锁相环倍频输出。STM32F4有三个PLL:

主PLL(PLL)由HSE或者HSI提供时钟信号，并具有两个不同的输出时钟。

①第一个输出PLLP用于生成高速的系统时钟（最高180MHz）

②第二个输出PLLQ为48M时钟，用于USB OTG FS时钟，随机数

发生器的时钟和SDIO时钟。

第一个专用PLL(PLLI2S)生成精确时钟，在I2S和SAI1上实现高品质音频

N是用于PLLI2S vco的倍频系数，其取值范围是：192~432；

R是I2S时钟的分频系数，其取值范围是：2~7；

Q是SAI时钟分频系数，其取值范围是：2~15；P没用到。

第二个专用PLL(PLLSAI)同样用于生成精确时钟，用于SAI1输入时钟，同时还为LCD_TFT接口提供精确时钟。

N是用于PLLSAI vco的倍频系数，其取值范围是：192~432；

Q是SAI时钟分频系数，其取值范围是：2~15；

R是时钟的分频系数，其取值范围是：2-7；

主PLL时钟计算——PLLCLK= HSE * N / (M*P)

主PLL时钟计算

系统时钟SYSCLK有三个时钟源：

HSI振荡器时钟。HSE振荡器时钟。PLL时钟。

Stm32_Clock_Init时钟系统初始化函数剖析

在系统启动之后，程序会先执行 HAL 库定义的 SystemInit 函数，进行系统一些初始化配置

Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
        IMPORT  SystemInit      //先
        IMPORT  __main          //后

                 LDR     R0, =SystemInit
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main
                 BX      R0
                 ENDP

转入SystemInit函数

void SystemInit(void)
{
  /* FPU浮点计算 设置 ------------------------------------------------------------*/
  #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
  #endif
  /* 复位 RCC 时钟配置为默认配置 ------------*/
  /*打开 HSION 位 系统默认使用HSI时钟*/
  RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

  /* 复位 CFGR 寄存器  */
  RCC->CFGR = 0x00000000;

  /* 复位 HSEON, CSSON and PLLON 位  */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  /* 复位寄存器 PLLCFGR  */
  RCC->PLLCFGR = 0x24003010;

  /* 复位 HSEBYP 位  */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  /* 关闭所有中断  */
  RCC->CIR = 0x00000000;

#if defined (DATA_IN_ExtSRAM) || defined (DATA_IN_ExtSDRAM)
  SystemInit_ExtMemCtl(); 
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */

  /*  配置中断向量表地址=基地址+偏移地址  ------------------*/
#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
}

从上面代码可以看出，SystemInit 主要做了如下四个方面工作：

1） FPU 设置

2）复位 RCC 时钟配置为默认复位值（默认开始了 HIS）

3）外部存储器配置

4）中断向量表地址配置

HAL 库的 SystemInit 函数并没有像标准库的 SystemInit 函数一样进行时钟的初始化配置。HAL库的 SystemInit 函数除了打开 HSI 之外，没有任何时钟相关配置，所以使用 HAL 库我们必须编写自己的时钟配置函数。打开工程模板SYSTEM分组下面定义的sys.c 文件中的时钟初始化函数 Stm32_Clock_Init 的内容：

时钟系统配置一般步骤：

①使能PWR时钟：调用函数__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()。

②设置调压器输出电压级别：调用函数__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG()。

调压器输出级别

③选择是否开启Over-Driver功能：调用函数HAL_PWREx_EnableOverDrive()。

④配置时钟源相关参数：调用函数HAL_RCC_OscConfig()。

1	HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_OscConfig(RCC_OscInitTypeDef *RCC_OscInitStruct);

查看RCC_OscInitTypeDef结构体的成员变量

typedef struct 
{   
	uint32_t OscillatorType;   //需要选择配置的振荡器类型       
	uint32_t HSEState;     //HSE 状态        
	uint32_t LSEState;      //LSE 状态                    
	uint32_t HSIState;      //HIS 状态       
	uint32_t HSICalibrationValue;  //HIS 校准值   
	uint32_t LSIState;       //LSI 状态       
	RCC_PLLInitTypeDef PLL;   //PLL 配置 
}RCC_OscInitTypeDef;

设置RCC_PLLInitTypeDef结构体类型的PLL。

typedef struct 
{   
    uint32_t PLLState;  //PLL 状态   
    uint32_t PLLSource; //PLL 时钟源   
    uint32_t PLLM;   //PLL 分频系数 M   
    uint32_t PLLN;    //PLL 倍频系数 N   
    uint32_t PLLP;    //PLL 分频系数 P   
    uint32_t PLLQ;   //PLL 分频系数 Q 
}RCC_PLLInitTypeDef;

⑤配置系统时钟源以及AHB,APB1和APB2的分频系数：调用函数HAL_RCC_ClockConfig()。

1	HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef *RCC_ClkInitStruct, uint32_t FLatency);

RCC_ClkInitTypeDef结构体类型：

typedef struct
{
  uint32_t ClockType;           /* 时钟源类型
  #define RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK             ((uint32_t)0x00000001)
  #define RCC_CLOCKTYPE_HCLK               ((uint32_t)0x00000002)
  #define RCC_CLOCKTYPE_PCLK1              ((uint32_t)0x00000004)
  #define RCC_CLOCKTYPE_PCLK2              ((uint32_t)0x00000008)
  提供了四种时钟源类型*/
    

  uint32_t SYSCLKSource;          /*系统时钟时钟源类型选择三种HSI,HSE,PLLCLK    */

  uint32_t AHBCLKDivider;         /*AHB分频系数   */

  uint32_t APB1CLKDivider;        /*APB1分频系数 */

  uint32_t APB2CLKDivider;        /*APB2分频系数 */

}RCC_ClkInitTypeDef;

Stm32_Clock_Init（）函数实例

//时钟系统配置函数
//Fvco=Fs*(plln/pllm);
//SYSCLK=Fvco/pllp=Fs*(plln/(pllm*pllp));
//Fusb=Fvco/pllq=Fs*(plln/(pllm*pllq));

//Fvco:VCO频率
//SYSCLK:系统时钟频率
//Fusb:USB,SDIO,RNG等的时钟频率
//Fs:PLL输入时钟频率,可以是HSI,HSE等. 
//plln:主PLL倍频系数(PLL倍频),取值范围:64~432.
//pllm:主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频),取值范围:2~63.
//pllp:系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2,4,6,8.(仅限这4个值!)
//pllq:USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2~15.

//外部晶振为25M的时候,推荐值:plln=360,pllm=25,pllp=2,pllq=8.
//得到:Fvco=25*(360/25)=360Mhz
//     SYSCLK=360/2=180Mhz
//     Fusb=360/8=45Mhz
//返回值:0,成功;1,失败
void Stm32_Clock_Init(u32 plln,u32 pllm,u32 pllp,u32 pllq)
{
    HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStructure; 
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStructure;
    
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能PWR时钟
    
    //下面这个设置用来设置调压器输出电压级别，以便在器件未以最大频率工作
    //时使性能与功耗实现平衡，此功能只有STM32F42xx和STM32F43xx器件有，
    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);//设置调压器输出电压级别1
    /*
    设定了三个不同的级别
    #define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1         PWR_CR_VOS             180 MHz   
	#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2         PWR_CR_VOS_1           168 MHz 
	#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3         PWR_CR_VOS_0           120 MHz. 
	*/

/*--------------------步骤④-----------------------------*/
    RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;    //时钟源为HSE
    RCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON;                      //打开HSE
    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;//打开PLL
    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;//PLL时钟源选择HSE
    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLM=pllm; //主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频),取值范围:2~63.
    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLN=plln; //主PLL倍频系数(PLL倍频),取值范围:64~432.  
    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLP=pllp; //系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2,4,6,8.(仅限这4个值!)
    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLQ=pllq; //USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2~15.
    ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化
	
    if(ret!=HAL_OK) while(1);
    
    ret=HAL_PWREx_EnableOverDrive(); //开启Over-Driver功能
    if(ret!=HAL_OK) while(1);
    
    //选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2
    RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);//通过或运算提供了4种时钟源类型。
    RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;//设置系统时钟时钟源为PLL
    RCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;//AHB分频系数为1
    RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV4; //APB1分频系数为4
    RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2; //APB2分频系数为2
    ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_5);//同时设置FLASH延时周期为5WS，也就是6个CPU周期。
		
    if(ret!=HAL_OK) while(1);
}