4.配置系统时钟思路及方法

news2024/10/7 6:39:31

 前言：

         比起之前用过的三星的猎户座4412芯片，STM32F4的系统时钟可以说是小巫见大巫，首先我们需要清晰时钟产生的原理：几乎大多数的芯片都是由晶振产生一个比较低频的频率，然后通过若干个PLL得到单片机能承受的频率（作为主频），再通过其他手段将PLL出来的频率降频分给其他外设使用。一个时钟树一般先对复杂，我们先调出主频（及编程好时钟源、PLL倍频这一部分）其他的之后再说，如此编程才不会太复杂。

        实际上这个一般厂家会给一个配置文件的，但是如果要自己做些超频之类的操作，就要彻底掌握时钟树的配置了，见人见智，追求技术的这个内容是逃不掉的。

        编程思路：1.PLL倍频因子配置 2..PLL时钟源激活和切换(上电后单片机会选择一个默认的时钟源，可能是晶振也可能是内部RC电路产生的频率) 3.切换系统时钟

时钟资源概览：

        下面先看一下我们这个F4的系统时钟资源，查看手册可知系统复位后是默认选择HSI这个内部RC电路产生的时钟作为这个单片机的系统时钟，但是我们要的是PLL产生的时钟。

        下面看手册PLL配置的说明（可以把时钟树截图出来作参考，不过主要编程还是靠手册的文字描述），可知RCC_PLLCFGR 可以用来配置PLL （PLLI2S可以先不管，先搞出主频再说），那就配置它吧。寄存器就不放出来了，自己看手册，这里给出寄存器各个位的配置值及解释

RCC_PLLCFGR寄存器配置

可见:
PLL = VCO / PLLP
VCO = PLL时钟源*（PLLN / PLLM）
一共涉及P / N / M 三个因子，以及PLL时钟源。
        PLL就是我们要选的系统时钟，PLL = 168M，如果PLLP选的是2,那么VCO就得是168*2 = 336 。VCO是336，我们的PLL时钟源如果选的是外部晶振（探索者这个开发板上晶振是8M），那么PLLN/PLLM就得等于 VCO / PLL时钟源 = 336 / 8 = 42 ,所以PLLN除以PLLM必须是等于42，PLLN配置为336（可以在192和432这个数值间任意取），则PLLM配置为 336 / 42 = 8 .分频因子就搞定了。
下面开始配置 RCC_PLLCFGR：
bit[5:0]:    设置PLLM为8，即0x8<<0
bit[14:6]:  设置PLLN为336，即336<<6
bit[17:16]:设置PLLP为2，即0<<16
bit[22]:     设置PLL和PLLI2S时钟源，设为1<<22,选择HES晶振
bit[27:24]:设置USB OTG之类的时钟，随便设一个，0x7<<24
其他使用默认值，编程如下： 
RCC->PLLCFGR = 0x24003010 ;//复位值
RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 | 0<<16 | 336<<6 | 0x8<<0 ;
这样PLL就配置好了，PLL的时钟源我们选择的是HES，它还没有激活，所以 在PLL配置这一步之前，还需要将HSE激活

RCC_CR寄存器配置

查看手册HSE部分，可知要换时钟源要操作RCC_CR寄存器，时钟中断我们不需要。
同样，配置寄存器RCC_CR：（真真苦力活~）
bit[0]:    HSI的开关，这个呢暂时还不能关闭，要让HSE生效之后才能关闭，不然单片机一个时钟都没有没法工作。
bit[1]:    HSI的状态 1是ok，0是不ok
bit[16]:  HSE的开关，置为1<<16,打开
bit[17]:  HSE的状态，它就绪之后才能配置PLL，配置完PLL才能切换系统时钟(HSI时钟---->>PLL时钟)
bit[18]:  HSE时钟旁路，这个要关掉，因为我们要用的是HSE晶振，配置为0<<18
bit[24]:  PLL的开关，这个还没配置好之前要关掉
bit[25]：PLL是否稳定的标志
其他不管，RCC->CR复位时的默认值是 让HSI正常工作的，其他都是0，所以不改动它原有的，在它原有的值基础上进行幅值
1.配置使得HSE开始工作： 
RCC->CR | = 1<<16；
u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了
if(retry==0X1FFF)status=1;    //当然如果超过了一定时间也会跳出，表示HSE无法就绪

2.打开PLL并等待其稳定

RCC->CR|=1<<24;			//打开主PLL
while((RCC->CR&(1<<25))==0);//等待PLL准备好

使PLL倍频出很高的频率

有了上面的东西，我们就可以使PLL倍频出很高的频率了，结合上面两个寄存器：

RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 | 0<<16 | 336<<6 | 0x8<<0 ;//配置PLL倍频因子

RCC->CR | = 1<<16；//激活HSE晶振
u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了
if(retry==0X1FFF)status=1; 

else{//激活HSE完成了

		RCC->CR|=1<<24;			//打开主PLL
		while((RCC->CR&(1<<25))==0);//PLL稳定


}

现在PLL理论上已经有了晶振倍频后的频率了，下面切换PLL作为系统时钟：

切换PLL作为系统时钟

查看手册，知道RCC_CFGR是管这个事的：再一波嘎嘎配置

bit[1:0]：0x2<<0        切换PLL作为系统时钟

bit[3:2]：这两个位可以读出是否切换完成，如果读出来是0x2就是切换成PLL成功

bit[7:4]：这四个位是配置AHB分频的，我记得是不分频的，设为0000 即0x0<<4

bit[12:10]: 这三个位是配置APB1分频的 设为4分频，即0x5<<10

bit[15:13]：这三个位是配置APB2分频的 设为2分频，即0x4<<13

bit[20:16]：这五个位是配置RTC分频的 可以先随便设一个设为HSE/2，即0x2<<16

其他不用管

即
 

RCC_CFGR = 0；//清零

RCC_CFGR = 0x2<<16 | 0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 | 0x2<<0 ;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频

while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功. 

这样，综合上面所有的代码就是：

    u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
    u8 status=0;   
    
//按照上面的分析思路，编程流程就是：

//1.配置PLL倍频因子
    RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 |0<<16 |336<<6 |0x8<<0 ;

//2.激活HSE晶振
    RCC->CR |= 1<<16;
    while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了

    if(retry==0X1FFF)status=1;
    else{
    //激活HSE完成了
     
//3.打开PLL等待PLL输出稳定
     RCC->CR|=1<<24;			
     while((RCC->CR&(1<<25))==0);

//4.切换PLL输出为系统时钟
     RCC->CFGR = 0;//清零
     RCC->CFGR =0x2<<16 |0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 |0x2<<0;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频
     while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功.现在主频是168M了
    }

验证测试：

下面可以用串口来打印，验证是不是设置完成。

可见是ok了的~说明上面的系统时钟配置没问题。main函数

疑难杂症：

如果你的整个main函数是这样的：是配置完时钟后也是没法正常工作的

#include "sys.h"
#include "usart.h" 
#include "delay.h" 

u16 myconut;
//systick中断服务函数,使用OS时用到
void SysTick_Handler(void)
{	
    myconut++;
    if(myconut>=1000){
        myconut=0;
        printf("hello\r\n");
    }

}

int main(void)
{ 
	u8 t=0;

    
    u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
    u8 status=0;
    

    
//按照上面的分析思路，编程流程就是：

//1.配置PLL倍频因子
    RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 |0<<16 |336<<6 |0x8<<0 ;

//2.激活HSE晶振
    RCC->CR |= 1<<16;
    while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了

    if(retry==0X1FFF)status=1;
    else{
    //激活HSE完成了
     
//3.打开PLL等待PLL输出稳定
     RCC->CR|=1<<24;			
     while((RCC->CR&(1<<25))==0);

//4.切换PLL输出为系统时钟
     RCC->CFGR = 0;//清零
     RCC->CFGR =0x2<<16 |0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 |0x2<<0;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频
     while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功.现在主频是168M了
    }


	delay_init(168);		//初始化延时函数
    
    NVIC_SetPriorityGrouping(2);
    SysTick_Config(168000);//1ms中断一次
    NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);
    
	uart_init(84,115200);	//串口初始化为115200
	while(1)
	{

	}
}

原因是缺少了这样几行关于CPU的代码：将它加在时钟配置代码的上方即可正常运行了

    	FLASH->ACR|=1<<8;		//指令预取使能.
		FLASH->ACR|=1<<9;		//指令cache使能.
		FLASH->ACR|=1<<10;		//数据cache使能.
		FLASH->ACR|=5<<0;		//5个CPU等待周期.

        正点原子是把它放在时钟配置里的，我也不知道为啥，但是我觉得它和时钟配置是没什么关系的，应该是另一部分的知识。正点原子时钟配置中还有这样两句关于电源的代码，我实测去掉也是可以的，不过应该还是加上比较好，但是时钟配置的部分手册没有提到，我也就没有在上面说，以免它出现的很突兀。同样要加的话加在时钟配置代码之前即可。

		RCC->APB1ENR|=1<<28;	//电源接口时钟使能
		PWR->CR|=3<<14; 		//高性能模式,时钟可到168Mhz

完事了~系统时钟就是这样配置啦，这个算是简单的，像能跑linux的那种芯片，就得依靠厂家给的来写或者修改了，自己写的总有不到位的地方~

整个main.c代码如下：

#include "sys.h"
#include "usart.h" 
#include "delay.h" 
//ALIENTEK 探索者STM32F407开发板 实验0
//新建工程实验  
//技术支持：www.openedv.com
//广州市星翼电子科技有限公司
u16 myconut;
//systick中断服务函数,使用OS时用到
void SysTick_Handler(void)
{	
    myconut++;
    if(myconut>=1000){
        myconut=0;
        printf("hello\r\n");
    }

}

int main(void)
{ 
	u8 t=0;
    //plln,pllm,pllp,pllq
	//Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);//设置时钟,168Mhz
    
    
    u16 retry=0;//这个只是提供短暂延时的变量
    u8 status=0;
    
    //CPU相关的初始化
    FLASH->ACR|=1<<8;		//指令预取使能.
    FLASH->ACR|=1<<9;		//指令cache使能.
    FLASH->ACR|=1<<10;		//数据cache使能.
    FLASH->ACR|=5<<0;		//5个CPU等待周期. 
    //电源相关的初始化
    RCC->APB1ENR|=1<<28;	//电源接口时钟使能
    PWR->CR|=3<<14; 		//高性能模式,时钟可到168Mhz
    
//按照博客的分析思路，系统时钟配置的编程流程就是：

//1.配置PLL倍频因子
    RCC->PLLCFGR = 0x7<<24 | 1<<22 |0<<16 |336<<6 |0x8<<0 ;

//2.激活HSE晶振
    RCC->CR |= 1<<16;
    while(((RCC->CR&(1<<17))==0)&&(retry<0X1FFF))retry++;//跳出循环后说明HSE ok了

    if(retry==0X1FFF)status=1;
    else{
    //激活HSE完成了
     
//3.打开PLL等待PLL输出稳定
     RCC->CR|=1<<24;			
     while((RCC->CR&(1<<25))==0);

//4.切换PLL输出为系统时钟
     RCC->CFGR = 0;//清零
     RCC->CFGR =0x2<<16 |0x4<<13 | 0x5<<10 | 0x0<<4 |0x2<<0;//切换PLL为系统时钟并且设置其他分频
     while((RCC->CFGR&(3<<2))!=(2<<2));//等待主PLL作为系统时钟成功.现在主频是168M了
    }


	delay_init(168);		//初始化延时函数
    
    NVIC_SetPriorityGrouping(2);
    SysTick_Config(168000);//1ms中断一次
    NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);
    
	uart_init(84,115200);	//串口初始化为115200
	while(1)
	{

	}
}

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