秉火429笔记之八 RCC时钟
目录
1. RCC 作用概述
RCC ：reset clock control 复位和时钟控制器。
设置系统时钟SYSCLK、设置AHB分频因子（决定HCLK等于多少）、设置APB2分频因子（决定PCLK2等于多少）、设置APB1分频因子（决定PCLK1等于多少）、设置各个外设的分频因子；控制AHB、APB2和APB1这三条总线时钟的开启、控制每个外设的时钟的开启。对于SYSCLK、HCLK、PCLK2、PCLK1这四个时钟的配置一般是：HCLK = SYSCLK=PLLCLK = 180M，PCLK1=HCLK/2 = 90M，PCLK1=HCLK/4 = 45M。如果需要使用USB，HCLK=168M为宜。
2. RCC框图剖析—时钟树
数据手册F429 时钟树
- HSE 高速外部时钟信号
外部时钟信号，可由有源晶振或无源晶振提供，频率范围 4-26MHZ。若使用HSE作为时钟源，当HSE故障时，将会切换到HSI，直到HSE恢复正常，HSI=16MHZ.
- 锁相环PLL
PLL的主要作用是对时钟进行倍频，然后把时钟输出到各个功能部件。PLL有两个，一个是主PLL，另外一个是专用的PLLI2S，他们均由HSE或者HSI提供时钟输入信号.
主PLL有两路的时钟输出，第一个输出时钟PLLCLK用于系统时钟，F429里面最高是180M，第二个输出用于USB OTG FS的时钟（48M）、RNG和SDIO时钟（<=48M）。专用的PLLI2S用于生成精确时钟，给I2S提供时钟。
HSE或者HSI经过PLL时钟输入分频因子M（2~63）分频后，成为VCO的时钟输入，VCO的时钟必须在1~2M之间，我们选择HSE=25M作为PLL的时钟输入，M设置为25，那么VCO输入时钟就等于1M.
VCO输入时钟经过VCO倍频因子N倍频之后，成为VCO时钟输出，VCO时钟必须在192~432M之间。我们配置N为360，则VCO的输出时钟等于360M。如果要把系统时钟超频，就得在VCO倍频系数N这里做手脚。PLLCLK_OUTMAX = VCOCLK_OUTMAX/P_MIN = 432/2=216M，即F429最高可超频到216M。
VCO输出时钟之后有三个分频因子：PLLCLK分频因子p，USB OTG FS/RNG/SDIO时钟分频因子Q，分频因子R（F446才有，F429没有）。p可以取值2、4、6、8,我们配置为2，则得到PLLCLK=180M。Q可以取值4~15，但是USB OTG FS必须使用48M，Q=VCO输出时钟360/48=7.5，出现了小数这明显是错误，权衡之策是是重新配置VCO的倍频因子N=336，VCOCLK=1M*336=336M，PLLCLK=VCOCLK/2=168M，USBCLK=336/7=48M，细心的读者应该发现了，在使用USB的时候，PLLCLK被降低到了168M，不能使用180M，这实乃ST的一个奇葩设计。因此，通常对时钟无高速需求的情况下，配置为168M为宜。
- 系统时钟SYSCLK
系统时钟来源可以是：HSI、PLLCLK、HSE，具体的由时钟配置寄存器RCC_CFGR的SW位配置.
- AHB总线时钟HCLK
系统时钟SYSCLK经过AHB预分频器分频之后得到时钟叫APB总线时钟，即HCLK，分频因子可以是:[1,2,4，8，16，64，128，256，512]，具体的由时钟配置寄存器RCC_CFGR的HPRE位设置。
通常情况下，设置为1分频，即HCLK=SYSCLK。
- APB2总线时钟HCLK2
APB2总线时钟PCLK2由HCLK经过高速APB2预分频器得到，分频因子可以是:[1,2,4，8，16]，具体由时钟配置寄存器RCC_CFGR的PPRE2位设置。。HCLK2属于高速的总线时钟，片上高速的外设就挂载到这条总线上.
通常情况下，设置为2分频，即PCLK2 = HCLK /2。
- APB1总线时钟HCLK1
APB1总线时钟PCLK1由HCLK经过低速APB预分频器得到，分频因子可以是:[1,2,4，8，16]，具体由时钟配置寄存器RCC_CFGR的PPRE1位设置。HCLK1属于低速的总线时钟，最高为45M，片上低速的外设就挂载到这条总线上.
通常情况下，设置为4分频，即PCLK1 = HCLK/4。
- RTC时钟
RTCCLK 时钟源可以是 HSE 1 MHz（ HSE 由一个可编程的预分频器分频）、 LSE 或者 LSI时钟。选择方式是编程 RCC 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR) 中的 RTCSEL[1:0] 位和 RCC时钟配置寄存器 (RCC_CFGR) 中的 RTCPRE[4:0] 位。所做的选择只能通过复位备份域的方式修改。我们通常的做法是由LSE给RTC提供时钟，大小为32.768KHZ。LSE由外接的晶体谐振器产生，所配的谐振电容精度要求高，不然很容易不起震。
- 独立看门狗时钟
独立看门狗时钟由内部的低速时钟LSI提供，大小为32KHZ
- I2S时钟
I2S时钟可由外部的时钟引脚I2S_CKIN输入，也可由专用的PLLI2SCLK提供，具体的由RCC 时钟配置寄存器 (RCC_CFGR)的I2SSCR位配置。我们在使用I2S外设驱动W8978的时候，使用的时钟是PLLI2SCLK，这样就可以省掉一个有源晶振。
- ETH PHY以太网时钟
429要想实现以太网功能，除了有本身内置的MAC之外，还需要外接一个PHY芯片，常见的PHY芯片有DP83848和LAN8720，其中DP83848支持MII和RMII接口，LAN8720只支持RMII接口。秉火F429开发板用的是RMII接口，选择的PHY芯片是LAB8720。使用RMII接口的好处是使用的IO减少了一半，速度还是跟MII接口一样。当使用RMII接口时，PHY芯片只需输出一路时钟给MCU即可，如果是MII接口，PHY芯片则需要提供两路时钟给MCU。
- USB PHY时钟
F429的USB没有集成PHY，要想实现USB高速传输的话，必须外置USB PHY芯片，常用的芯片是USB3300。当外接USB PHY芯片时，PHY芯片需要给MCU提供一个时钟。外扩USB3300会占用非常多的IO，跟SDRAM和RGB888的IO会复用的很厉害。
- MCO时钟输出
MCO是microcontroller clock output的缩写，是微控制器时钟输出引脚，主要作用是可以对外提供时钟，相当于一个有源晶振。F429中有两个MCO，由PA8/PC9复用所得。MCO1所需的时钟源通过 RCC 时钟配置寄存器 (RCC_CFGR) 中的 MCO1PRE[2:0] 和 MCO1[1:0]位选择。MCO2所需的时钟源通过 RCC 时钟配置寄存器 (RCC_CFGR) 中的 MCO2PRE[2:0] 和 MCO2位选择。
3. 编程要点
- 开启HSE/HSI ，并等待 HSE/HSI 稳定
- 设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
- 设置PLL的时钟来源，设置VCO输入时钟 分频因子PLL_M，设置VCO输出时钟
- 倍频因子PLL_N，设置PLLCLK时钟分频因子PLL_P，设置OTG FS,SDIO,RNG
- 时钟分频因子 PLL_Q
- 开启PLL，并等待PLL稳定
- 把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
- 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
- 官方有快捷配置工具
4. 源码实例
#include "./rcc/bsp_clkconfig.h"
#include "stm32f4xx_rcc.h"
/*
* 使用HSE时，设置系统时钟的步骤
* 1、开启HSE ，并等待 HSE 稳定
* 2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
* 3、设置PLL的时钟来源
* 设置VCO输入时钟 分频因子 m
* 设置VCO输出时钟 倍频因子 n
* 设置PLLCLK时钟分频因子 p
* 设置OTG FS,SDIO,RNG时钟分频因子 q
* 4、开启PLL，并等待PLL稳定
* 5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
* 6、读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
*/
/*
* m: VCO输入时钟 分频因子，取值2~63
* n: VCO输出时钟 倍频因子，取值192~432
* p: PLLCLK时钟分频因子 ，取值2，4，6，8
* q: OTG FS,SDIO,RNG时钟分频因子，取值4~15
* 函数调用举例，使用HSE设置时钟
* SYSCLK=HCLK=180M,PCLK2=HCLK/2=90M,PCLK1=HCLK/4=45M
* HSE_SetSysClock(25, 360, 2, 7);
* HSE作为时钟来源，经过PLL倍频作为系统时钟，这是通常的做法
* 系统时钟超频到216M爽一下
* HSE_SetSysClock(25, 432, 2, 9);
*/
void HSE_SetSysClock(uint32_t m, uint32_t n, uint32_t p, uint32_t q)
{
__IO uint32_t HSEStartUpStatus = 0;
// 使能HSE，开启外部晶振，秉火F429使用 HSE=25M
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
// 等待HSE启动稳定
HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
{
// 调压器电压输出级别配置为1，以便在器件为最大频率
// 工作时使性能和功耗实现平衡
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
PWR->CR |= PWR_CR_VOS;
// HCLK = SYSCLK / 1
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
// PCLK2 = HCLK / 2
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);
// PCLK1 = HCLK / 4
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4);
// 如果要超频就得在这里下手啦
// 设置PLL来源时钟，设置VCO分频因子m，设置VCO倍频因子n，
// 设置系统时钟分频因子p，设置OTG FS,SDIO,RNG分频因子q
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE, m, n, p, q);
// 使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
// 等待 PLL稳定
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
{
}
/*-----------------------------------------------------*/
//开启 OVER-RIDE模式，以能达到更高频率
PWR->CR |= PWR_CR_ODEN;
while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODRDY) == 0)
{
}
PWR->CR |= PWR_CR_ODSWEN;
while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODSWRDY) == 0)
{
}
// 配置FLASH预取指,指令缓存,数据缓存和等待状态
FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN
| FLASH_ACR_ICEN
| FLASH_ACR_DCEN
| FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
/*-----------------------------------------------------*/
// 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
// 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
{
}
}
else
{ // HSE启动出错处理
while (1)
{
}
}
}
/*
* 使用HSI时，设置系统时钟的步骤
* 1、开启HSI ，并等待 HSI 稳定
* 2、设置 AHB、APB2、APB1的预分频因子
* 3、设置PLL的时钟来源
* 设置VCO输入时钟 分频因子 m
* 设置VCO输出时钟 倍频因子 n
* 设置SYSCLK时钟分频因子 p
* 设置OTG FS,SDIO,RNG时钟分频因子 q
* 4、开启PLL，并等待PLL稳定
* 5、把PLLCK切换为系统时钟SYSCLK
* 6、读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
*/
/*
* m: VCO输入时钟 分频因子，取值2~63
* n: VCO输出时钟 倍频因子，取值192~432
* p: PLLCLK时钟分频因子 ，取值2，4，6，8
* q: OTG FS,SDIO,RNG时钟分频因子，取值4~15
* 函数调用举例，使用HSI设置时钟
* SYSCLK=HCLK=180M,PCLK2=HCLK/2=90M,PCLK1=HCLK/4=45M
* HSI_SetSysClock(16, 360, 2, 7);
* HSE作为时钟来源，经过PLL倍频作为系统时钟，这是通常的做法
* 系统时钟超频到216M爽一下
* HSI_SetSysClock(16, 432, 2, 9);
*/
void HSI_SetSysClock(uint32_t m, uint32_t n, uint32_t p, uint32_t q)
{
__IO uint32_t HSIStartUpStatus = 0;
// 把RCC外设初始化成复位状态
RCC_DeInit();
//使能HSI, HSI=16M
RCC_HSICmd(ENABLE);
// 等待 HSI 就绪
HSIStartUpStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
// 只有 HSI就绪之后则继续往下执行
if (HSIStartUpStatus == RCC_CR_HSIRDY)
{
// 调压器电压输出级别配置为1，以便在器件为最大频率
// 工作时使性能和功耗实现平衡
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
PWR->CR |= PWR_CR_VOS;
// HCLK = SYSCLK / 1
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
// PCLK2 = HCLK / 2
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2);
// PCLK1 = HCLK / 4
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4);
// 如果要超频就得在这里下手啦
// 设置PLL来源时钟，设置VCO分频因子m，设置VCO倍频因子n，
// 设置系统时钟分频因子p，设置OTG FS,SDIO,RNG分频因子q
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI, m, n, p, q);
// 使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
// 等待 PLL稳定
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
{
}
/*-----------------------------------------------------*/
//开启 OVER-RIDE模式，以能达到更高频率
PWR->CR |= PWR_CR_ODEN;
while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODRDY) == 0)
{
}
PWR->CR |= PWR_CR_ODSWEN;
while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODSWRDY) == 0)
{
}
// 配置FLASH预取指,指令缓存,数据缓存和等待状态
FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN
| FLASH_ACR_ICEN
|FLASH_ACR_DCEN
|FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
/*-----------------------------------------------------*/
// 当PLL稳定之后，把PLL时钟切换为系统时钟SYSCLK
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
// 读取时钟切换状态位，确保PLLCLK被选为系统时钟
while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
{
}
}
else
{ // HSI启动出错处理
while (1)
{
}
}
}
// MCO1 PA8 GPIO 初始化
void MCO1_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
// MCO1 GPIO 配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
}
// MCO2 PC9 GPIO 初始化
void MCO2_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
// MCO2 GPIO 配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
}