TMS320F28335时钟（1） -----PLL倍频器的初始化详解

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PLL作用就是对外部时钟进行倍频，降低产生高频时钟信号的成本。但是倍频配置的时候，需要在特定的条件下更改，因此需要检测PLL工作的各种状态信号，因此PLL有两个配置相关寄存器，PLL状态寄存器PLLSTS和PLL控制寄存器PLLCR。通过对状态寄存器PLLSTS的判断，可以判断PLL的工作状态，在特定的工作状态下，对PLL控制寄存器PLLCR进行配置，最后产生合适的时钟信号CLKIN输入给CPU，完成整个过程的倍频。本文详细介绍了PLL模块，并对初始化过程和初始化代码进行了分析。

1.OSC和PLL模块

OSC和PLL模块方框图如图1所示。

基于 PLL 的时钟模块提供两种操作模式：
• 晶振操作模式：允许使用一个外部晶振/谐振器来提供到器件的时基。
• 外部时钟源操作模式：允许旁通内部振荡器被，时钟由一个 X1 或者 XCLKIN 引脚上的外部时钟源输入生成。

三种输入时钟配置如图2、图3、图4所示

30MHz 外部石英晶振的典型技术规范如下：
• 基本模式、 并联谐振
• CL（ 负载电容） =12pF
• CL1=CL2=24pF
• C并联=6pF
• ESR 范围 = 25 至 40Ω

2.基于 PLL 的时钟模块

TMS320F23885上有一个片载、基于PLL倍频器的时钟模块，它提供所有的时钟信号以及实现对低功耗模式的控制。

PLL作为DSP的时钟重要组成部分，它除了提高系统内部SYSCLKOUT的频率之外，还有一个重要的用途就是监视外部时钟是不是很好的为DSP内部提供系统时钟。
如果PLL处于使能状态，需要监视PPLSTS寄存器中的MCLKSTS位的状态。如果MCLKSTS被置位，则软件要采集恰当的措施保证系统不出现事故，该措施包括使系统停机、复位等。

与PLL配置相关的寄存器有两个：PLL状态寄存器PLLSTS和PLL控制寄存器PLLCR，两个寄存器具体的讲解参见第3节。

两个寄存器中最关键的位域分别为 2位的PLLSTS[DIVSEL]和4位的PLLCR[DIV]。
PLLSTS[DIVSEL]选择CPU时钟的分频系数（/4，/2，/1），PLLCR[DIV] 选择CPU时钟的倍频系数（*1，*2，……，*10）。

比如TMS320F23885最大工作时钟为150MHz，通常外部晶振频率为30MHz，先将30MHz进行10倍频变成300MHz，再对300MHz进行2分频得到150MHz的时钟。（官方例程里产生150MHz的方式）

PLL的设置如表1所示。

分频系数的选择如表2所示。

PLL可能的配置模式如表3所示。

注：
（1）默认情况下，分频系数为4
（2）在改变PLLCR[DIV]倍频系数前，必须满足两个条件：

• PLLSTS[DIVSEL]必须为0，而PLLSTS[DIVSEL]改变时，PLL必须完成锁定状态，即PLLSTS[PLLOCKS]必须为1
• DSP不能工作在limp mode下，即PLLSTS[MCLKSTS]必须为0

（3）一旦PLL稳定之后，会锁定在新的频率下工作，PLLSTS[PLLLOCKS] = 1，可以改变PLLSTS[DIVSEL]。
（4）在写入 PLLCR 寄存器之前， 安全装置模块（看门狗）应该被禁用。
（5）在 PLL 模块稳定后，重新启用安全装置模块（看门狗），重启的时间为 131072 个 OSCCLK 周期。
（6）在 PLL (VCOCLK) 的输出频率不超过300MHz 时候，选择输入时钟和 PLLCR[DIV] 位。
（7）当PLL激活时，即PLL不是旁路（PLLCR[DIV]！=0），必须需要分频器，即分频系数不能为1(PLLSTS[DIVSEL]！=3)，这是因为确保反馈给内核的时钟具有正确的占空比。
（8）只有外部复位信号RST和安全装置（看门狗）产生复位信号时，PLLCR和PLLSTS才会复位到默认值，而调试器和Missing clock detect logic产生的复位信号不会使两者复位到默认值。
（9）PLLCR和PLLSTS是受ELLOW保护的。
特别注意：倍频时一定要分频，不倍频时才允许不分频。

3.PLL配置相关的寄存器

PLL控制寄存器PLLCR如表4所示。

PLL状态寄存器PLLSTS如表5所示。

PLLSTS各位的描述如表6所示

注：跛行模式(limp mode)系统出现问题的时候，控制逻辑能够根据对应的条件进行判断，安排另外的一套控制电平，使得必须控制的负载按照既定的逻辑运行。

4.PLL的初始化

PLL初始化流程图如图2所示。

根据流程图，大致可以描述PLL的初始化过程为：
（1）确保存在OSCCLK，系统能正常工作，即判断PLLSTS[MCLKSTS]==1？
（2）改变PLLCR[DIV]前，确保PLLSTS[DIVSEL]==0
（3）改变PLLCR[DIV]前，禁用主振荡器故障检测逻辑模块，即PLLCR[MCLKOFF]=1
（4）根据需要，改变PLLCR[DIV]
（5）判断PLL是否稳定锁定，即PLLSTS[PLLLOCKS]==1?
（6）使能主振荡器故障检测逻辑模块，即PLLCR[MCLKOFF]=0
（7）根据需要，改变PLLSTS[DIVSEL]

PLL初始化的代码如下（来自官方例程，主要对其注释分析和讲解）。

/*
 * 函数名称：InitPll
 * 函数输入：倍频参数val,分频参数divsel
 *            val取值为0到10，表示倍频数；divsel取值0到4，0和1表示4分频，2表示2分频，3表示不分频
 * 函数输出：无
 * 函数调用：InitPll(10,2);
 * 先将外部时钟倍频10倍，在分频1/2，最后产生的时钟CLKIN输入CPU28x
 */
void InitPll(unsigned short div, unsigned short divsel)
{

   // 确保PLL不是工作在limp mode下，即有外部时钟进入PLL
   if (SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.MCLKSTS != 0)
   {
      //检测到无外部时钟,软件要采集恰当的措施保证系统不出现事故，该措施包括
      //使系统停机、复位等
      //用适合的函数替换下面一行
      // SystemShutdown(); function.
      asm("        ESTOP0");
   }

   // PLLCR从0x0000改变前，PLLSTS[DIVSEL]必须为0
   // 外部RST复位信号会使PLLSTS[DIVSEL]复位
   // 此时分频为1/4
   if (SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.DIVSEL != 0)
   {
       EALLOW;
       SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.DIVSEL = 0;
       EDIS;
   }

   // 前面条件都满足后，可以改变PLLCR[DIV]
   if (SysCtrlRegs.PLLCR.bit.DIV != val)
   {

      EALLOW;
      // 在设置PLLCR[DIV]前，要禁用主振荡器检测逻辑
      //Missing clock detect logic
      SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.MCLKOFF = 1;
      SysCtrlRegs.PLLCR.bit.DIV = div;
      EDIS;

      //等待PLL稳定且处于锁定状态，即PLLSTS[LOCKS]置位
      //等待稳定的时间可能略长，需要禁用看门狗或者循环喂狗

      //屏蔽注释，禁用看门够
      DisableDog();

      while(SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.PLLLOCKS != 1)
      {
          //屏蔽注释，喂狗
          // ServiceDog();
      }

      EALLOW;
      SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.MCLKOFF = 0;
      EDIS;
    }

    // 如果需要分频1/2
    if((divsel == 1)||(divsel == 2))
    {
        EALLOW;
        SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.DIVSEL = divsel;
        EDIS;
    }

    //注意:下面代码只有在PLL是旁路或者关闭模式时，才可被执行，其他模式禁止。
    //倍频时一定要分频，不倍频时才允许不分频
    //如果需要切换分频到1/1
    // * 首先从默认1/4分频切换到1/2分频，让电源稳定
    //   稳定所需要的时间依赖于系统运行速度，此处延时50us只是作为一个特例
    // * 稳定后，再切换到1/1
    if(divsel == 3)
    {
        EALLOW;
        SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.DIVSEL = 2;
        DELAY_US(50L);
        SysCtrlRegs.PLLSTS.bit.DIVSEL = 3;
        EDIS;
    }
}

5.本章小结

本章介绍OSC和PLL模块，阐述了二种外部时钟输入的操作模式，然后对外部时钟进行倍频分析，即PLL模块，对PLL模块的寄存器和操作进行了详细的分析，最后给出了PLL初始化代码并对代码进行了注释分析。对基本设置特别要强调的是PLL倍频时一定要分频，不倍频时才允许不分频。

参考文献

官方资料《TMS320x2833x, 2823x System Control and Interrupts》
http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/sprufb0d/sprufb0d.pdf