3.STM32F429时钟系统配置方法

在前几篇文章中我想把一些基础的部分简单总结一下：首先是前两篇文章，学习一个mcu就要先对它的外设有初步的理解，还有要使用的HAL库，它相当于我们的代码与硬件之间连接的桥梁；这篇博客会总结一下429时钟树的一些知识，还有时钟配置函数；再之后可能还会总结基于SysTick的延时函数、程序执行流程、中断、DMA等。

1.时钟系统

1.1.时钟源

F429有5个时钟源：HSI，HSE，LSI，LSE，PLL(PLL，PLLI2S，PLLSAI)。HSI，HSE，PLL是高速时钟，LSI，LSE是低速时钟。HSE，LSE是外部时钟源。

1. LSI是低速内部时钟，32kHz左右RC振荡器，独立看门狗和自动唤醒单元。
2. LSE是低速外部时钟，32.768kHz石英晶体，RTC 的时钟源。
3. HSE是高速外部时钟，4MHz~26MHz，板子是25M。可以做为系统时钟或PLL输入。
4. HSI是高速内部时钟，16MHz，系统时钟或PLL输入。仅需几个微秒就能启动，但是精度差。当HSE故障时，HSI是备用时钟。
5. PLL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，共有3个PLL：
   a) 主PLL由HSE或者HSI提供时钟信号，有两个不同的输出时钟。第一个PLLCLK用于生成高速的系统时钟（最高180MHz）。第二个PLLQ为48M，用于USB OTG FS，随机数发生器和SDIO时钟。
   b) PLLI2S在I2S和SAI1上实现高品质音频
   c) PLLSAI用于SAI输入时钟，LCD_TFT接口时钟。

1.2.系统时钟SYSCLK计算

主PLL时钟来若自HSE，也就是25MHz的外部晶振，先经过分频系数为M的分频器，再经过倍频系数为N的倍频器，还需要经过分频系数为 P（第一个输出 PLLP）或者 Q（第二个输出 PLLQ）的分频器分频之后，最后生成最终的主PLL时钟。我们设置M=25，N=360，P=2，则生成的高速时钟 PLLP（也就是PLLCLK）为180MHz。下图为在CubeMX中配置主时钟，HSE可以由有源或无源晶振或提供。当使用有源晶振时，时钟从OSC_IN进入，OSC_OUT 悬空；选用无源晶振时，时钟从OSC_IN 和 OSC_OUT进入，并且要配谐振电容。


但是 USB OTG FS的情况比较特殊，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。野火教程中将N设为336，PLLCLK=VCOCLK/2=168M，USBCLK=336/7=48M，也就是PLLCLK降频了。正点原子教程中选择超频的方法，设N=432，USBCLK=432/9=48M，此时PLLCLK=216MHz。

1.3.AHB和APB总线时钟

AHB总线时钟HCLk由SYSCLK经AHB预分频器分频后得到，分频系数由RCC_CFGR的HPRE 位设置，设为1分频，即HCLK=SYSCLK=180M。AHB上的外设有FSMC，RNG，DCMI，USB OTG FS，USB OTG HS，以太网MAC，DMA，SRAM，Flash，RCC，CRC，GPIO。
APB1总线时钟PCLK1由HCLK经低速APB预分频器得到，分频系数由RCC_CFGR 的PPRE1位设置，配置PCLK1=HCLK/4=45M。总线上的外设有UART2/3/4/5/7/8，DAC，PWR，CAN1/2，I2C1/2/3，I2S2/3，SPI2/3，RTC，TIM2/3/4/5/6/7/12/13/14。
APB2总线时钟PCLK2由HCLK经高速APB2预分频器得到，由RCC_CFGR的PPRE2位设置。PCLK2=HCLK/2=90M。总线上的外设有SPI1/4/5/6，TIM1/8/9/10/11，EXTI，SYSCFG，ADC1/2/3，USART1/6。

1.4.其它时钟

1. 独立看门狗时钟源只能是低速LSI，32kHz左右。
2. RTC 时钟源可以选择 LSI，LSE，以及HSE分频后的时钟（通过 RCC_BDCR选择），一般选择 LSE，即外部32.768Khz。
3. MCO1和MCO2分别是向PA8和PC9输出时钟。MCO1的四个时钟来源分别为：HSI/LSE/HSE/PLL；MCO2的四个时钟来源分别为：HSE/PLL/SYSCLK/PLLI2S，最大不超过100MHz。
4. I2S时钟源可以是PLLI2S_R 时钟或外部时钟I2S_CKIN（通过寄存器I2SSRC选择），原子的教程播放音频用的SAI，没用I2S。
5. LCD-TFT（LTDC）接口时钟唯一来源是PLLSAI_R。
6. SAI1_A的时钟，通过寄存器SAI1ASRC选择内部PLLSAI_Q、PLLI2S_Q或外部I2SCKIN作为时钟。原子教程使用SAI1_A驱动 WM8978，时钟来自PLLSAI_Q。
7. LTDC的时钟固定为PLLSAI_R。
8. Systick的时钟源可以是AHB时钟HCLK或HCLK/8。

2.时钟配置函数

2.1.SystemInit函数

该函数在system_stm32f4xx.c中实现，在启动文件startup_stm32f429xx.s中被调用。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（默认开启HIS），即配置系统时钟为16MHz，没有像标准库的SystemInit一样进行时钟的初始化配置。
3. 外部存储器配置。
4. 中断向量表地址配置。

void SystemInit(void)
{
	/* FPU 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-----------*/
	RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;//打开 HSION 位
	RCC->CFGR = 0x00000000;//复位 CFGR 寄存器
	RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;//复位 HSEON, CSSON and PLLON 位
	RCC->PLLCFGR = 0x24003010; //复位寄存器 PLLCFGR
	RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;//复位 HSEBYP 位
	RCC->CIR = 0x00000000;//关闭所有中断
	#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;
	#else
		SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET;
	#endif
}

2.2.Stm32_Clock_Init函数

该函数除了配置SYSCLK值外，还配置了AHB，APB1和APB2的分频系数，也就是确定了HCLK，PCLK1和PCLK2的时钟值，是正点原子教程里的时钟初始化函数，在HAL_Init()之后调用。

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
    
    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);
    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);
}

该函数步骤如下：

1. 使能PWR时钟：调用__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()。
2. 设置调压器输出电压级别：调用__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG()。
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，配置好后调用函数 HAL_RCC_OscConfig()。
5. 配置系统时钟源以及AHB,APB1和APB2的分频系数，配置好后调用函数HAL_RCC_ClockConfig()。

2.3.一些汇编指令

//关闭所有中断(但是不包括fault和NMI中断)
__asm void INTX_DISABLE(void)
{
	CPSID   I
	BX      LR	  
}
//开启所有中断
__asm void INTX_ENABLE(void)
{
	CPSIE   I
	BX      LR  
}
//设置栈顶地址
//addr:栈顶地址
__asm void MSR_MSP(u32 addr) 
{
	MSR MSP, r0 			//set Main Stack value
	BX r14
}