STM32F1开发指南笔记3----STM32系统架构 & 时钟系统

一、STM32系统架构

STM32主系统主要由四个驱动单元和四个被动单元构成。
四个驱动单元是：（图中②③④）
①内核DCode总线
②系统总线
③通用DMA1
④通用DMA2
四个被动单元是：（图中⑥⑦⑧⑨）
①AHB到APB的桥：连接所有的APB设备
②内部flash闪存
③内部SRAM
④FSMC

下面我们具体讲解一下图中几个总线的知识：
①ICode总线：该总线将M3内核指令总线和闪存指令接口相连，指令的预取在该总线上面完成。
②DCode总线：该总线将M3内核的DCode总线与闪存存储器的数据接口相连接，常量加载和调试访问在该总线上面完成。
③系统总线：该总线连接M3内核的系统总线到总线矩阵，总线矩阵协调内核和DMA间访问。
④DMA总线：该总线将DMA的AHB主控接口与总线矩阵相连，总线矩阵协调CPU的DCode和DMA到SRAM，闪存和外设的访问。
⑤总线矩阵：总线矩阵协调内核系统总线和DMA主控总线之间的访问仲裁，仲裁利用轮换算法。
⑥AHB/APB桥：这两个桥在AHB和2个APB总线间提供同步连接，APB1操作速度限于36MHz，APB2操作速度全速（72MHz）。

二、时钟系统

时钟系统是CPU的脉搏，就像人的心跳一样。所以时钟系统的重要性就不言而喻了。STM32的时钟系统比较复杂，不像简单的51单片机一个系统时钟就可以解决一切。于是有人要问，采用一个系统时钟不是很简单吗？为什么STM32要有多个时钟源呢？因为首先STM32本身非常复杂，外设非常多，但是并不是所有外设都需要系统时钟这么高的频率，比如看门狗以及RTC只需要几十K的时钟即可。同一个电路，时钟越快功耗越大，同时抗电磁干扰能力也会越弱，所以对于较为复杂的MCU一般都是采取多时钟源的方法来解决这些问题。

在 STM32 中，有五个时钟源，为 HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，在这 5 个中 HIS，HSE 以及 PLL 是高速时钟，LSI 和 LSE 是低速时钟。从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源，其中 HSE 和 LSE 是外部时钟源，其他的是内部时钟源。下面我们看看 STM32 的 5 个时钟源，我们讲解顺序是按图中红圈标示的顺序：

①HSI 是高速内部时钟，RC 振荡器，频率为 8MHz。
②HSE 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~16MHz。我们的开发板接的是 8M 的晶振。
③LSI 是低速内部时钟，RC 振荡器，频率为 40kHz。独立看门狗的时钟源只能是 LSI，同时 LSI 还可以作为 RTC 的时钟源。
④LSE 是低速外部时钟，接频率为 32.768kHz 的石英晶体。这个主要是 RTC 的时钟源。
⑤PLL 为锁相环倍频输出，其时钟输入源可选择为 HSI/2、HSE 或者 HSE/2。倍频可选择为2~16 倍，但是其输出频率最大不得超过 72MHz。

上面我们简要概括了 STM32 的时钟源，那么这 5 个时钟源是怎么给各个外设以及系统提供时钟的呢？这里我们将一一讲解。我们还是从图的下方讲解起吧，因为下方比较简单。图中我们用 A~E 标示我们要讲解的地方。

A. MCO 是 STM32 的一个时钟输出 IO(PA8)，它可以选择一个时钟信号输出，可以选择为 PLL 输出的 2 分频、HSI、HSE、或者系统时钟。这个时钟可以用来给外部其他系统提供时钟源。

B. 这里是 RTC 时钟源，从图上可以看出，RTC 的时钟源可以选择 LSI，LSE，以及HSE 的 128 分频。

C. 从图中可以看出 C 处 USB 的时钟是来自 PLL 时钟源。STM32 中有一个全速功能的 USB 模块，其串行接口引擎需要一个频率为 48MHz 的时钟源。该时钟源只能
从 PLL 输出端获取，可以选择为 1.5 分频或者 1 分频，也就是，当需要使用 USB
模块时，PLL 必须使能，并且时钟频率配置为 48MHz 或 72MHz。

D. D 处就是 STM32 的系统时钟 SYSCLK，它是供 STM32 中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可选择为 PLL 输出、HSI 或者 HSE。系统时钟最大频率为72MHz，当然你也可以超频，不过一般情况为了系统稳定性是没有必要冒风险去超频的。

E. 这里的 E 处是指其他所有外设了。从时钟图上可以看出，其他所有外设的时钟最终来源都是 SYSCLK。SYSCLK 通过 AHB 分频器分频后送给各模块使用。这些
模块包括：
①、AHB 总线、内核、内存和 DMA 使用的 HCLK 时钟。
②、通过 8 分频后送给 Cortex 的系统定时器时钟，也就是 systick 了。
③、直接送给 Cortex 的空闲运行时钟 FCLK。
④、送给 APB1 分频器。APB1 分频器输出一路供 APB1 外设使用(PCLK1，最大
频率 36MHz)，另一路送给定时器(Timer)2、3、4 倍频器使用。
⑤、送给 APB2 分频器。APB2 分频器分频输出一路供 APB2 外设使用(PCLK2，
最大频率 72MHz)，另一路送给定时器(Timer)1 倍频器使用。

其中需要理解的是 APB1 和 APB2 的区别，APB1 上面连接的是低速外设，包括电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3 等等，APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通 IO 口(PA~PE)、第二功能 IO 口等。居宁老师的《稀里糊涂玩 STM32》资料里面教大家的记忆方法是 2>1， APB2 下面所挂的外设的时钟要比 APB1 的高。

在以上的时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如 AHB 总线时钟、内核时钟、各种 APB1外设、APB2 外设等等。当需要使用某模块时，记得一定要先使能对应的时钟。后面我们讲解实例的时候回讲解到时钟使能的方法。

STM32 时钟系统的配置除了初始化的时候在 system_stm32f10x.c 中的 SystemInit()函数中外，其他的配置主要在 stm32f10x_rcc.c 文件中，里面有很多时钟设置函数，大家可以打开这个文件浏览一下，基本上看看函数的名称就知道这个函数的作用。在大家设置时钟的时候，一定要仔细参考 STM32 的时钟图，做到心中有数。这里需要指明一下，对于系统时钟，默认情况下是在 SystemInit 函数的 SetSysClock()函数中间判断的，而设置是通过宏定义设置的。我们可以看看 SetSysClock()函数体：

这段代码非常简单，就是判断系统宏定义的时钟是多少，然后设置相应值。 我们系统默认宏定义是72MHz：

如果你要设置为36MHz，只需要注释掉上面代码，然后加入下面代码即可：

同时还要注意的是，当我们设置好系统时钟后，可以通过变量SystemCoreClock获取系统时钟值，如果系统是72M时钟，那么SystemCoreClock=72000000.这是在system_stm32f10x.c文件中设置的：

这里总结一下SystemInit()函数中设置的系统时钟大小：
SYSCLK（系统时钟） =72MHz
AHB总线时钟（使用SYSCLK） =72MHz
APB1总线时钟（PCLK1） =36MHz
APB2总线时钟（PCLK2） =72MHz
PLL时钟 =72MHz