STM32F1 系统架构 &STM32F103 时钟系统
一、STM32F1 系统架构
这里所讲的 STM32 系统架构主要针对的 STM32F103 这些非互联型芯片。首先我们看
看 STM32 的系统架构图：
STM32 主系统主要由四个驱动单元和四个被动单元构成。
下面我们具体讲解一下图中几个总线的知识：
① ICode 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。
② DCode 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。
④ DMA 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。
⑥ AHB/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。
对于系统架构的知识，在刚开始学习 STM32 的时候只需要一个大概的了解，大致知道是个
什么情况即可。对于寻址之类的知识，这里就不做深入的讲解，中文参考手册都有很详细的讲
解。
四个驱动单元是：
内核 DCode 总线;
系统总线;
通用 DMA1;
通用 DMA2;
四被动单元是：
AHB 到 APB 的桥：
连接所有的 APB 设备；
内部 FlASH 闪存；
内部 SRAM；
FSMC;
下面我们具体讲解一下图中几个总线的知识：
① ICode 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。
② DCode 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。
④ DMA 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。
⑥ AHB/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。
对于系统架构的知识，在刚开始学习 STM32 的时候只需要一个大概的了解，大致知道是个
什么情况即可。对于寻址之类的知识，这里就不做深入的讲解，中文参考手册都有很详细的讲
解。
二、STM32F103 时钟树概述
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。 STM32F103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，外设非常的多，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。
首先让我们来看看 STM32F103 的时钟系统图：
在 STM32 中，有五个时钟源，为 HSI、 HSE、 LSI、 LSE、 PLL。
①、 HSI 是高速内部时钟， RC 振荡器， 频率为 8MHz。
②、HSE 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。
③、 LSI 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。
④、 LSE 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。
⑤、 PLL 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。
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。
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。