09. 主频和时钟配置

硬件原理图分析

1. 32.768kHz的晶振，供给RTC实时时钟工作。该晶振不会参与到系统时钟去
2. 在6U的T16和T17这两个IO上，接一个24MHz的晶振，提供整个系统的时钟，是内核和其他外设的时钟源

7路PLL时钟源

I.MX6U 的外设很多，不同外设的时钟源不同，NXP将这些外设的是中原进行分组，一共7组

1. ARM_PLL（PLL1），是供ARM内核使用的，可以通过编程的方式最高可倍频到1.3GHz
2. 528_PLL（PLL2），也叫做System_PLL，是固定的22倍频，不可编程修改。此路PLL时钟=24MHz*22=528MHz。此路分出4路，PLL2_PFD0~PLL2_PFD3，这四路和528PLL共同作为其他很多外设的根时钟源，通常也是I.MX6U内部系统总线的时钟源
3. USB1_PLL（PLL3），主要用于USBPHY，也有四路，PLL3_PFD0~PLL_PFD3。是固定的20倍频，也就是480MHz。虽然主要用于USB1PHY，但是和其他四路也可以作为其他外设的根时钟源
4. USB2_PLL（PLL7），给USB2PHY使用，也是固定的22倍频
5. ENET_PLL（PLL6），固定为20+5/6倍频，也就是500MHz。用于生成网络所需的时钟，可以在此基础上生成25/50/100/125MHz
6. VIDEO_PLL（PLL5），用于显示相关的外设，比如LCD，倍频可以调整，范围是650MHz~1300MHz，最终输出的时候还可以进行分频，可选1/2/4/8/16
7. AUDIO_PLL（PLL4），用于音频相关的外设，倍频可以调整，范围是650MHz~1300MHz，最终输出的时候还可以进行分频，可选1/2/4

时钟树简介

左边的 CLOCK_SWITCHER 就是我们上一小节讲解的那 7 路 PLL 和8 路 PFD，右边的 SYSTEM CLOCKS 就是芯片外设，中间的 CLOCK ROOT GENERATOR 给左边和右边进行牵线搭桥。就负责从7路PLL和8路PFD中选择合适的时钟源给外设用，具体操作就是配置相关寄存器

以ESAI为例，ESAI的时钟图

1. 第一部分是时钟源选择器，ESAI有4个可选时钟源：PLL4、PLL5、PLL_PFD2和PLL3_SW_CLK。具体哪一路是由寄存器CCM->CSCMR2和ESAI_CLK_SEL位来决定的
   
2. 第二部分是ESAI的前级分频，分频值由寄存器CCM_CS1CDR的ESAI_CLK_PRED来确定的，可以设置1~8分频。假如选择PLL4=650MHz，前级选择2分频，那么此时就是650/2=325MHz
3. 第三部分又是一个分频器。分频值由寄存器CCM_CS1CDR 的 ESAI_CLK_PODF 来决定，可设置 1~8 分频。假如我们设置为 8 分频的话，经过此分频器以后的时钟就是 325/8=40.625MHz。因此最终进入到 ESAI 外设的时钟就是40.625MHz。

内核时钟系统主频设置

1. 通过CCM_CACRR的ARM_PODF位（bit3 ~ 0) 对PLL1进行分频，后面没有2分频。
2. PLL1=pll1_sw_clk_sel，通过CCSR的pll1_sw_clk_sel（bit 2）选择，如果为1，就是main_clk，如果是0，就是step_clk。
3. step_clk 通过CCSR的 step_sel 位（bit 8）有两路可以选择，如果是0，频率就是osc_clk，也就是晶振。
4. 时钟切换为临时时钟，也就是step_clk 后 就可以通过寄存器CCM_ANALOG_PLL_ARM的DIV_SELECT位（bit 6~0）修改PLL1的频率。公式为：PLL=24*div_select/2，单位是MHz。例如如果要设置PLL为1056，那么div_select就设置为88。还要设置enable 位（bit 13）为1，也就是使能输出
5. 在切换回PLL1之前，设置CACRR为main_clk

CCM_CACRR

ARM_PODF可以设置0 ~ 7，分别对应1 ~ 8分频。如果要设置内核主频为528MHz，设置2分频，PLL1=1056MHz；如果要设置内核主频为696MHz，就设置1分频，PLL1=696MHz，因为PLL1有最低值和最高值。如果要设置700MHz，只能寻找最接近的值设置

CCSR

通过CCSR寄存器的 pll1_sw_clk_sel 进行数据选择。在修改PLL1的时候，也就是设置系统时钟的时候需要给6ULL一个临时的时钟，也就是step_clk ，在修改PLL1的时候需要将 pll1_sw_clk_sel 修改为 step_clk。

CCM_ANALOG_PLL_ARMn

• ENABLE：时钟输出使能位，设置为1，使能PLL1输出，设置为0就关闭PLL1输出
• DIV_SELECT：设置PLL1的输出频率，范围54~108。CLK=Fin*div_select/2，Fin=24MHz
  修改PLL1时钟频率时要先将内核时钟源改为其他的时钟源，可选时钟源如下：
  

代码实例

// 使能外设时钟
void clk_enable()
{
	CCM->CCGR0=0xffffffff;
	CCM->CCGR1=0xffffffff;
	CCM->CCGR2=0xffffffff;
	CCM->CCGR3=0xffffffff;
	CCM->CCGR4=0xffffffff;
	CCM->CCGR5=0xffffffff;
	CCM->CCGR6=0xffffffff;
}
// 初始化时钟
void imx6u_clkinit()
{
	if((((CCM_CCSR)>>2)&0x1)==0) // 如果此位为0，就是main_clk，需要切换为1
	{
		CCM->CCSR &= ~(1<<8); // 设置step_clk=osc_clk
		CCM->CCSR |= (1<<2);  // 切换为step_clk，就可以修改PLL1
	}
	
	// 设置PLL1为1056MHz
	CCM_ANALOG->PLL_ARM = (1<<13)|((88<<0)&0x7f); // &0x7f就是取低7位
	CCM->CACRR = 1; // 设置为2分频
	CCM->CCSR &= ~(1<<2); // 切换回时钟
}

PFD时钟设置

PLL2的4路设置

用到的寄存器是CCM_ANALOG_PFD_528n

• PFD0_FRAC：设置分频数，PLL2_PFD0 计算公式为528*18/PFD0_FRAC，可设置范围12~35
• PFD0_STABLE：此位为只读位，判断PLL2_PFD0是否稳定
• PFD0_CLKGATE：输出使能位，为1的时候关闭PLL2_PFD0的输出，为0的时候使能输出

PLL3的4路设置

用到的寄存器是CCM_ANALOG_PFD_480n

结构类似，只是计算公式不同。PLL3_PFDX=480*18/PFDX_FRAC

代码实例

	reg = CCM_ANALOG->PFD_528;
	reg &= ~(0x3f3f3f3f); // 将所有位全部清0
	reg |= （32<<24); // PLL2_PFD3=297
	reg |= （24<<16); // PLL2_PFD2=396
	reg |= （16<<8);  // PLL2_PFD1=594
	reg |= （27<<0);  // PLL2_PFD0=352
	CCM_ANALOG->PFD_528=reg;

	reg = CCM_ANALOG->PFD_490;
	reg &= ~(0x3f3f3f3f); // 将所有位全部清0
	reg |= （19<<24); // PLL3_PFD3=720
	reg |= （17<<16); // PLL3_PFD2=508.2
	reg |= （16<<8);  // PLL3_PFD1=540
	reg |= （12<<0);  // PLL3_PFD0=720
	CCM_ANALOG->PFD_480=reg;

AHB、IPG和PERCLK根时钟设置

因为PERCLK_CLK_ROOT 和 IPG_CLK_ROOT 要用到AHB_CLK_ROOT.
I.MX6U外设根时钟可设置范围如下，一般直接设置为最大，让性能最大

AHB_CLK_ROOT 和 IPG_CLK_ROOT

①此选择器用来选择 pre_periph_clk 的时钟源，可以选择 PLL2、 PLL2_PFD2、 PLL2_PFD0和 PLL2_PFD2/2。寄存器 CCM_CBCMR 的 PRE_PERIPH_CLK_SEL 位决定选择哪一个，默认选择 PLL2_PFD2，因此 pre_periph_clk=PLL2_PFD2=396MHz。
②此选择器用来选择 periph_clk 的时钟源，由寄存器 CCM_CBCDR 的 PERIPH_CLK_SEL位与 PLL_bypass_en2 组成的或来选择。当 CCM_CBCDR 的 PERIPH_CLK_SEL 位为 0 的时候，periph_clk=pr_periph_clk=396MHz。
③通过 CBCDR 的 AHB_PODF 位来设置 AHB_CLK_ROOT 的分频值，可以设置 1~8 分频，如果想要 AHB_CLK_ROOT=132MHz 的话就应该设置为 3 分频： 396/3=132MHz。图中虽然写的是默认 4 分频，但是 I.MX6U 的内部 boot rom 将其改为了 3 分频！
④通过 CBCDR 的 IPG_PODF 位来设置 IPG_CLK_ROOT 的分频值，可以设置 1~4 分频，IPG_CLK_ROOT 时钟源是 AHB_CLK_ROOT，要想 IPG_CLK_ROOT=66MHz 的话就应该设置2 分频： 132/2=66MHz。

PERCLK_CLK_ROOT

CCM_CBCDR

• PERIPH_CLK2_PODF： periph2 时钟分频，可设置 0 ~ 7，分别对应 1~8 分频。
• PERIPH2_CLK_SEL：选择 peripheral2 的主时钟，如果为 0 的话选择 PLL2，如果为 1 的话选择 periph2_clk2_clk。修改此位会引起一次与 MMDC 的握手，所以修改完成以后要等待握手完成，握手完成信号由寄存器 CCM_CDHIPR 中指定位表示。
• PERIPH_CLK_SEL： peripheral 主时钟选择，如果为 0 的话选择 PLL2，如果为 1 的话选择 periph_clk2_clock。修改此位会引起一次与 MMDC 的握手，所以修改完成以后要等待握手完成，握手完成信号由寄存器 CCM_CDHIPR 中指定位表示。
• AXI_PODF： axi 时钟分频，可设置 0 ~ 7，分别对应 1~8 分频。
• AHB_PODF： ahb 时钟分频，可设置 0 ~ 7，分别对应 1~8 分频。修改此位会引起一次与MMDC 的握手，所以修改完成以后要等待握手完成，握手完成信号由寄存器 CCM_CDHIPR 中指定位表示。
• IPG_PODF： ipg 时钟分频，可设置 0 ~ 3，分别对应 1~4 分频。
• AXI_ALT_CLK_SEL： axi_alt 时钟选择，为 0 的话选择 PLL2_PFD2，如果为 1 的话选择PLL3_PFD1。
• AXI_CLK_SEL： axi 时钟源选择，为 0 的话选择 periph_clk，为 1 的话选择 axi_alt 时钟。
• FABRIC_MMDC_PODF： fabric/mmdc 时钟分频设置，可设置 0 ~ 7，分别对应 1~8 分频。
• PERIPH2_CLK2_PODF： periph2_clk2 的时钟分频，可设置 0 ~ 7，分别对应 1~8 分频。

CCM_CBCMR

• LCDIF1_PODF： lcdif1 的时钟分频，可设置 0 ~ 7，分别对应 1~8 分频。
• PRE_PERIPH2_CLK_SEL： pre_periph2 时钟源选择， 00 选择 PLL2， 01 选择 PLL2_PFD2，10 选择 PLL2_PFD0， 11 选择 PLL4。
• PERIPH2_CLK2_SEL： periph2_clk2 时钟源选择为 0 的时候选择 pll3_sw_clk，为 1 的时候选择 OSC。
• PRE_PERIPH_CLK_SEL： pre_periph 时钟源选择， 00 选择 PLL2， 01 选择 PLL2_PFD2， 10 选择 PLL2_PFD0， 11 选择PLL2_PFD2/2。
• PERIPH_CLK2_SEL： peripheral_clk2 时钟源选择， 00 选择 pll3_sw_clk， 01 选择 osc_clk，10 选择 pll2_bypass_clk。

CCM_CSCMR1

• PERCLK_CK_SEL： perclk 时钟源选择，为 0 的话选择 ipg clk，为 1 的话选择 osc clk。
• PERCLK_PODF： perclk 的时钟分频，可设置 0 ~ 7，分别对应 1~8 分频。
  在修改如下时钟选择器或者分频器的时候会引起与 MMDC 的握手发生：mmdc_podf、periph_clk_sel、periph2_clk_sel、arm_podf、ahb_podf。
  发生握手信号以后需要等待握手完成，寄存器 CCM_CDHIPR 中保存着握手信号是否完成，如果相应的位为 1 的话就表示握手没有完成，如果为 0 的话就表示握手完成，另外在修改 arm_podf 和 ahb_podf 的时候需要先关闭其时钟输出，等修改完成以后再打开，否则的话可能会出现在修改完成以后没有时钟输出的问题。

代码实例

1. AHB_CLK_ROOT 初始化

• 设置CMCBR寄存器的 PRE_PERIPH_CLK_SEL 位为0
• 设置CMCDR寄存器的 AHB_PODF 位（bit 12~10）为2，也就是3分频

	// 设置AHB=132MHz
	CCM->CBCMR &= ~(3<<18);
	CCM->CBCMR |= (1<<18); // 设置pre_periph_clk=PLL2_CLK =396MHz
	CCM->CBCDR &= ~(1<<25);// periph_clk = pre_periph_clk=396MHz
	while(CCM->CDHIPR & (1<<5)); 
	
	// 设置3分频的时候如果没有关闭AHB_CLK_ROOT的输出，会出错，但是内部boot rom设置了3分频
	/*
	CCM->CBCDR &= ~(7<<10); // 将10~12位清零
	CCM->CBCDR |= (2<<10); // 设置3分频
	while(CCM->CDHIPR & (1<<1))); // 等待握手信号完成
	*/

2. IPG_CLK_ROOT 初始化

• 设置CBCDR寄存器IPG_PODF = 1，也就是2分频

	CCM->CBCDR &= ~(3<<8);
	CCM->CBCDR |= (1<<8);

3. PERCLK_CLK_ROOT 初始化
   • 设置CSCMR1 寄存器的PERCLK_CLK_SEL 位为0，表示PERCLK的时钟源为IPG

	CCM->CSCMR1 &= ~(1<<6);
	CCM->CSCMR1 &= ~(0x3f<<0); // 1分频就是置0