正点原子STM32F103学习笔记（六）——时钟系统

时钟系统

RCC: reset clock control 复位和时钟控制器。
注意： 任何一个外设在使用之前，必须首先使能其相应的时钟

时钟系统框图

图形含义

• 梯形灰色方块：选择器
• 蓝色框：时钟源

时钟源（5个）

HSI: 高速的内部时钟。

• 产生：内置RC振荡器
• 频率：8MHz左右（内置RC振荡器不稳定）精度不高
• 可作为系统时钟时钟源

HSE: 高速的外部时钟。

• 产生：外部晶振（石英/陶瓷谐振器或者外部时钟）
• 频率：4-16MHz
• 可以直接或二分频后做相邻选择器（选择器1）输入，再经过选择器2后输入PLL
• 可作为系统时钟时钟源

PLL: 锁相环倍频输出

• 来源：HSI的两分频,HSE,HSE的两分频
• 作用：倍频器（可选择关闭或倍频$\times 2,\cdots ,\times 16$共16种选择，可以通过相关寄存器配置）
• 倍频后产生PLLCLK时钟
• 常将PLLCLK作为系统时钟的来源

LSE: 低速外部时钟

• 产生：外部石英晶振
• 频率：32.768HZ
• 给RTCCLK供电

LSI: 低速内部时钟

• 产生：内置RC振荡器
• 频率：大约40kHz
• 提供低功耗时钟，可以给IWDGCLK（独立看门狗）提供时钟

时钟（前五个重要）

1. SYSCLK 系统时钟:

• 来源：HSI,HSE,PLLCLK
• 经过AHB预分频器（1，2，4，8，16，64，128，256，512 九种）可得到HCLK(最高72MHz，通常通过SYSCLK设为72MHz，AHB设为1得到)
• 其余预分频线路见图

2. AHB总线时钟

3. APB1总线时钟(低速): 速度最高36MHz

4. APB2总线时钟(高速): 速度最高72MHz

5. PLL时钟

6. RTCCLK 实时时钟

• 来源：HSE的128分频,LSE,LSI

7. USBCLK USB时钟

• 来源：PLLCLK经过USB分频器（预分频分频因子有$÷1，÷1.5$两种选择）

其他

MCO 输出时钟引脚PA8

来源：YSYCLK,HSI,HSE,PLLCLK二分频

CSS: 时钟监控系统

• HSE失败后自动将系统时钟源切换到HSI

代码

配置函数在stm32f10x_rcc.h头文件中
寄存器描述在stm32f10x.h头文件中

寄存器

typedef struct
{
//重要
  __IO uint32_t CR;         //HSI,HSE,CSS,PLL等的使能和就绪标志位 
  __IO uint32_t CFGR;       //PLL等选择器的时钟源选择，分频系数设定
//
  __IO uint32_t CIR;        // 清除/使能 时钟就绪中断
  __IO uint32_t APB2RSTR;   //APB2线上外设复位寄存器
  __IO uint32_t APB1RSTR;   //APB1线上外设复位寄存器
//重要
  __IO uint32_t AHBENR;     //DMA，SDIO等时钟使能
  __IO uint32_t APB2ENR;    //APB2线上外设时钟使能
  __IO uint32_t APB1ENR;    //APB1线上外设时钟使能
//
  __IO uint32_t BDCR;       //备份域控制寄存器
  __IO uint32_t CSR;        //控制状态寄存器
} RCC_TypeDef;

库函数

1. 时钟源使能配置:

    RCC_LSEConfig();
	RCC_HSEConfig();
    RCC_HSICmd();
	RCC_LSICmd();
	RCC_PLLCmd();	  // ……

2. 时钟源相关配置：（选择时钟来源）

    RCC_PLLConfig ();
	RCC_SYSCLKConfig();
    RCC_RTCCLKConfig(); //…

3. 分频系数选择配置：

    RCC_HCLKConfig();
	RCC_PCLK1Config();
	RCC_PCLK2Config(); //…

4. 外设时钟使能：

    RCC_APB1PeriphClockCmd():  //APB1线上外设时钟使能
    RCC_APB2PeriphClockCmd();  //APB2线上外设时钟使能
    RCC_AHBPeriphClockCmd();   //AHB线上外设时钟使能

5. 其他外设时钟配置：

    RCC_ADCCLKConfig ();  
	RCC_RTCCLKConfig();

6. 状态参数获取参数：

    RCC_GetClocksFreq();
    RCC_GetSYSCLKSource();
    RCC_GetFlagStatus();

7. RCC中断相关函数 :

    RCC_ITConfig();
	RCC_GetITStatus();
	RCC_ClearITPendingBit();  //…

SystemInit时钟系统初始化函数剖析

函数位置：system_stm32f10x.c中 system_stm32f10x.h

//Reset 即为设置为0
void SystemInit (void)
{
  RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001; //Set HSION bit 打开HSION（第一位）

  /* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL //大容量芯片不执行
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */   
  
  /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  /* Reset HSEBYP bit */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  /* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
  RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;

#ifdef STM32F10X_CL //大容量芯片不会执行
/**************************************不执行*************************/
  /* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;

  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x00FF0000;

  /* Reset CFGR2 register */
  RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x009F0000;

  /* Reset CFGR2 register */
  RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
/**************************************不执行*************************/

#else
  /* Disable all interrupts and clear pending bits  */
  RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
    
#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
  #ifdef DATA_IN_ExtSRAM
    SystemInit_ExtMemCtl(); 
  #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif 

  SetSysClock();

#ifdef VECT_TAB_SRAM
  SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#else
  SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

SysTick定时器（滴答定时器/系统定时器）

什么是SysTick

• Systick定时器，是一个简单的定时器，对于CM3,CM4内核芯片，都有Systick定时器。
• Systick定时器常用来做延时，或者实时系统的心跳时钟。这样可以节省MCU资源，不用浪费一个定时器。比如UCOS中，分时复用，需要一个最小的时间戳，一般在STM32+UCOS系统中，都采用Systick做UCOS心跳时钟。
• Systick定时器就是系统滴答定时器，一个24 位的倒计数定时器，计到0 时，将从RELOAD 寄存器中自动重装载定时初值。只要不把它在SysTick 控制及状态寄存器中的使能位清除（不关闭），就永不停息，即使在睡眠模式下也能工作。
• SysTick定时器被捆绑在NVIC中，用于产生SYSTICK异常（异常号：15）。（即可以产生中断）
• Systick中断的优先级也可以设置。

Systick相关寄存器

CTRL：SysTick 控制和状态寄存器

TICKINT:是否产生中断
COUNTFLAG:避免误读
对于STM32，外部时钟源是 HCLK(AHB总线时钟）的1/8；内核时钟是 HCLK时钟

LOAD：SysTick 自动重装载除值寄存器

VAL ：SysTick 当前值寄存器

CALIB：SysTick 校准值寄存器

配置函数：

void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)      
//Systick时钟源选择  misc.c文件中
//配置CTRL寄存器
//入口参数
//SysTick_CLKSource_HCLK_Div8(外部时钟源) SysTick的定时器为72/8=9MHZ
//或SysTick_CLKSource_HCLK(内部时钟) SysTick的定时器为72MHZ
static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
//初始化systick,时钟为HCLK,并开启中断
//core_cm3.h/core_cm4.h文件中
//作用：开启SysTick中断，并配置ticks（两个中断中间有多少个周期）
void SysTick_Handler(void);     //Systick中断服务函数：

用中断的方式实现delay延时

思路

static __IO uint32_t TimingDelay;
void Delay(__IO uint32_t nTime)
{ 
   TimingDelay = nTime;
   while(TimingDelay != 0); //TimingDelay自动减，减到0退出while
}

void SysTick_Handler(void) //每到1ms中断时运行此函数
{
    if (TimingDelay != 0x00) //不等于0减一
     { 
       TimingDelay--;
     }
}

int main(void)
 {  //…
    if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)) 
	//systick时钟为HCLK，中断时间间隔1ms  72000000Hz/1000=72000
	//即每两次中断中有72000次间隔，运行72000次1/72000000秒=1ms
     {
     while (1); //SysTick_Config()有返回值，配置成功返回0跳过死循环
     }
    while(1)
     { Delay(200);//2ms
    // … 
     }
}

void delay_init()

void delay_init()
{
#if SYSTEM_SUPPORT_OS  							//如果需要支持OS.
	u32 reload;
#endif
	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);	
	//选择外部时钟  HCLK/8 9MHz
	fac_us=SystemCoreClock/8000000;	 //微秒因子		
	//为系统时钟的1/8,一微秒为9个时钟周期  
#if SYSTEM_SUPPORT_OS  							//如果需要支持OS.
	reload=SystemCoreClock/8000000;				//每秒钟的计数次数 单位为K	   
	reload*=1000000/delay_ostickspersec;		//根据delay_ostickspersec设定溢出时间
												//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在72M下,约合1.86s左右	
	fac_ms=1000/delay_ostickspersec;			//代表OS可以延时的最少单位	   

	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;   	//开启SYSTICK中断
	SysTick->LOAD=reload; 						//每1/delay_ostickspersec秒中断一次	
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;   	//开启SYSTICK    

#else
	fac_ms=(u16)fac_us*1000;					//非OS下,代表每个ms需要的systick时钟数   
#endif
}								    

void delay_us(u32 nus)

#else //不用OS时
//延时nus
//nus为要延时的us数.		    								   
void delay_us(u32 nus)
{		
	u32 temp;	    	 
	SysTick->LOAD=nus*fac_us; 					//时间加载，将两次中断中的周期数给LOAD重装载值	  		 
	SysTick->VAL=0x00;        					//清空计数器，清零后使能定时器会重新加载 
	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;	//开始倒数，即使能	  
	do
	{
		temp=SysTick->CTRL;
	}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));		//等待时间到达   
	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;	//关闭计数器
	SysTick->VAL =0X00;      					 //清空计数器	 
}
//延时nms
//注意nms的范围
//SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为:
//nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK
//SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms
//对72M条件下,nms<=1864