嵌入式学习（三）——时钟
目录
一、时钟
1.1 时钟简介
1.2 时钟的获得方式
1.3 时钟和系统性能的关系、超频、稳定性
1.4 S5PV210的时钟系统简介
1.4.1 时钟域
1.4.2 时钟域详解
1.4.3 时钟来源
1.4.4 时钟体系框图
二、编程实现时钟
2.1 功能分析
2.2 相关寄存器
2.2.1 CLK_SRC0
2.2.2 PLL_LOCK
2.2.3 CLK_DIV0
2.2.4 APLL_CON0、MPLL_CON
2.3 汇编实现
2.4 C语言实现
一、时钟
参考S5PV210_UM_REV第二章第三节。
1.1 时钟简介
时钟是同步工作系统的同步节拍。SoC内部有很多器件，譬如CPU、串口、DRAM控制器、GPIO等内部外设，这些东西要彼此协同工作，需要一个同步的时钟系统来指挥。SoC内部有很多外设，这些外设不用的时候最好关掉（不关掉会一定程度浪费电），开关外设不是通过开关，而是通过时钟。也就是说给某个外设断掉时钟，这个外设就不工作了。
1.2 时钟的获得方式
（1）外部直接输入时钟信号，SoC有个引脚用来输入外部时钟信号，用的很少。
（2）外部晶振+内部时钟发生器产生时钟，大部分低频单片机都是这么工作的。
（3）外部晶振+内部时钟发生器+内部PLL产生高频时钟+内部分频器分频得到各种频率的时钟，210属于这种。
为什么不用外部高频晶振产生高频信号直接给CPU？
芯片外部电路不适宜使用高频率，因为传导辐射比较难控制；高频率的晶振太贵了。
为什么要内部先高频然后再分频？
因为SoC内部有很多部件都需要时钟，而且各自需要的时钟频率不同，没法统一供应。因此设计思路是PLL后先得到一个最高的频率（1GHz、1.2GHz），然后各外设都有自己的分频器再来分频得到自己想要的频率。
1.3 时钟和系统性能的关系、超频、稳定性
一般SoC时钟频率都是可以人为编程控制的，频率的高低对系统性能有很大影响。S5PV210建议工作频率800MHz～1.2GHz，一般设置到1GHz主频。如果设置到1.2GHz就叫超频。超频的时候系统性能会提升，但是发热也会增大，因此会影响系统稳定性。
1.4 S5PV210的时钟系统简介
1.4.1 时钟域
因为S5PV210的时钟体系比较复杂，内部外设模块太多，因此把整个内部的时钟划分为3大块，MSYS、DSYS、PSYS。
MSYS: CPU（Cortex-A8内核）、DRAM控制器（DMC0和DMC1）、IRAM&IROM······
DSYS: 都是和视频显示、编解码等有关的模块
PSYS: 和内部的各种外设时钟有关，譬如串口、SD接口、I2C、AC97、USB等。
为什么内部要分为3个域，怎么划分的？
因为210内部的这些模块彼此工作时钟速率差异太大了，所以有必要把高速的放一起，相对低速的放一起。
1.4.2 时钟域详解
MSYS域：
ARMCLK： 给cpu内核工作的时钟，也就是所谓的主频。
HCLK_MSYS： MSYS域的高频时钟，给DMC0和DMC1使用
PCLK_MSYS： MSYS域的低频时钟
HCLK_IMEM： 给iROM和iRAM（合称iMEM）使用
DSYS域：
HCLK_DSYS： DSYS域的高频时钟
PCLK_DSYS： DSYS域的低频时钟
PSYS域：
HCLK_PSYS： PSYS域的高频时钟
PCLK_PSYS： PSYS域的低频时钟
SCLK_ONENAND
210内部的各个外设都是接在（内部AMBA总线）总线上面的，AMBA总线有1条高频分支叫AHB，有一条低频分支叫APB。上面的各个域都有各自对应的HCLK_XXX和PCLK_XXX，其中HCLK_XXX就是XXX这个域中AHB总线的工作频率；PCLK_XXX就是XXX这个域中APB总线的工作频率。
SoC内部的各个外设其实是挂在总线上工作的，也就是说这个外设的时钟来自于他挂在的总线，譬如串口UART挂在PSYS域下的APB总线上，因此串口的时钟来源是PCLK_PSYS。
我们可以通过记住和分析上面的这些时钟域和总线数值，来确定我们各个外设的具体时钟频率。
1.4.3 时钟来源
时钟来源：晶振+时钟发生器+PLL+分频电路
S5PV210外部有4个晶振接口，设计板子硬件时可以根据需要来决定在哪里接晶振。接了晶振之后上电相应的模块就能产生振荡，产生原始时钟。原始时钟再经过一系列的筛选开关进入相应的PLL电路生成倍频后的高频时钟。高频时钟再经过分频到达芯片内部各模块上。（有些模块，譬如串口内部还有进一步的分频器进行再次分频使用）
典型s5pv210应用中：
APLL：Cortex-A8内核 MSYS域
MPLL&EPLL：DSYS、PSYS域
VPLL：Video视频相关模块
1.4.4 时钟体系框图
两张图之间是渐进的关系。第一张图从左到右依次完成了原始时钟生成->PLL倍频得到高频时钟->初次分频得到各总线时钟；第二张图是从各中间时钟（第一张图中某个步骤生成的时钟）到各外设自己使用的时钟（实际就是个别外设自己再额外分频的设置）。可见，第一张图是理解整个时钟体系的关键，第二种图是进一步分析各外设时钟来源的关键。
二、编程实现时钟
2.1 功能分析
时钟设置的步骤分析：
第1步：先选择不使用PLL。让外部24MHz原始时钟直接过去，绕过APLL那条路
第2步：设置锁定时间。默认值为0x0FFF，保险起见我们设置为0xFFFF
第3步：设置分频系统，决定由PLL出来的最高时钟如何分频得到各个分时钟
第4步：设置PLL，主要是设置PLL的倍频系统，决定由输入端24MHz的原始频率可以得到多大的输出频率。我们按照默认设置值设置输出为ARMCLK为1GHz
第5步：打开PLL。前面4步已经设置好了所有的开关和分频系数，本步骤打开PLL后PLL开始工作，锁定频率后输出，然后经过分频得到各个频率。
2.2 相关寄存器
2.2.1 CLK_SRC0
禁用PLL，寄存器为CLK_SRC0，设置为0x0，可以绕过APLL，让外部24MHz时钟直接过去
// 1 设置各种时钟开关，暂时不使用PLL
rREG_CLK_SRC0 = 0x0;
2.2.2 PLL_LOCK
设置锁定时间，默认值为0x0FFF，这里设置为0xFFFF
锁定时间：PLL进行倍频处理的时间
// 2 设置锁定时间，使用默认值即可
// 设置PLL后，时钟从Fin提升到目标频率时，需要一定的时间，即锁定时间
rREG_APLL_LOCK = 0x0000ffff;
rREG_MPLL_LOCK = 0x0000ffff;
2.2.3 CLK_DIV0
设置分频系统，相关寄存器CLK_DIV0
// 3 设置分频
// 清bit[0~31]
rREG_CLK_DIV0 = 0x14131440;0x14131440这个值的含义分析：
PCLK_PSYS = HCLK_PSYS / 2
HCLK_PSYS = MOUT_PSYS / 5
PCLK_DSYS = HCLK_DSYS / 2
HCLK_DSYS = MOUT_DSYS / 4
·······
HCLK_MSYS = ARMCLK / 5
ARMCLK = MOUT_MSYS / 1
2.2.4 APLL_CON0、MPLL_CON
设置PLL，主要是PLL的倍频系统。
// 4 设置PLL
// FOUT = MDIV*FIN/(PDIV*2^(SDIV-1))=0x7d*24/(0x3*2^(1-1))=1000 MHz
rREG_APLL_CON0 = APLL_VAL;
// FOUT = MDIV*FIN/(PDIV*2^SDIV)=0x29b*24/(0xc*2^1)= 667 MHz
rREG_MPLL_CON = MPLL_VAL;按照默认值，ARMCLK为1000MHz，MPLL为667MHz，查询表格，设置M P S的值，或通过计算公式进行计算。
2.3 汇编实现
其他文件只进行了小修改，添加了clock.S文件
// 时钟控制器基地址
#define ELFIN_CLOCK_POWER_BASE 0xE0100000
// 时钟相关的寄存器相对时钟控制器基地址的偏移值
#define APLL_LOCK_OFFSET 0x00
#define MPLL_LOCK_OFFSET 0x08
#define APLL_CON0_OFFSET 0x100
#define APLL_CON1_OFFSET 0x104
#define MPLL_CON_OFFSET 0x108
#define CLK_SRC0_OFFSET 0x200
#define CLK_SRC1_OFFSET 0x204
#define CLK_SRC2_OFFSET 0x208
#define CLK_SRC3_OFFSET 0x20c
#define CLK_SRC4_OFFSET 0x210
#define CLK_SRC5_OFFSET 0x214
#define CLK_SRC6_OFFSET 0x218
#define CLK_SRC_MASK0_OFFSET 0x280
#define CLK_SRC_MASK1_OFFSET 0x284
#define CLK_DIV0_OFFSET 0x300
#define CLK_DIV1_OFFSET 0x304
#define CLK_DIV2_OFFSET 0x308
#define CLK_DIV3_OFFSET 0x30c
#define CLK_DIV4_OFFSET 0x310
#define CLK_DIV5_OFFSET 0x314
#define CLK_DIV6_OFFSET 0x318
#define CLK_DIV7_OFFSET 0x31c
#define CLK_DIV0_MASK 0x7fffffff
// 这些M、P、S的配置值都是查数据手册中典型时钟配置值的推荐配置得来的。
// 这些配置值是三星推荐的，因此工作最稳定。如果是自己随便瞎拼凑出来的那就要
// 经过严格测试，才能保证一定对。
#define APLL_MDIV 0x7d // 125
#define APLL_PDIV 0x3
#define APLL_SDIV 0x1
#define MPLL_MDIV 0x29b // 667
#define MPLL_PDIV 0xc
#define MPLL_SDIV 0x1
#define set_pll(mdiv, pdiv, sdiv) (1<<31 | mdiv<<16 | pdiv<<8 | sdiv)
#define APLL_VAL set_pll(APLL_MDIV,APLL_PDIV,APLL_SDIV)
#define MPLL_VAL set_pll(MPLL_MDIV,MPLL_PDIV,MPLL_SDIV)
.global clock_init
clock_init:
ldr r0, =ELFIN_CLOCK_POWER_BASE
// 1 设置各种时钟开关，暂时不使用PLL，绕过APLL
ldr r1, =0x0
// 芯片手册P378 寄存器CLK_SRC：Select clock source 0 (Main)
str r1, [r0, #CLK_SRC0_OFFSET]
// 2 设置锁定时间，使用默认值即可
// 设置PLL后，时钟从Fin提升到目标频率时，需要一定的时间，即锁定时间
ldr r1, =0x0000FFFF
str r1, [r0, #APLL_LOCK_OFFSET]
str r1, [r0, #MPLL_LOCK_OFFSET]
// 3 设置分频
// 清bit[0~31]
ldr r1, [r0, #CLK_DIV0_OFFSET]
ldr r2, =CLK_DIV0_MASK
bic r1, r1, r2 // 将r2的反码与r1进行与运算，将0~30位清零
ldr r2, =0x14131440
orr r1, r1, r2 // 或运算
str r1, [r0, #CLK_DIV0_OFFSET]
// 4 设置PLL
// FOUT = MDIV*FIN/(PDIV*2^(SDIV-1))=0x7d*24/(0x3*2^(1-1))=1000 MHz
ldr r1, =APLL_VAL
str r1, [r0, #APLL_CON0_OFFSET]
// FOUT = MDIV*FIN/(PDIV*2^SDIV)=0x29b*24/(0xc*2^1)= 667 MHz
ldr r1, =MPLL_VAL
str r1, [r0, #MPLL_CON_OFFSET]
// 5 设置各种时钟开关,使用PLL
ldr r1, [r0, #CLK_SRC0_OFFSET]
ldr r2, =0x10001111
orr r1, r1, r2
str r1, [r0, #CLK_SRC0_OFFSET]
mov pc, lr
2.4 C语言实现
// 时钟控制器基地址
#define ELFIN_CLOCK_POWER_BASE 0xE0100000
// 时钟相关的寄存器相对时钟控制器基地址的偏移值
#define APLL_LOCK_OFFSET 0x00
#define MPLL_LOCK_OFFSET 0x08
#define APLL_CON0_OFFSET 0x100
#define APLL_CON1_OFFSET 0x104
#define MPLL_CON_OFFSET 0x108
#define CLK_SRC0_OFFSET 0x200
#define CLK_SRC1_OFFSET 0x204
#define CLK_SRC2_OFFSET 0x208
#define CLK_SRC3_OFFSET 0x20c
#define CLK_SRC4_OFFSET 0x210
#define CLK_SRC5_OFFSET 0x214
#define CLK_SRC6_OFFSET 0x218
#define CLK_SRC_MASK0_OFFSET 0x280
#define CLK_SRC_MASK1_OFFSET 0x284
#define CLK_DIV0_OFFSET 0x300
#define CLK_DIV1_OFFSET 0x304
#define CLK_DIV2_OFFSET 0x308
#define CLK_DIV3_OFFSET 0x30c
#define CLK_DIV4_OFFSET 0x310
#define CLK_DIV5_OFFSET 0x314
#define CLK_DIV6_OFFSET 0x318
#define CLK_DIV7_OFFSET 0x31c
#define CLK_DIV0_MASK 0x7fffffff
// 这些M、P、S的配置值都是查数据手册中典型时钟配置值的推荐配置得来的。
// 这些配置值是三星推荐的，因此工作最稳定。如果是自己随便瞎拼凑出来的那就要
// 经过严格测试，才能保证一定对。
#define APLL_MDIV 0x7d // 125
#define APLL_PDIV 0x3
#define APLL_SDIV 0x1
#define MPLL_MDIV 0x29b // 667
#define MPLL_PDIV 0xc
#define MPLL_SDIV 0x1
#define set_pll(mdiv, pdiv, sdiv) (1<<31 | mdiv<<16 | pdiv<<8 | sdiv)
#define APLL_VAL set_pll(APLL_MDIV,APLL_PDIV,APLL_SDIV)
#define MPLL_VAL set_pll(MPLL_MDIV,MPLL_PDIV,MPLL_SDIV)
#define REG_CLK_SRC0 (ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + CLK_SRC0_OFFSET)
#define REG_APLL_LOCK (ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + APLL_LOCK_OFFSET)
#define REG_MPLL_LOCK (ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + MPLL_LOCK_OFFSET)
#define REG_CLK_DIV0 (ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + CLK_DIV0_OFFSET)
#define REG_APLL_CON0 (ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + APLL_CON0_OFFSET)
#define REG_MPLL_CON (ELFIN_CLOCK_POWER_BASE + MPLL_CON_OFFSET)
#define rREG_CLK_SRC0 (*(volatile unsigned int *)REG_CLK_SRC0)
#define rREG_APLL_LOCK (*(volatile unsigned int *)REG_APLL_LOCK)
#define rREG_MPLL_LOCK (*(volatile unsigned int *)REG_MPLL_LOCK)
#define rREG_CLK_DIV0 (*(volatile unsigned int *)REG_CLK_DIV0)
#define rREG_APLL_CON0 (*(volatile unsigned int *)REG_APLL_CON0)
#define rREG_MPLL_CON (*(volatile unsigned int *)REG_MPLL_CON)
void clock_init(void)
{
// 1 设置各种时钟开关，暂时不使用PLL
rREG_CLK_SRC0 = 0x0;
// 2 设置锁定时间，使用默认值即可
// 设置PLL后，时钟从Fin提升到目标频率时，需要一定的时间，即锁定时间
rREG_APLL_LOCK = 0x0000ffff;
rREG_MPLL_LOCK = 0x0000ffff;
// 3 设置分频
// 清bit[0~31]
rREG_CLK_DIV0 = 0x14131440;
// 4 设置PLL
// FOUT = MDIV*FIN/(PDIV*2^(SDIV-1))=0x7d*24/(0x3*2^(1-1))=1000 MHz
rREG_APLL_CON0 = APLL_VAL;
// FOUT = MDIV*FIN/(PDIV*2^SDIV)=0x29b*24/(0xc*2^1)= 667 MHz
rREG_MPLL_CON = MPLL_VAL;
// 5 设置各种时钟开关,使用PLL
rREG_CLK_SRC0 = 0x10001111;
}