裸机系列——2440时钟

自己的总结：

1.2440 有俩个PLL ，UPLL 和MPLL 。UPLL 用于USB 时钟UCLK ，MPLL 对应FCLK .HCLK 、PCLK 。ARM 启动时直接使用外部晶振作为CPU 时钟，对应2440 为12Mhz 。只有在设置了时钟寄存器M P S 三个值，具体的寄存器PLLCON 下面已经说得很清楚了。设置分频寄存器后CPU 时钟即采用倍频后的FCLK 时钟。

2. CPU 时钟即就是FCLK 时钟，HCLK 从FCLK 分频，PCLK 从HCLK 分频。具体的分频比例需要设置寄存器CLKDIVN ，详细见手册。

3. 系统要工作需要首先设置好时钟，时钟是CPU 及外设工作的心脏，当你没有设置时钟时CPU 直接使用外部晶振，所以有些慢设没有设置时钟也能工作。时钟设置时有一个CPU 时钟模式- 快速总线模式和异步时钟模式，具体是实现找了好多资料都没有弄明白，大概有一些了解的地方是 ，快速总线模式下且HDIVN 不为0 时，CPU 使用HCLK 时钟且可以改变CPU 时钟但不改变FCLK 和PCLK 的频率。

下面是转载别人的：

S3C2410 CPU 默认的工作主频为12MHz ，使用PLL 电路可以产生更高的主频供CPU 及外围器件使用 。S3C2410 有两个PLL ：MPLL 和UPLL ，UPLL 专用与USB 设备。MPLL 用于CPU 及其他外围器件。

通过MPLL 会产生三个部分的时钟频率：FCLK 、HCLK 、PLCK 。FCLK 用于CPU 核，HCLK 用于AHB 总线的设备( 比如SDRAM) ，PCLK 用于APB 总线的设备( 比如UART) 。从时钟结构图中可以查看到使用不同时钟频率的硬件。

Figure 7-1. Clock Generator Block Diagram

 

（注：这里要注意从图中看出，Uart 使用的是PCLK ）

时钟源选择

表 7-1 描述了模式控制引脚 (OM3 和 OM2) 和选择时钟源之间的对应关系。 OM[3:2] 的状态由 OM3 和 OM2 引脚的状态在 nRESET( 当振荡器 (crystal/oscillatto) 时钟输出稳定后， nRESET 引脚变为高电平 ) 的上升沿锁存得到。  

  注意： 1 、尽管 MPLL 在系统复位的时候就开始产生，但是只有有效的设置好 MPLLCON 寄存器后 才能用于系统时钟。在此之前，外部时钟将直接作为系统时钟 。即使不需要改变 MPLLCON 寄存器的初值，也必须 将同样的值写入寄存器。

2 、当 OM[1:0] 为 11 时， OM[3:2] 用于决定一种测试模式。

下面介绍MPLL 的启动流程：

（注：下面内容部分直接摘录自《s3c2410 完全开发流程》，Clock 部分写了非常好）

S3c2410 datasheet 224 页“Figure 7-4. Power-On Reset Sequence” 展示了上电后MPLL 启动的过程

 

 

请跟随FCLK 的图像了解启动过程：

1 、上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK= 晶振频率，nRESET 信号恢复高电平后，CPU 开始执行指令。

2 、我们可以在程序开头启动MPLL ，在设置MPLL 的几个寄存器后，需要等待一段时间(Lock Time) ， MPLL 的输出才稳定。在这段时间(Lock Time) 内，FCLK 停振，CPU 停止工作。Lock Time 的长短由寄存器LOCKTIME 设定。

3 、Lock Time 之后，MPLL 输出正常，CPU 工作在新的FCLK 下。

 

设置S3c2410 的时钟频率就是设置MPLL 的几个寄存器：

1 、LOCKTIME ：设为0x00ffffff

前面说过，MPLL 启动后需要等待一段时间(Lock Time) ，使得其输出稳定。位[23:12] 用于UPLL ，位[11:0] 用于MPLL 。使用确省值0x00ffffff 即可。

2 、CLKDIVN ：用来设置FCLK:HCLK:PCLK 的比例关系，默认为1:1:1

这里值设为0x03 ，即FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4

CLKDIVN 不同的设置及对应的时钟比例关系如下图：

 

3 、MPLLCON ：设为(0x5c << 12)|(0x04 << 4)|(0x00) ，即0x5c0040

对于MPLLCON 寄存器，[19:12] 为MDIV ，[9:4] 为PDIV ，[1:0] 为SDIV 。有如下计算公式：

MPLL(FCLK) = (m * Fin)/(p * 2^s)

其中: m = MDIV + 8, p = PDIV + 2

Fin 即默认输入的时钟频率12MHz 。MPLLCON 设为0x5c0040 ，可以计算出FCLK=200MHz ，再由CLKDIVN 的设置可知：HCLK=100MHz ，PCLK=50MHz 。

 

  通常我们将如上时钟初始化的过程写成clock_init 函数供其他函数调用，代码如下：

void clock_init(void)

{

        /*init clock*/

rLOCKTIME = 0xFFFFFF;

    /* 设置FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4, 这样假设处理器主频为200M, 则HCLK 为50M,PCLK 为25M 。ARM920T 内核使用FCLK, 内存控制器，LCD 控制器等使用HCLK ，看门狗、串口等使用PCLK*/

rCLKDIVN  = 0x3;

    /* 设置时钟频率为200M*/

    rMPLLCON = 0x5c0040;

    }

改变2410 的PLL 频率，具体过程：

1 、第一步软件工作： 设置P M S divider control ，也就是设置MPLLCON 寄存器。

    关于PMS ，可以看Figure 7-2. 寄存器MPLLCON 的设置呢，其实有一定的规则，并非你想要的每个Fclk 频率都可以得到。官方推荐了一个表PLL VALUE SELECTION TABLE ，要按照这个进行。否则的话，就需要自己按照公式推算，但是mizi 公司并不保证你的设置是合适的。所以，如果想要工作在200MHz ，还是按 照vivi 的推荐值即可。

@ step1: set P M S divider control         mov r1, #CLK_CTL_BASE          ldr r2, =vMPLLCON_200         str r2, [r1, #oMPLLCON]

    其中，MDIV=0x5c ，PDIV=0x04 ，SDIV=0x00. 公式Mpll （Fclk ）= （m×Fin ）/ （p×(2^s) ）【m=MDIV+8, p=PDIV+2,s=SDIV 】

    2 、第二步软件工作：设置CLKDIVN 。

    这一步是设置分频系数，即Fclk 为cpu 主频，Hclk 由Fclk 分频得到，Pclk 由Hclk 分频得到。假设Hclk 是Fclk 的二分频，Pclk 是 Hclk 的二分频，那么分频系数比就是Fclk ：Hclk ：Pclk=1 ：2 ：4. 那么Hclk 为100MHz ，总线时钟周期为10ns 。Pclk 为 50MHz 。

@ step2: change clock divider         mov r1, #CLK_CTL_BASE         mov r2, #vCLKDIVN         str r2, [r1, #oCLKDIVN]

    3 、第三步软件工作： CLKDIVN 的补充设置

  void ChangeClockDivider(int hdivn,int pdivn)

{

     // hdivn,pdivn FCLK:HCLK:PCLK

     //     0,0         1:1:1

     //     0,1         1:1:2

     //     1,0         1:2:2

     //     1,1         1:2:4

    rCLKDIVN = (hdivn<<1) | pdivn;   

    

    if(hdivn)

        MMU_SetAsyncBusMode();

    else

        MMU_SetFastBusMode();

}

If HDIVN = 1, CPU 总线模式必须从快速总线模式转变为同步总线模式，采用以下指令 ;void MMU_SetFastBusMode(void) ; FCLK:HCLK= 1:1   EXPORT MMU_SetFastBusMode MMU_SetFastBusMode    mrc  p15,0,r0,c1,c0,0    bic  r0,r0,#R1_iA:OR:R1_nF    mcr  p15,0,r0,c1,c0,0    MOV_PC_LR If HDIVN=1 and CPU 总线模式为快速总线模式时, CPU 由HCLK 提供. 该特性可以在不改变HCLK and PCLK 的前提下把CPU 的频率减半.

 

;void MMU_SetAsyncBusMode(void) ; FCLK:HCLK= 1:2    EXPORT MMU_SetAsyncBusMode MMU_SetAsyncBusMode    mrc  p15,0,r0,c1,c0,0    orr  r0,r0,#R1_nF:OR:R1_iA    mcr  p15,0,r0,c1,c0,0    MOV_PC_LR

    4 、第四步软件工作：等待locktime 时间，让新的Fclk 生效

@ step4: stay locktime         mov r1, #CLK_CTL_BASE          ldr r2, =vLOCKTIME         str r2, [r1, #oLOCKTIME]

    6 、对外设的影响

    在这个实验中，主要是有两个需要改变，一个外设是UART ，一个外设是SDRAM 。

    （1 ）UART ，它是接在APB 总线上，所以对应的时钟信号为Pclk ，现在为50MHz 。如果想要设置波特率为115200bps ，那么根据公式 UBRDIV0=(int)(PCLK/(bps*16))-1 计算，应该为26 。如果放到程序中，那么应该注意形式。具体如下：

UBRDIV0 = ((int)(PCLK/16./UART_BAUD_RATE) -1);

    （2 ）SDRAM ，主要的影响因素为刷新频率。前面在SDRAM 中没有具体分析，现在可以详细说明。使用了两片HY57V561620CT-H ，查看手册 其刷新频率为8192 refresh cycles/64ms ，所以刷新周期64ms/8192 ＝7.8125us 。看寄存器REFRESH 的各个位的设置情况：

    ·REFEN[23] ：开启自动模式，设为1

    ·TREFMD[22] ：设为Auto refresh 模式，设为0

    ·Trp[21:20] ：看看RAS precharge Time ，查看SDRAM 手册，发现-H 系列此参数至少为20ns ，现在Hclk 对应的时钟周期为10ns ，所以至少应该为2 个clock 。可以设为00

    ·Tsrc ： Semi Row Cycle Time ，也就是RAS Cycle Time ，至少65ms ，所以至少得6.5clock ，按照可选值，应该设置为11

    ·Refresh[10:0] ：

    公式refresh period = (2^11 - refresh_count +1)/Hclk ，由此推导出refresh_count=2^11+1-refresh period*Hclk 。带入数值，计算得出1268 ＝0x04f4 ，这个数值要用四舍五入，减少误差。

    · 其余的保留值，均设置为0

    由此得出该寄存器的值应该为0x008c04f4 。