2018年10月13日 | STM32F407系统时钟解析

STM32F4时钟系统初始化是在system_stm32f4xx.c中的SystemInit()函数中完成的。对于系统时钟关键寄存器设置主要是在SystemInit函数中调用SetSysClock()函数来设置的。我们可以先看看SystemInit()函数体：

//@brief  Setup the microcontroller system

//        Initialize the Embedded Flash Interface, the PLL and update the

//        SystemFrequency variable.

//@param  None

//@retval None

void SystemInit(void)

{

  // FPU settings ------------------------------------------------------------

  #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)

    SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  // set CP10 and CP11 Full Access

  #endif

  // Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------

  // Set HSION bit

  RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

  // Reset CFGR register

  RCC->CFGR = 0x00000000;

  // Reset HSEON, CSSON and PLLON bits

  RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  // Reset PLLCFGR register

  RCC->PLLCFGR = 0x24003010;

  // Reset HSEBYP bit

  RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  // Disable all interrupts

  RCC->CIR = 0x00000000;

#ifdef DATA_IN_ExtSRAM

  SystemInit_ExtMemCtl();

#endif // DATA_IN_ExtSRAM

  // Configure the System clock source, PLL Multiplier and Divider factors,

     AHB/APBx prescalers and Flash settings ----------------------------------

  SetSysClock();

  // Configure the Vector Table location add offset address ------------------

#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

}

  SystemInit函数开始先进行浮点运算单元设置，然后是复位PLLCFGR,CFGR寄存器，同时通过设置CR寄存器的HSI时钟使能位来打开HSI时钟。默认情况下如果CFGR寄存器复位，那么是选择HSI作为系统时钟，这点大家可以查看RCC->CFGR寄存器的位描述最低2位可以得知，当低两位配置为00的时候（复位之后），会选择HSI振荡器为系统时钟。也就是说，调用SystemInit函数之后，首先是选择HSI作为系统时钟。

在设置完相关寄存器后，接下来SystemInit函数内部会调用SetSysClock函数。这个函数比较长，我们就把函数一些关键代码行截取出来给大家讲解一下。这里我们省略一些宏定义标识符值的判断而直接把针对STM32F407比较重要的内容贴出来：

//@brief  Configures the System clock source, PLL Multiplier and Divider factors,

//        AHB/APBx prescalers and Flash settings

//@Note   This function should be called only once the RCC clock configuration  

//        is reset to the default reset state (done in SystemInit() function).   

//@param  None

//@retval None

static void SetSysClock(void)

{

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//          PLL (clocked by HSE) used as System clock source            //

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////

  __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;

  // Enable HSE

  RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);

  // Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit

  do

  {

    HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;

    StartUpCounter++;

  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));

  if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)

  {

    HSEStatus = (uint32_t)0x01;

  }

  else

  {

    HSEStatus = (uint32_t)0x00;

  }

  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)

  {

// Select regulator voltage output Scale 1 mode, System frequency up to 168 MHz

    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

    PWR->CR |= PWR_CR_VOS;

    // HCLK = SYSCLK / 1 

    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;

    // PCLK2 = HCLK / 2 

    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2;

    // PCLK1 = HCLK / 4 

    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4;

    // Configure the main PLL

    RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |

                   (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

    // Enable the main PLL

    RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;

    // Wait till the main PLL is ready

    while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)

    {

    }

    // Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache and wait state

    FLASH->ACR = FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_5WS;

    // Select the main PLL as system clock source

    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));

    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL;

    // Wait till the main PLL is used as system clock source

    while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS ) != RCC_CFGR_SWS_PLL);

    {

    }

  }

  else

  {

        // If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock

        // configuration. User can add here some code to deal with this error

  }

}

  这段代码的大致流程是这样的：先使能外部时钟HSE，等待HSE稳定之后，配置AHB,APB1,APB2时钟相关的分频因子，也就是相关外设的时钟。等待这些都配置完成之后，打开主PLL时钟，然后设置主PLL作为系统时钟SYSCLK时钟源。如果HSE不能达到就绪状态（比如外部晶振不能稳定或者没有外部晶振），那么依然会是HSI作为系统时钟。

  在这里要特别提出来，在设置主PLL时钟的时候，会要设置一系列的分频系数和倍频系数参数。大家可以从SetSysClock函数的这行代码看出：

  RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |

          (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

这些参数是通过宏定义标识符的值来设置的。默认的配置在System_stm32f4xx.c文件开头的地方配置。对于我们开发板，我们的设置参数值如下：

    #define PLL_M      8

    #define PLL_Q      7

    #define PLL_N      336

    #define PLL_P       2

所以我们的主PLL时钟为：

    PLL=8MHz * N/ (M*P)=8MHz* 336/(8*2) = 168MHz

在开发过程中，我们可以通过调整这些值来设置我们的系统时钟。

这里还有个特别需要注意的地方，就是我们还要同步修改stm32f4xx.h中宏定义标识符HSE_VALUE的值为我们的外部时钟：

#if !defined  (HSE_VALUE)

#define HSE_VALUE    ((uint32_t)8000000)  //Value of the External oscillator in Hz

#endif   // HSE_VALUE

这里默认固件库配置的是25000000，我们外部时钟为8MHz，所以我们根据我们硬件情况修改为8000000即可。

最后我们总结一下SystemInit()函数中设置的系统时钟大小：

     SYSCLK（系统时钟）             =168MHz

    AHB总线时钟(HCLK=SYSCLK)           =168MHz

    APB1总线时钟(PCLK1=SYSCLK/4)                            =42MHz

    APB2总线时钟(PCLK2=SYSCLK/2)                            =84MHz

    PLL主时钟                  =168MHz