2021年02月20日 | 基于S3C6410的ARM11学习（十） 时钟初始化

之前已经用led验证了核心初始化的代码是可以用的了。接着就要进行到下一步，这一步就是时钟初始化，因为在时钟初始化之前，CPU的系统时钟都是跑在外部晶振12M上的，这速度也太慢了，S3C6410可是跑在600多M时钟上的。所以我们就需要对时钟进行配置，将系统时钟调高。

这时候，其实是可以初始化C所用环境，然后用c语言来写，不过为了练习编写汇编代码，就使用汇编代码来写了。

S3C6410的时钟是挺复杂的。比51单片机的时钟要是要复杂多了去了。下面是时钟的框图。

S3C6410共有3个PLL。PLL是时钟倍频用的。我使用的OK6410外部晶振是12M的。但是CPU的时钟是可以跑600多M的，这怎么实现的了。就是靠PLL来实现的。PLL对输入的频率可以进行倍频，倍频的倍数可以通过软件配置，所以才可以用外部的12M晶振给CPU提供600M的时钟。

第一个APLL。这个PLL是提供系统时钟的。就是供给ARM11核的时钟

第二个MPLL。这个PLL是提供AHB,APB时钟的。

第三个EPLL。这个PLL是提供某些外设的时钟。

在这里，我们只关心APLL和MPLL的配置。下图是默认的时钟配置

红色标明的线是说明该时钟走的路线。图中的选择器，默认为都是选择0那一端的。所以在开始的时候，

1、系统时钟：外部晶振直接通过MUXapll和第二个选择器，所以ARMCLK时钟就是外部晶振时钟12M。

2、AHB,APB总线：外部晶振直接通过MUXmpll和第二个选择器，第三个选择器，后面的CLKGEN不分频的，所以AHB和APB时钟也是12M。

下面我们就要改变这条时钟路线，并配置PLL。改变的路线如下所以

1、系统时钟：从外部晶振到APLL，APLL将外部时钟倍频到时钟1。在通过选择器，在通过第二个选择器，分频不分频，所以ARMCLK时钟就是时钟1。

2、 AHB,APB总线时钟：从外部晶振到MPLL。将MPLL倍频到时钟2。在通过第一个选择器，第二个选择器，第三个选择器，CLKGEN进行分频，所以AHB/AXI总线时钟就是时钟3。PCLK时钟就是时钟4

知道了时钟的走向，但是时钟1，时钟2，时钟3，时钟4应该是多少了。

上图，是S3C6410手册中提供的几个频率值。那我们到底是使用哪一个了。这个时候，就去看uboot，看他配置的哪个时钟。

查阅，uboot代码，得知，配置的APLL时钟是533M,MPLL是533M。时钟1是533M，时钟2是533M，时钟3是133M，时钟4是66M。

即PCLK：AHBCLK：APBCLK = 533:133:66 = 1:4:8

知道了这些参数，就可以去写程序配置了。不过，在写程序之前，先了解下时钟产生序列。

上图，是复位之后时钟产生序列。

当电源电压大于一个值后，外部晶振的频率进入到芯片中。复位无效后，系统时钟就有了，这个时候系统时钟就是外部晶振时钟。正是有了这个时钟，所以可以执行初始化的代码。然后我们就要配置PLL时钟了。这个有个锁定时间的概念。当改变PLL的输出时钟后，并不是马上时钟就产生了，而是需要一定的时间，这个时间就是锁定时间，在这个锁定时间内，输出的时钟不稳定，所以这时钟就不会进入到系统时钟去，所以这个时钟，CPU是停止工作的。当锁定时间结束后，PLL输出时钟稳定，系统时钟等于输出时钟，CPU继续工作。

配置PLL流程

1、配置PLL锁定时间（lock time）

2、配置PLL的倍频系数

3、开启PLL

4、等待锁定时间后，PLL输出频率稳定

来看看时钟初始化中用到的寄存器。

1、PLL锁定时间设置寄存器

这个寄存器是配置3个PLL对应的锁定时间的。只有低16位有用。默认值是0XFFFF。这个值我们通常是不更改的，所以我们可以不用设置寄存器。

2、APLL和MPLL控制寄存器

这个寄存器是用来配置PLL的倍频系数和PLL开启的。倍频系数是由寄存器中的三个参数决定。MDIV,PDIV,SDIV。设置不同的值，得到不同的倍频系数，也就得到不同的输出时钟。

计算的公式，手册中也有给，

不过，要去计算挺复杂的，手册中给了参考值。我们直接使用这些参考值就行了。

对于12M的输入时钟，如果要配置输出频率是533M。那么MDIV参数是266，PDIV参数是3，SDI参数是1。

我们是要配置PLL输出是533M的。

所以这个寄存器配置的参数就是

1<<31 | 266<<16|3<<8|1<<0

3、时钟选择控制寄存器

这个寄存器是用来选择时钟源的。在时钟框图中，有很多的选择器，通过选择器，可以选择不同的时钟，这儿寄存器就是配置时钟源选择哪一个。从框图中，看来我们是有两个时钟要选择的。一个是APLL后的选择器要选择APLL的输出，另一个是MPLL之后的选择器要选择MPLL的输出。从框图中知道这个和CLK_SRC寄存器的最后两位有关

所以，这里要配置最后两位的值都是1。选择PLL的输出。

4、时钟分频控制寄存器

这个是设置时钟线上某些分频器的分频。我们这里是设置ARMCLK，AHBCLK，APBCLK。

所以找到相应的位。

设置这些参数就可以得到ARMCLK，AHBCLK，APBCLK。但是这些参数怎么设置了，里面还有HCLKX2，这个是什么了。这个从手册中找到的以下这张表就明白了。

这个的参数就是配置红色框部分的分频器。

1、对于1号分频器。FOUTAPL通过选择器，那么DOUTAPL时钟是533M。通过上路选择器，到达1号分频器，我们是要ARM系统时钟是在533M。所以这里分频器不分频。所以寄存器的3:0位设置为0

2、对于2号分频器。FOUTMPL通过选择器到达MOUTMPL，那么MOUTMPL时钟是533M。在通过下路的SYNCMUX选择器，在通过上路的SYNC667选择器到达2号分频器。2号分频器的输出是HCLK*2，这个时钟是给ddr使用的。这个时钟是要配置为266M。所以2号分频器二分频。所以寄存器的11:9位值为1

3、对于3号分频器。HCLK*2时钟是266M。PCLK时钟是66M。要分频4。所以寄存器的15:12位值是3

4、对于4号分频器。HCLK*2是266M，而HCLK时钟是133M。所以4号分频器要设置为2.所以寄存器的第8位值是1。

所以这个寄存器设置的值就是

3 << 12 | 1<<9 | 1 <<8 | 0<<0

上面的方法可有点慢了，手册中还有另外一张图：

图中说明了配置HCLK*2,PCLK,HCLK的分频器的值在寄存器的哪几位。

后面的寄存器就和初始化时钟没有多大关系了。但是在后面的时候发现有以下寄存器。

从名字就可以看出，这个是门控时钟寄存器。就是控制外设功能的时钟是否使能的。不过默认为这些门控时钟都是开启的。这个和STM32是不一样的。STM32是默认为都关闭的。之前以为这ARM11没有门控时钟，原来其实ARM11是有门控时钟的。只不过默认都是开启的而已。

总结时钟初始化流程

1、设置时钟分频控制寄存器，先配置各个分频器的值

2、将CPU设置为异步模式，当AHB时钟和PCLK时钟不一样的时候，就要设置为异步模式

3、配置APLL

4、配置MPLL

5、配置时钟源选择控制寄存器，选择对应的时钟

中间有一个设置CPU为异步模式。这个是手册中规定的，这个在OTHER寄存器中设置。

所以，我们要将这个寄存器的第7位设置为0。同时也我们也要讲第6位设置为0.这个也是一个时钟源选择的。如下图，是选择下一路的时钟是APLL还是MPLL。

下面就可以写代码了，有了上面的知识后，这代码可就容易了，就是修改寄存器的值就行了。

先定义所要操作寄存器的地址，然后再定义两个参数，第一个参数是配置PLL倍频系数和开启PLL的。第二个参数是配置FCLK,HCLK*2,HCLK,PCLK时钟的。这两个参数在之前已经分析过了。

下面就是初始化时钟的代码了

1、先配置CLK_DIV0寄存器，配置各个分频器的分频系数。

2、将CPU设置为异步模式，就是将other寄存器的第7位写入0。首先读出这个寄存器，将值存在r1寄存器中。将r1寄存器的第七位和第八位给清零，在写入到other寄存器。

3、设置APLL

4、设置MPLL

5、设置时钟源选择，选择APLL和MPLL的输出

这样，就完成了时钟的初始化。在reset中，把上次点亮led的程序放在调用时钟初始化代码后，会发现，led闪烁的频率变高了。因为这时候已经把时钟的频率改到533M了。也就是时钟跑快了。

下面和STM32的时钟初始化：

本质上，STM32的时钟初始化和S3C6410的时钟初始化时差不多。也是配置PLL，选择时钟源。只是STM32不用将CPU设置为异步模式。而且STM32没有锁定时间，但是有一个寄存器的某一位来指示PLL输出是否准备好。

先来看看时钟树框图：

好大一棵时钟树。STM32支持4种时钟输入，

1：高速外部时钟，一般都是使用这个，外接的晶振一般为8M

2：高速内部时钟，8M。这个一般不用，因为内部的时钟性能不太好，时钟频率精度较差。

3：低速内部时钟，40K，这个时钟供给RTC或独立看门狗。

4：低速外部时钟，32.768K，这个时钟供RTC使用。

在STM32中，只有一个PLL，这个PLL就是对外部/内部高速时钟进行倍频的，倍频最大为16倍。然后通过选择器进入到系统时钟，系统时钟最大72M，比ARM11慢多了。然后再经过各个预分频器，到各自的时钟。

在系统复位后，HSI时钟被选为系统时钟，外部时钟是被旁路的。AHB预分频值为1，APB1和APB2预分频值都是1。所以系统时钟，AHB时钟，APB1，APB2时钟都是8M。工作在这个时钟肯定是不行的了。所以就要对时钟进行配置，就要用到PLL，将时钟升上去，让系统工作在最大72M下。

时钟配置的流程：

1、打开外部时钟，配置外部时钟没有被旁路

2、等待外部时钟就绪

3、 设置AHB，APB1,APB2，ADC预分频值。

4、配置PLLTPRE和PLLSRC选择器，让外部时钟进入到PLL的输入。

5、配置PLL倍频系数，并开启

6、等待PLL锁定

7、切换SW选择器，使系统时钟选择PLL输出

8、等待PLL输出作为系统时钟

看看配置相关的寄存器

1、时钟控制寄存器

用来开启外部高速时钟和内部高速时钟，并可以得到时钟是否就绪。还可以开启PLL，并判断PLL是否锁定。

截取一部分图。

2、时钟配置寄存器

配置时钟源选择，PLL倍频系数，预分频器系数

截取一部分图。

初始化时钟，官方库已经实现了这部分代码。下面可以来分析分析。

代码就是包括在SystemInit这个函数中的。这个函数在启动代码中就被调用。

在这个函数的中间，有调用这个SetSysClock()函数。注释也比较清楚，配置系统时钟频率，HCLK,PLCK2,PCLK1预分频系数。同时配置FLASH间隔周期和使能预先取数据功能。

进入到这个函数中，

通过宏判断系统时钟要设置为多少，在调用不同的函数。这个宏定义是在函数的开头部分定义的。

这里，把其他系统时钟宏注释，72M时钟注释去掉，就意味着将系统时钟设置为72M。

所以，就调用SetSysClockTo72()函数。

在去看这个函数实现什么。

我把这个代码中的宏，全部用他替换的值给替换掉了，这样可以知道配置什么值，就可以从寄存器去分析。代码稍微有点长，截成几部分来进行分析

首先定义两个无符号32位变量，变量是用__IO修饰。这个__IO，其实就是volatile的别名。

将RCC下的CR寄存器的值第16位置1.就是打开外部振荡器。

一个do while循环，就是判断外部振荡器是否就绪，其实就是判断RCC下的CR寄存器的第17位。为1就就绪，0就是没有就绪。这里多了一个变量来计数，防止如果外部晶振一直没有就绪，程序就死在这里了。

判断HSE就绪后，就将

判断HSEStatus为0x1的话，说明外部晶振就绪，就接着下一步操作。下面三行代码是对FLASH操作。目前不知道这代码放在这里是干嘛的。先不管。

将RCC下的CFGR寄存器的第10位设置为1.

这里，就是设置AHB,APB1,APB2预分频值。AHB不分频，APB1二分频，APB2不分频。

将RCC下的CFGR寄存器的21位到16位设置为011101。

这里，就将讲HSE时钟给配置到PLL的输入，并且中间没有进行分频。在设置PLL的倍频系数是9。这样，就将输入的8M时钟给倍频到72M时钟了。

然后再开启PLL。将RCC下CR寄存器的24位设置为1.就开启了PLL。

在判断RCC下CR寄存器的25位是不是为1，为1的话，PLL就锁定了。没有的话，还没有锁定，那就等待。

然后选中PLL时钟作为系统时钟，通过配置CR下的CFGR最低两位为10。将PLL输出切换为系统时钟。

最后，要检测PLL作为系统时钟是否准备好。检测CR下的CFGR的第2和第3为是否为10.是的话，PLL输出作为系统时钟。

这样，就完成了时钟的初始化。

通过对比，还是有很多相通的地方。先设置预分频系数，在配置PLL并开启，最后配置时钟源。只是ARM11在设置预分频系数后，就要将CPU设置为异步模式。