2021年12月08日 | 第三章、Tiny4412 U-BOOT移植三 时钟设置

这一章说明配置时钟频率基本原理

OK，接着说，这次先讲讲CPU的系统时钟。U-BOOT在启动的过程中，需要配置系统时钟，没有这东西，CPU就跑不起来。配置系统时钟，大致是以下几个步骤：

（1）设置系统PLL锁定时间

（2）配置PLL

（3）配置各模块分频系数

（4）切换到PLL时钟

一、基本原理

如下图3-1所示是Tiny4412 (Exynos4412)的核心板，板子最上面的是27MHz的晶振，下面一颗是24MHz，顺便讲一下另外几片东西，最左边的两片是内存DDR3-800，这表示数据传输频率为800MHz，外部时钟频率200MHz，内部时钟频率为100MHz(时钟可能有误)，背面还有两片；下面的MCL FLASH，外部时钟频率133MHz。

图3-1、Tiny4412核心板图

1、倍频的原理

图3-2、Exynos4412上电启动时序图

上电后时钟设置和上电时序的详细介绍见手册第7章和第60章。上图截取第60章，上电后的XXTI输出的频率变化图，XXTI频率从小变到指定频率需要一段时间(图中标红框的部分)，当CPU频率在变化的时候，比如由复位后的初始化值为400MHZ，我要升到1400MHZ,这时，首先把CPU的频率锁定，因为此时CPU的频率是变化的，频率变化，则CPU的状态就无法确定，所以，此时用PLL--phase-lockedloop锁相环，将CPU频率锁定一段时间，直到我的频率输出稳定为止。芯片手册上第2837页上显示APLL默认的设置时间最大要100us（100微秒）。

图3-3、Exynos4412PLL 锁定时间表

锁定频率后，此时，应该设置一个倍频因子，在Exynos4412手册中去查表7-2到7-4中，P,M,S设置对应位的值，然后，将频率提升，比如从晶振输出的24HZ，抬升到1400MHz。

图3-4、P,M,S设置值查找表

接着就是分频了，设置分频相关寄存器中不同的位即可实现分频，比如，设置某一位为0，那么，分频时，原来频率假设为1000MHZ，那么频率就被分为1000/1=1000MHz,这样就可以分给ARMCLK等使用了。

2、开始分析

下图3-5取自芯片手册section02_system的第3章 CLOCKCONTROLLER，在开篇的P353页的第一张图就是这个。

图3-5、Exynos4412时钟框图

Exnnos4412的Clock分为5个大的domain，分别是LEFTBUSS，MAUDIO(CMU_TOP)，DMC，CPU，RIGTHBUS，这五个区域分别管理不同的设备，为不同的设备提供不同的频率，如下表3-1所示。

表3-1、Exynos4412时钟频率说明表

再往下翻，这些不同设备的频率是如何产生的呢？可以查看手册P451页图表，下图3-6为部分图片截图。

图3-6、Exynos4412各模块时钟产生过程

由上图3-6可知，通过XOM[0]选择产生频率输入源，由于启动设置时，XOM[0]被设置为0，那么APLL的时钟源应是XXTI，但电路板中XXTI是没有用的，通过一个电阻接地了，如下图2-7所示，这一点我也一直没有想明白？有谁明白了可以告诉我。我暂且认为内部有什么寄存器，可以改变这个值，设置成了1，通过APLL倍频后得到时钟FOUTapll，可以做为新的时钟源进行分频后给其他IP核使用。

那么，在硬件上是如何实现的呢？观察开发板上晶振有三颗，一个24MHz,一个27MHz。晶振，(全名晶体振荡器，成份石英(二氧化硅)，晶振用于通过压电效应给CPU提出振荡频率，再通过别的电路，将例如正弦曲线波转换成方波，相当于CPU的起搏器，有了晶振，CPU才有频率输出)。如果CPU输入24MHz频率后，此时，就需要把频率放大了(否则CPU才24MHz的频率能干吗呢？所以，CPU并不是一上电就跑到几GHz上面去了，跑车再好，跑的再快，从0加速到100码，也需要一段时间，所以没有一上电就几G这回事儿)，在频率放大的过程中，首先需要考虑的一个问题就是——锁相环。简单的说，比如复位后，CPU默认工作频率在400MHz，现在需要升到1400MHz工作，那么从400-->1400MHz需要一个过程，假设为时间t1，在t1这段时间内，CPU的频率是变化的，那么CPU的状态就是不稳定的，此时，就需要把频率锁定，设置锁定时间，直到CPU稳定的输出频率。

图3-7、Exynos4412外部时钟连接图

CPU第一次启动时，第五章中已有说明，IROM中的代码将PLL已默认的初始化了，在芯片手册找到93页，可查看到其默认的初始频率：

图3-8、Exynos4412默认频率设置说明图

可见，当外部晶振是24MHz时，内部APLL和MPLL分别为400MHZ

由上图3-8查出可知，ARMCLK的默认频率为400MHz

1)查看芯片手册的P444页，查出总共有以下几种由CMU输出的时钟

有四种PLLs(APLL,MPLL,EPLL,HPLL)，还包括USB_OTGPHY clock。

The components to generate internalclocks are:

•APLL uses FINPLL as input to generatefrequencies from 22 to 1400 MHz.

•MPLL uses FINPLL as input to generatefrequencies from 22 to 1400 MHz.

•EPLL uses FINPLL as input to generatefrequencies from 22 to 1400 MHz. This PLL generates a 192 MHz clock for theAudio Sub-system. It divides EPLL output to generate 24 MHz SLIMbus clock.

•VPLL uses FINPLL or SCLK_HDMI24M asinput to generate frequencies from 22 to 1400 MHz. This PLL generates 54 MHzvideo clock or G3D clock.

•USB Device PHY uses XUSBXTI to generatefrequencies of 30 and 48 MHz.

•HDMI PHY uses XUSBXTI to generate 54MHz.

常用的APLL/MPLL/EPLL/VPLL是干什么的呢？看P446页

•APLLmainly drives the CPU_BLK clocks. It generates frequencies up to 1.4 GHz with aduty ratio of 49:51. APLL also generates DMC_BLK, LEFTBUS_BLK, RIGHTBUS_BLK,and CMU_TOP clocks as supplement of MPLL.

•MPLL mainly drives the DMC_BLK,LEFTBUS_BLK, RIGHTBUS_BLK, and CMU_TOP clocks. It generates frequencies up to 1GHz with a duty ratio of 49:51. MPLL also generates CPU_BLK clocks when itblocks APLL for locking during the Dynamic Voltage Frequency Scaling(DVFS).  

•EPLL mainly generates an audio clock.

•VPLL mainly generates video systemoperating clock of 54 MHz, or a G3D clock, or 440 MHz clock at 1.1 V.

先查看APLLPMS的倍频表，如下表3-2所示，看P447的Table7-2 APLL and MPLL PMS Value。  

表3-2、APLLand MPLL PMS Value

可查看到设置P/M/S的值，可以将频率拉升到我们想要的频率。设置的寄存器名称一般是：xPLL_CONx。如APLL的倍频寄存器的为APLL_CON0。

但在倍频之前，我们说过，先要让锁相环锁频功能成功，前面说过我们要等待一定的locktime时间，而手册上显示APLL的locktime最大为100us，如果是晶振输出的频率是24MHZ，locktime取值30毫秒，那么PLL_LOCKTIME是720，也就是0x2D0。那么我们就用这个值去设置APLL_LOCK寄存器。

翻看查找手册，基他相关的寄存器地址如下：

• (APLL_LOCK,R/W, Address = 0x1004_0000)

• (MPLL_LOCK, R/W, Address =0x1004_0000)

• (EPLL_LOCK, R/W, Address = 0x1003_0000)

• (VPLL_LOCK, R/W, Address =0xE010_0020)

下一节，结合实际的代码来说明如何设置这些值。