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2023年02月03日 | MCU时钟相关功能引脚有什么作用
2023-02-03 来源：zhihu
今天给大家介绍的是i.MXRT1xxx系列MCU时钟相关功能引脚作用。
如果我们从一颗 MCU 芯片的引脚分类来看芯片功能，大概可以分为三大类：电源、时钟、外设功能。作为嵌入式开发者，大部分时候关注得都是外设功能引脚，而对于时钟相关引脚往往不太在意，其实有些时候利用时钟功能引脚也能助你定位问题。今天痞子衡就带你梳理一下 i.MXRT1xxx 系列的时钟系统以及相关功能引脚：
一、时钟系统简介
目前 i.MXRT1xxx 系列主要分为 i.MXRT10xx 和 i.MXRT11xx 两大分支。这两个分支的时钟系统设计是有一些差异的，不过总体来说，架构差别不大，我们以如下 i.MXRT1170 的时钟架构为例来具体介绍。
在时钟系统架构图里我们能看到有五大组件：OSC_PLL、CCM、LPCG、GPC、SRC，其中最核心的功能在前两个，OSC_PLL 主要负责产生时钟，CCM 主要用于分配时钟。
二、关于时钟源头
上一节里我们知道 OSC_PLL 模块负责所有时钟的生成，但那些时钟并不是凭空产生的，也是需要源头的。这个源头既可以来自芯片内部，也可以来自外部引脚输入。
先说芯片内部的 RC OSC，在芯片设计时，为了保证在没有外部时钟/晶振输入的情况下，芯片也能工作，所以内部集成了一些振荡器/振荡电路（RC Oscillator），32KHz 和 24MHz(48MHz) 是标配，部分型号上还有 16MHz、400MHz，不过这些内部振荡器精度有限（有可能误差20%），适用芯片低速运行场合。
如果是芯片高速运行的场合（或者对精度要求高的场合），那一定需要外接高精度振荡器，包含从 XTALI/XTALO 引脚进来的 24MHz OSC，以及从 RTC_XTALI/RTC_XTALO 引脚进来的 32.768KHz OSC，这两个外部时钟源是由 OSC_PLL 大模块内部的 XTALOSC 小模块负责管理的，XTALOSC 模块优先检测外部是否有 32.768KHz / 24MHz OSC 存在，如果存在则用外部源，如果不存在则启用内部 32KHz / 24MHz RC OSC 源。
24MHz OSC（内部或者外部源）是 OSC_PLL 内部 PLL 的主要时钟源，有了基准的 24MHz 时钟，PLL 就能将其倍频得到想要的高频时钟，芯片内部 PLL 有很多个，大部分 PLL 都只是输出固定原始频率时钟，少部分含 PFD 功能的 PLL（一般是 System PLL）可以调节原始频率输出。除了 24MHz OSC 外，PLL 也可以接受来自 CLK1_P/CLK1_N 引脚输入的源。
1. 对于 i.MXRT10xx 系列，PLL 时钟源选择在 CCM_ANALOG->PLL_xxx[BYPASS_CLK_SRC] 位
2. 对于 i.MXRT11xx 系列，PLL 时钟源由 Set Point 设置
| 时钟源输入 | i.MXRT1011 | i.MXRT1015/102x | i.MXRT105x/106x | i.MXRT11xx (116x/117x/118x) | i.MXRT118x |
|---|---|---|---|---|---|
| XTALI XTALO | LQFP80 - 37,38 | LQFP100 - 46,47 LQFP144 - 67,68 | BGA196 - N11,P11 | BGA289 - U16,T16 | BGA144 - M9,L9 |
| RTC_XTALI RTC_XTALO | LQFP80 - 27,28 | LQFP100 - 36,37 LQFP144 - 57,58 | BGA196 - N9,P9 | BGA289 - T13,U13 | BGA144 - M7,L7 |
| CLK1_P CLK1_N | N/A | N/A | BGA196 - N13,P13 | BGA289 - U15,T15 | BGA144 - M11,L11 |
三、关于时钟输出
前面讲了 32KHz / 24MHz OSC 是比较重要的时钟源头，它的精度对系统性能有很大影响，因此我们需要有一种方法实测这两个时钟的精度，芯片设计时特意在一些 I/O 引脚复用功能里做了 REF_CLK_24M / REF_CLK_32K 选项，当 I/O 配置为该功能时，便可用示波器量得具体时钟频率。
我们知道 CCM 模块负责 OSC_PLL 输出的时钟资源的分配，芯片里所有外设的具体时钟源指定以及分频系数、开关控制均由 CCM 来完成。如果你想观测某 PLL 最终输出或者常用外设时钟源最终配置，也可以通过指定 I/O 输出观测，即下面的 CCM_CLKO1 / CCM_CLKO2 复用功能选项。当然 CCM_CLKOx 不仅仅用于观测频率，也可以用于给外部芯片提供时钟源。
1. 对于 i.MXRT10xx 系列，CCM_CLKOx 时钟输出控制在 CCM->CCOSR 寄存器
2. 对于 i.MXRT11xx 系列，CCM_CLKOx 时钟输出控制在最后两个 CCM->CLOCK_ROOT_CONTROL 寄存器
| 时钟信号输出 | i.MXRT1011 | i.MXRT1015/102x | i.MXRT105x/106x | i.MXRT116x/117x | i.MXRT118x |
|---|---|---|---|---|---|
| REF_CLK_24M | GPIO_AD_14 | GPIO_AD_B0_01 GPIO_AD_B0_03 GPIO_AD_B0_13 | GPIO_AD_14 | N/A | |
| REF_CLK_32K | GPIO_AD_07 | GPIO_AD_B0_00 | GPIO_AD_13 | N/A | |
| CCM_CLKO1 | GPIO_SD_02 | GPIO_SD_B1_02 | GPIO_SD_B0_04 | GPIO_EMC_B1_40 | GPIO_EMC_B2_02 GPIO_SD_B1_00 |
| CCM_CLKO2 | GPIO_SD_01 | GPIO_SD_B1_03 | GPIO_SD_B0_05 | GPIO_EMC_B1_41 | GPIO_EMC_B2_08 GPIO_SD_B1_01 |
总结一下，时钟功能引脚尤其是输出引脚对于确认时钟频率具有重要意义，如果你的应用严重依赖时钟精度，遇到问题时不妨先检查一下时钟频率的准确性以及精度。
至此，i.MXRT1xxx系列MCU时钟相关功能引脚作用便介绍完毕了，
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