STM32-时钟-时钟树-时钟初始化配置

1.STM32时钟

• STM32有5个时钟源：HSI、HSE、LSI、LSE、PLL

• HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为16MHz，精度不高。可以直接作为系统时钟或者用作PLL时钟输入。

• HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~26MHz。

• LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为32kHz，提供低功耗时钟。主要供独立看门狗和自动唤醒单元使用。

• LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。RTC

• PLL为锁相环倍频输出。 STM32F4有三个PLL:

• 主PLL(PLL)由HSE或者HSI提供时钟信号，并具有两个不同的输出时钟。

①第一个输出PLLP用于生成高速的系统时钟（最高180MHz）

②第二个输出PLLQ为48M时钟，用于USB OTG FS时钟，随机数发生器的时钟和SDIO时钟。

• 第一个专用PLL(PLLI2S)生成精确时钟，在I2S和SAI1上实现高品质音频

  N是用于PLLI2S vco的倍频系数，其取值范围是：192~432；

  R是I2S时钟的分频系数，其取值范围是：2~7；

  Q是SAI时钟分频系数，其取值范围是：2~15；P没用到。

• 第二个专用PLL(PLLSAI)同样用于生成精确时钟，用于SAI1输入时钟，同时还为LCD_TFT接口提供精确时钟。

  N是用于PLLSAI vco的倍频系数，其取值范围是：192~432；

  Q是SAI时钟分频系数，其取值范围是：2~15；

  R是LTDC时钟的分频系数，其取值范围是：2~7；P没用到。

• PLLCLK=HSE*N/(M * P)，可以通过改变N、M、P改变PLLCLK的频率

• 系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源：

①、HSI振荡器时钟

②、HSE振荡器时钟

③、PLL时钟

• 任何外设在使用之前，必须使能相应的时钟

• STM32F4时钟信号输出MCO1（PA8）和MCO2(PC9）,MCO1:用户可以配置预分频器（1~ 5）向MCO1引脚PA8输出4个不同的时钟源：HIS、LSE、HSE、PLL。MCO2:用户可以配置预分频器（1~ 5）向MCO2引脚PC9输出4个不同的时钟源：HSE、PLL、SYSCLK、PLLI2S 。MCO最大输出时钟不超过100MHz。

• RCC时钟控制相关寄存器定义在stm32f429xx.h中。结构体： RCC_TypeDef;RCC时钟相关定义和函数在文件stm32f4xx_hal_rcc.h、stm32f4xx_hal_rcc.c 。

2.Stm32_Clock_Init

在CORE-startup_stm32f429xx.s文件中找到Reset_Handler，这一部分代码作用是引导程序，可以看到先执行SystemInit函数再执行main。

; Reset handler

Reset_Handler    PROC

                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]

        IMPORT  SystemInit

        IMPORT  __main

                 LDR     R0, =SystemInit

                 BLX     R0

                 LDR     R0, =__main

                 BX      R0

                 ENDP

; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)

可以在USER-system_stm32f7xx.c文件中找到SystemInit函数。其中/* Set HSION bit */可以看出系统初始化之后默认使用HSI作为系统时钟来源，因为不知道外部时钟是否准备好。

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;

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

#ifdef VECT_TAB_SRAM

  SCB->VTOR = RAMDTCM_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

}

时钟配置一般步骤：

使能PWR时钟：调用函数 _HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()。

设置调压器输出电压级别：调用函数 _HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG()。

选择是否开启Over-Driver功能：调用函数HAL_PWREx_EnableOverDrive()。

配置时钟源相关参数：调用函数HAL_RCC_OscConfig()。

配置系统时钟源以及AHB,APB1和APB2的分频系数：调用函数HAL_RCC_ClockConfig()。

在STSTEM-sys.c文件中找到Stm32_Clock_Init函数：

//时钟设置函数

//Fvco=Fs*(plln/pllm);

//Fsys=Fvco/pllp=Fs*(plln/(pllm*pllp));

//Fusb=Fvco/pllq=Fs*(plln/(pllm*pllq));

//Fvco:VCO频率

//Fsys:系统时钟频率

//Fusb:USB,SDIO,RNG等的时钟频率

//Fs:PLL输入时钟频率,可以是HSI,HSE等. 

//plln:主PLL倍频系数(PLL倍频),取值范围:64~432.

//pllm:主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频),取值范围:2~63.

//pllp:系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2,4,6,8.(仅限这4个值!)

//pllq:USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2~15.

//外部晶振为25M的时候,推荐值:plln=432,pllm=25,pllp=2,pllq=9.

//得到:Fvco=25*(432/25)=432Mhz

//     Fsys=432/2=216Mhz

//     Fusb=432/9=48Mhz

//返回值:0,成功;1,失败

void Stm32_Clock_Init(u32 plln,u32 pllm,u32 pllp,u32 pllq)

{

    HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;

    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStructure; 

    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStructure;

    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能PWR时钟

    __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);//设置调压器输出电压级别，以便在器件未以最大频率工作

    RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;    //时钟源为HSE

    RCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON;                      //打开HSE

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;    //打开PLL

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;          //PLL时钟源选择HSE

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLM=pllm; //主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频)

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLN=plln; //主PLL倍频系数(PLL倍频)

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLP=pllp; //系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频)

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLQ=pllq; //USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频)

    ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化

    if(ret!=HAL_OK) while(1);

    ret=HAL_PWREx_EnableOverDrive(); //开启Over-Driver功能

    if(ret!=HAL_OK) while(1);

    //选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2

    RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);

    RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;//设置系统时钟时钟源为PLL

    RCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;//AHB分频系数为1

    RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV4;//APB1分频系数为4

    RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2;//APB2分频系数为2

    ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_7);//同时设置FLASH延时周期为7WS，也就是8个CPU周期。

    if(ret!=HAL_OK) while(1);

}

对于 __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();可以在stm32fxx_hal_rcc.h中找到：

#define __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()   do {

                                        __IO uint32_t tmpreg;

                                        SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_PWREN);

                                        /* Delay after an RCC peripheral clock enabling */

                                        tmpreg = READ_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_PWREN);

                                        UNUSED(tmpreg);

                                      } while(0)

因为后面设置调压器输出电压级别和选择是否开启Over-Driver功能要用到PWR时钟，所以先使能PWR时钟。

对于以下两函数头文件，都位于HALLIB-stm32f7xx_hal_rcc.h文件中

配置时钟源相关参数：调用函数HAL_RCC_OscConfig()。

配置系统时钟源以及AHB,APB1和APB2的分频系数：调用函数HAL_RCC_ClockConfig()。

HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_OscConfig(RCC_OscInitTypeDef *RCC_OscInitStruct);

HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef *RCC_ClkInitStruct, uint32_t FLatency);

HAL_RCC_OscConfig函数配置时钟源相关参数

选中RCC_OscInitTypeDef找到它的定义：

首先根据TYPE判断操作的是哪个时钟源，然后再对相应的时钟源配置。

typedef struct

{

  uint32_t OscillatorType;       /*!< The oscillators to be configured.

                                      This parameter can be a value of @ref RCC_Oscillator_Type                   */

  uint32_t HSEState;             /*!< The new state of the HSE.

                                      This parameter can be a value of @ref RCC_HSE_Config                        */

  uint32_t LSEState;             /*!< The new state of the LSE.

                                      This parameter can be a value of @ref RCC_LSE_Config                        */

  uint32_t HSIState;             /*!< The new state of the HSI.

                                      This parameter can be a value of @ref RCC_HSI_Config                        */

  uint32_t HSICalibrationValue;   /*!< The HSI calibration trimming value (default is RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT).

                                       This parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and Max_Data = 0x1F */

  uint32_t LSIState;             /*!< The new state of the LSI.

                                      This parameter can be a value of @ref RCC_LSI_Config                        */

  RCC_PLLInitTypeDef PLL;        /*!< PLL structure parameters                                                    */      

}RCC_OscInitTypeDef;

其中的RCC_PLLInitTypeDef：可以看到里面有对PLL时钟源等一系列配置。

typedef struct

{

  uint32_t PLLState;   /*!< The new state of the PLL.

                            This parameter can be a value of @ref RCC_PLL_Config                      */

  uint32_t PLLSource;  /*!< RCC_PLLSource: PLL entry clock source.

                            This parameter must be a value of @ref RCC_PLL_Clock_Source               */           

  uint32_t PLLM;       /*!< PLLM: Division factor for PLL VCO input clock.

                            This parameter must be a number between Min_Data = 2 and Max_Data = 63    */        

  uint32_t PLLN;       /*!< PLLN: Multiplication factor for PLL VCO output clock.

                            This parameter must be a number between Min_Data = 50 and Max_Data = 432  */

  uint32_t PLLP;       /*!< PLLP: Division factor for main system clock (SYSCLK).

                            This parameter must be a value of @ref RCC_PLLP_Clock_Divider             */

  uint32_t PLLQ;       /*!< PLLQ: Division factor for OTG FS, SDMMC and RNG clocks.

                            This parameter must be a number between Min_Data = 2 and Max_Data = 15    */

#if defined (STM32F765xx) || defined (STM32F767xx) || defined (STM32F769xx) || defined (STM32F777xx) || defined (STM32F779xx)

  uint32_t PLLR;       /*!< PLLR: Division factor for DSI clock.

                            This parameter must be a number between Min_Data = 2 and Max_Data = 7    */

#endif /* STM32F767xx || STM32F769xx || STM32F777xx || STM32F779xx */  

}RCC_PLLInitTypeDef;   

调用HAL_RCC_OscConfig函数的方法如下：首先设置一下RCC_OscInitTypeDef类型的结构体。

    RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;    //时钟源为HSE

    RCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON;                      //打开HSE

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;    //打开PLL

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;          //PLL时钟源选择HSE

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLM=pllm; //主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频)

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLN=plln; //主PLL倍频系数(PLL倍频)

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLP=pllp; //系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频)

    RCC_OscInitStructure.PLL.PLLQ=pllq; //USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频)

    ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化

如果要配置HSI：可以找到RCC_OSCILLATORTYPE_HSE的定义，然后发现如下代码块，在RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;代码中，将RCC_OSCILLATORTYPE_HSE修改成RCC_OSCILLATORTYPE_HSI即可。

#define RCC_OSCILLATORTYPE_NONE            ((uint32_t)0x00000000U)

#define RCC_OSCILLATORTYPE_HSE             ((uint32_t)0x00000001U)

#define RCC_OSCILLATORTYPE_HSI             ((uint32_t)0x00000002U)

#define RCC_OSCILLATORTYPE_LSE             ((uint32_t)0x00000004U)

#define RCC_OSCILLATORTYPE_LSI             ((uint32_t)0x00000008U)

同样的方法可以配置其他的成员变量。

可以理解main函数的Stm32_Clock_Init，可以找到：Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz

然后找到Stm32_Clock_Init的定义，void Stm32_Clock_Init(u32 plln,u32 pllm,u32 pllp,u32 pllq)

由于外部晶振是25M，现在Stm32_Clock_Init第二个参数pllm是25，因此外部晶振是25M经过/M后，变成1。然后*n再/p最后得到216M 。

HAL_RCC_ClockConfig配置系统时钟源以及AHB,APB1和APB2的分频系数

然后再看一下HAL_RCC_ClockConfig函数，HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef *RCC_ClkInitStruct, uint32_t FLatency)

对于第一个参数RCC_ClkInitTypeDef 在HALLIB-stm32f7xx_hal_rcc.h文件中可找到：

/**

  * @brief  RCC System, AHB and APB busses clock configuration structure definition  

  */

typedef struct

{

  uint32_t ClockType;             /*!< The clock to be configured.

                                       This parameter can be a value of @ref RCC_System_Clock_Type */

  uint32_t SYSCLKSource;          /*!< The clock source (SYSCLKS) used as system clock.

                                       This parameter can be a value of @ref RCC_System_Clock_Source    */

  uint32_t AHBCLKDivider;         /*!< The AHB clock (HCLK) divider. This clock is derived from the system clock (SYSCLK).

                                       This parameter can be a value of @ref RCC_AHB_Clock_Source       */

  uint32_t APB1CLKDivider;        /*!< The APB1 clock (PCLK1) divider. This clock is derived from the AHB clock (HCLK).

                                       This parameter can be a value of @ref RCC_APB1_APB2_Clock_Source */

  uint32_t APB2CLKDivider;        /*!< The APB2 clock (PCLK2) divider. This clock is derived from the AHB clock (HCLK).

                                       This parameter can be a value of @ref RCC_APB1_APB2_Clock_Source */

}RCC_ClkInitTypeDef;

对于第一个ClockType它可以选择哪些值：也可以在HALLIB-stm32f7xx_hal_rcc.h文件找到

#define RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK             ((uint32_t)0x00000001U)

#define RCC_CLOCKTYPE_HCLK               ((uint32_t)0x00000002U)

#define RCC_CLOCKTYPE_PCLK1              ((uint32_t)0x00000004U)

#define RCC_CLOCKTYPE_PCLK2              ((uint32_t)0x00000008U)

对应于时钟系统：可以配置SYSCLK、HCLK、PCLK

SYSCLK、HCLK、PCLK都是占用不同的位，而且HAL_RCC_ClockConfig里面是用if进行判断而不是ifelse，所以可用或运算配置时钟。

//选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2

    RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);

    RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;//设置系统时钟时钟源为PLL

    RCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;//AHB分频系数为1

    RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV4;//APB1分频系数为4

    RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2;//APB2分频系数为2

    ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_7);//同时设置FLASH延时周期为7WS，也就是8个CPU周期。

配置调压器输出级别：

__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);//设置调压器输出电压级别，以便在器件未以最大频率工作。

首先找到__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG的定义：可以发现是通过PWR->CR寄存器来配置的。

VOS[1:0] =“0x01”时，fHCLK 最大值为 144 MHz。

VOS[1:0] =“0x10”时，fHCLK 最大值为 168 MHz。激活过驱动模式可将其扩展到

180 MHz。

VOS[1:0] =“0x11”时，fHCLK 最大值为 180 MHz。激活过驱动模式可将其扩展到

216 MHz。

#define __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(__REGULATOR__) do {                                                     

                                                            __IO uint32_t tmpreg;                               

                                                            MODIFY_REG(PWR->CR1, PWR_CR1_VOS, (__REGULATOR__));

                                                            /* Delay after an RCC peripheral clock enabling */ 

                                                            tmpreg = READ_BIT(PWR->CR1, PWR_CR1_VOS);           

                                                            UNUSED(tmpreg);                                     

                                                } while(0)

对于__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG的参数，可以找到：

#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1         PWR_CR1_VOS

#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2         PWR_CR1_VOS_1

#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3         PWR_CR1_VOS_0

通过 ret=HAL_PWREx_EnableOverDrive(); //可以开启Over-Driver功能

配置FLASH等待周期

HAL_RCC_ClockConfig还有一个参数uint32_t FLatency，可以找到：

/** @defgroup FLASH_Latency FLASH Latency

  * @{

  */

#define FLASH_LATENCY_0                FLASH_ACR_LATENCY_0WS   /*!< FLASH Zero Latency cycle      */

#define FLASH_LATENCY_1                FLASH_ACR_LATENCY_1WS   /*!< FLASH One Latency cycle       */

#define FLASH_LATENCY_2                FLASH_ACR_LATENCY_2WS   /*!< FLASH Two Latency cycles      */

#define FLASH_LATENCY_3                FLASH_ACR_LATENCY_3WS   /*!< FLASH Three Latency cycles    */

#define FLASH_LATENCY_4                FLASH_ACR_LATENCY_4WS   /*!< FLASH Four Latency cycles     */

#define FLASH_LATENCY_5                FLASH_ACR_LATENCY_5WS   /*!< FLASH Five Latency cycles     */

#define FLASH_LATENCY_6                FLASH_ACR_LATENCY_6WS   /*!< FLASH Six Latency cycles      */

#define FLASH_LATENCY_7                FLASH_ACR_LATENCY_7WS   /*!< FLASH Seven Latency cycles    */

#define FLASH_LATENCY_8                FLASH_ACR_LATENCY_8WS   /*!< FLASH Eight Latency cycles    */

#define FLASH_LATENCY_9                FLASH_ACR_LATENCY_9WS   /*!< FLASH Nine Latency cycles     */

#define FLASH_LATENCY_10               FLASH_ACR_LATENCY_10WS  /*!< FLASH Ten Latency cycles      */

#define FLASH_LATENCY_11               FLASH_ACR_LATENCY_11WS  /*!< FLASH Eleven Latency cycles   */

#define FLASH_LATENCY_12               FLASH_ACR_LATENCY_12WS  /*!< FLASH Twelve Latency cycles   */

#define FLASH_LATENCY_13               FLASH_ACR_LATENCY_13WS  /*!< FLASH Thirteen Latency cycles */

#define FLASH_LATENCY_14               FLASH_ACR_LATENCY_14WS  /*!< FLASH Fourteen Latency cycles */

#define FLASH_LATENCY_15               FLASH_ACR_LATENCY_15WS  /*!< FLASH Fifteen Latency cycles  */

/**

  * @}

  */

CPU 时钟 (HCLK) 频率对应的等待周期数是通过一张表对应的：

然后就可以写：ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_7);//同时设置FLASH延时周期为7WS，也就是8个CPU周期。