如何去实现一种HSE时钟和LSE时钟外部电路的硬件设计呢

　　1. 电源供电
　　看下面的框图，STM32F429的电源供电，能看到Vdd，Vdda，Vcap，Vss一堆电源标识：
　　
　　这些常用标识的解释如下：
　　
　　vss为接地端，其他都是为各功能分别供电的。
　　2. 上电复位和手动复位
　　当系统由可靠的电源供电时，一旦通电，电源迅速地达到额定输出电压，一旦断电，电源迅速地下降到0V，并且在接通的时候，电压不会降低。这时能够可靠地使用基于一个电容和一个电阻的低成本硬件复位。这种形式的复位电路称为阻容复位。
　　如果电源不够可靠，而涉及安全性，这种简单的阻容解决方案就不合适了。
　　2.1 硬件复位
　　STM32F429开发板的硬件复位原理图如下：
　　
　　STM32这款CPU的复位引脚是低电平有效，即RESET为低电平时，CPU处于复位状态。
　　R21和C37组成简单的RC复位电路。当系统上电瞬间，电容两端电压可以认为是0，CPU处于复位状态。3.3V电源通过电阻给电容充电，当电容的电压升到CPU的高电平门槛电压时，CPU退出复位状态转入运行状态。
　　在设计电路时，需要选择适当的R值和C值，以保证RESET低电平持续时间满足CPU复位最小脉宽的要求。
　　当按下RESET轻触开关时，C37两端被短路接地，可实现手动复位CPU。
　　2.2 软件复位
　　除了上电和手动复位，程序设计设置中还经常要用到软件复位，即调用一条函数就可以实现复位功能。此函数已经由CMSIS软件包中的core_cm4.h文件提供，函数如下：
　　/** brief System Reset details Initiates a system reset request to reset the MCU. */__STATIC_INLINE void __NVIC_SystemReset（void）{ __DSB（）; /* Ensure all outstanding memory accesses included buffered write are completed before reset */ SCB-》AIRCR = （uint32_t）（（0x5FAUL 《《 SCB_AIRCR_VECTKEY_Pos） | （SCB-》AIRCR & SCB_AIRCR_PRIGROUP_Msk） | SCB_AIRCR_SYSRESETREQ_Msk ）; /* Keep priority group unchanged */ __DSB（）; /* Ensure completion of memory access */ for（;;） /* wait until reset */ { __NOP（）; }} 软件复位反映到实际硬件上，就是给硬件复位部分发一个复位信号：
　　
　　3. RCC时钟控制
　　首先，单片机能正常工作的必要条件之一就是时钟电路，时钟是单片机的脉搏，是单片机的驱动源，单片机工作是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍进行工作的。这个脉冲由单片机控制器中的时序电路发出的。所以单片机就很需要晶振。
　　3.1 晶振
　　晶振，全称是石英晶体振荡器，是一种高精度和高稳定度的振荡器。通过一定的外接电路来，可以生成频率和峰值稳定的正弦波。而单片机在运行的时候，需要一个脉冲信号，做为自己执行指令的触发信号，可以简单的想象为：单片机收到一个脉冲，就执行一次或多次指令。
　　单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。—个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12兆赫兹晶振，它的时钟周期是1/12us，它的一个机器周期是12×（1/12）us，也就是1us。
　　3.2 内部时钟和外部时钟的不同
　　首先，晶振是时钟电路的振荡器，时钟信号由振荡电路产生。
　　由芯片内部RC时钟电路产生时钟信号，即内部时钟。
　　由芯片外部晶体，加振荡电路产生时钟信号，即外部时钟。
　　STM3F429有如下四种时钟源可供使用：
　　HSI （High-speed internal oscillator） ：
　　HSI是内部的高速RC振荡器，频率16MHz，可被用于系统时钟。优势是低成本，无需外部时钟，快速启动（仅需几个微秒），缺点是精度差，即使经过校准。
　　HSE （High-speed external oscillator）：
　　HSE是外部的高速振荡器，通过外接时钟源，有源或者无源晶振驱动，时钟范围4-26MHz。优势是精度高，缺点是增加成本。
　　LSE （Low-speed external oscillator）
　　LSE是外部的低速振荡器，通过外接时钟源，有源或者无源晶振驱动，一般接32.768KHz，主要用于RTC实时时钟。
　　LSI （Low-speed internal oscillator）
　　LSI是内部的低速RC振荡器，频率约是32KHz，主要用于独立看门狗和自动唤醒，也可以用于RTC实时时钟。
　　通过下面的时钟树再进一步的认识这几个时钟：
　　
　　3.3 HSE和LSE外部电路的硬件设计
　　HSE时钟
　　当前开发板是用的8MHz晶振为HSE提供时钟，硬件设计如下：
　　
　　晶振和负载电容需要尽可能近地靠近F4的晶振引脚，以减小输出失真和启动稳定时间。负载电容值必须根据选定的晶振进行调节。
　　对于C109和C111，我们推荐使用高质量陶瓷电容，这种电容是设计用于需要高频率的场合，并且可以满足晶体或谐振器的需求。C109和C111通常具有相同的值。
　　这里再额外补充一个知识点，HSE旁路时钟和外置晶振区别：一般板子是采用的外置晶振模式，高速外部 （HSE） 时钟可以使用一个4到26MHz 的晶振 / 陶瓷谐振振荡器产生：
　　
　　而bypass 旁路的意思就是不使用它，绕过它。具体到HSE旁路的话，用户直接提供4-26MHz的时钟源即可，可以使用有源晶振或者FPGA提供时钟等方式：
　　
　　LSE时钟
　　当前开发板是用的32768Hz晶振为LSE提供时钟，硬件设计如下：
　　
　　3.4 时钟具体理解
　　
　　STM32 也可以说有5个时钟源：HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
　　①、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。
　　②、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。（此处以25M为例）
　　③、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。
　　④、LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。RTC
　　⑤、PLL为锁相环倍频输出。
　　PLL 为锁相环倍频输出。 STM32F4 有三个 PLL：
　　1） 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。第一个输出 PLLP 用于生成高速的系统时钟（最高 180MHz）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。
　　
　　2） 第一个专用 PLL（PLLI2S）用于生成精确时钟， 在 I2S 和 SAI1 上实现高品质音频性能。 其中， 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。
　　
　　3） 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。 其中， 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。
　　
　　主 PLL 时钟第一个高速时钟输出 PLLP 的计算方法：配置180MHz为例：
　　分析：主 PLL 时钟的时钟源要先经过一个分频系数为 M 的分频器，然后经过倍频系数为 N 的倍频器出来之后还需要经过一个分频系数为 P（第一个输出 PLLP）或者 Q（第二个输出 PLLQ）的分频器分频之后，最后才生成最终的主 PLL 时钟。例如我们的外部晶振选择 25MHz。同时我们设置相应的分频器 M=25，倍频器倍频系数 N=360，分频器分频系数 P=2，那么主 PLL 生成的第一个输出高速时钟 PLLP 为：
　　PLL=25MHz * N/ （M*P）=25MHz* 360 /（25*2） = 180MHz
　　配置过程如下图所示：
　　
　　4. 系统时钟的初始化寄存器源码分析
　　在系统进入主函数之前，首先会执行SystemInit这个函数对系统进行初始化
　　
　　看一看这个程序的内容：
　　源代码如下：
　　void SystemInit（void）{/* FPU 设置------------------------------------------------------------*/#if （__FPU_PRESENT == 1） && （__FPU_USED == 1）SCB-》CPACR |= （（3UL 《《 10*2）|（3UL 《《 11*2））; /* set CP10 and CP11 Full Access */#endif/* 复位 RCC 时钟配置为默认配置-----------*/RCC-》CR |= （uint32_t）0x00000001;//打开 HSION 位RCC-》CFGR = 0x00000000;//复位 CFGR 寄存器RCC-》CR &= （uint32_t）0xFEF6FFFF;//复位 HSEON， CSSON and PLLON 位RCC-》PLLCFGR = 0x24003010; //复位寄存器 PLLCFGRRCC-》CR &= （uint32_t）0xFFFBFFFF;//复位 HSEBYP 位RCC-》CIR = 0x00000000;//关闭所有中断#if defined （DATA_IN_ExtSRAM） || defined （DATA_IN_ExtSDRAM）SystemInit_ExtMemCtl（）;#endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM *//* 配置中断向量表地址=基地址+偏移地址 ------------------*/#ifdef VECT_TAB_SRAMSCB-》VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET;#elseSCB-》VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET;#endif} 可以看出这段代码的作用是：
　　1） FPU 设置
　　2） 复位 RCC 时钟配置为默认复位值（默认开始了 HIS）
　　3） 外部存储器配置
　　4） 中断向量表地址配置
　　做了这些工作，但是在F4的HAL库汇总SystemInit函数，并没有设置系统的主频和外设时钟的频率，所以所以需要自己去写这个函数。
　　首先先分析一下使用寄存器版本来写的SystemInit函数吧：
　　//系统时钟初始化函数//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.void Stm32_Clock_Init（u32 plln，u32 pllm，u32 pllp，u32 pllq）{ RCC-》CR|=0x00000001; //设置HISON，开启内部高速RC振荡 RCC-》CFGR=0x00000000; //CFGR清零 RCC-》CR&=0xFEF6FFFF; //HSEON，CSSON，PLLON清零 RCC-》PLLCFGR=0x24003010; //PLLCFGR恢复复位值 RCC-》CR&=~（1《《18）; //HSEBYP清零，外部晶振不旁路 RCC-》CIR=0x00000000; //禁止RCC时钟中断 Sys_Clock_Set（plln，pllm，pllp，pllq）;//设置时钟 //配置向量表 #ifdef VECT_TAB_RAM MY_NVIC_SetVectorTable（1《《29，0x0）;#else MY_NVIC_SetVectorTable（0，0x0）;#endif } 这个函数需要的参数是4个，分别与系统原理图对应的是，如下图所示：
　　
　　接下来，查看时钟控制CR寄存器的描述：
　　（1）开启HISON，开启内部高速RC震荡
　　
　　（2）时钟配置寄存器CFRG清零
　　
　　（3）配置时钟控制CR寄存器， 使位HSEON，CSSON，PLLON清零（第16、19、24位）
　　
　　（4）RCC PLL 配置寄存器 （RCC_PLLCFGR），恢复默认值：
　　RCC-》PLLCFGR=0x24003010; //PLLCFGR恢复复位值
　　（5）设置CR寄存器，外部晶振不旁路
　　
　　（6）RCC 时钟中断寄存器 （RCC_CIR），RCC-》CR=0X00000000; //禁止RCC时钟中断
　　
　　（7）设置时钟，使用函数Sys_Clock_Set（plln，pllm，pllp，pllq）;//设置时钟，函数原型如下：
　　u8 Sys_Clock_Set（u32 plln，u32 pllm，u32 pllp，u32 pllq）
　　{
　　u16 retry=0;
　　u8 status=0;
　　RCC-》CR|=1《《16; //HSE 开启
　　while（（（RCC-》CR&（1《《17））==0）&&（retry《0X1FFF））retry++;//等待HSE RDY
　　if（retry==0X1FFF）status=1; //HSE无法就绪
　　else
　　{
　　RCC-》APB1ENR|=1《《28; //电源接口时钟使能
　　PWR-》CR|=3《《14; //高性能模式，时钟可到180Mhz
　　RCC-》CFGR|=（0《《4）|（5《《10）|（4《《13）;//HCLK 不分频;APB1 4分频;APB2 2分频。
　　RCC-》CR&=~（1《《24）; //关闭主PLL
　　RCC-》PLLCFGR=pllm|（plln《《6）|（（（pllp》》1）-1）《《16）|（pllq《《24）|（1《《22）;//配置主PLL，PLL时钟源来自HSE
　　RCC-》CR|=1《《24; //打开主PLL
　　while（（RCC-》CR&（1《《25））==0）;//等待PLL准备好
　　FLASH-》ACR|=1《《8; //指令预取使能。
　　FLASH-》ACR|=1《《9; //指令cache使能。
　　FLASH-》ACR|=1《《10; //数据cache使能。
　　FLASH-》ACR|=5《《0; //5个CPU等待周期。
　　RCC-》CFGR&=~（3《《0）; //清零
　　RCC-》CFGR|=2《《0; //选择主PLL作为系统时钟
　　while（（RCC-》CFGR&（3《《2））！=（2《《2））;//等待主PLL作为系统时钟成功。
　　}
　　return status;
　　}
　　（8）.RCC-》CR|=1《《16; //设置CR寄存器的第16位为1，HSE 开启
　　
　　（9）等待HSE时钟就绪，判断CR寄存器的第17位是否为1，返回1准备就绪，如果超时，返回标志位status=1.
　　
　　（10）如果准备就绪，使能电源接口时钟，RCC-》APB1ENR|=1《《28; //设置APB1ENR寄存器28位为1电源接口时钟使能
　　
　　（11）开始电源的高性能模式，PWR-》CR|=3《《14; //高性能模式，时钟可到180Mhz
　　
　　（11）。配置RCC的CFGR寄存器，//HCLK 不分频;APB1 4分频;APB2 2分频
　　
　　（12）.RCC-》CR&=~（1《《24）; //关闭主PLL，配置主PLL的一些参数，配置完再重新打开
　　
　　
　　（13）。//配置主PLL，PLL时钟源来自HSE，RCC-》PLLCFGR=pllm|（plln《《6）|（（（pllp》》1）-1）《《16）|（pllq《《24）|（1《《22）;
　　pllm，设置PLLM
　　
　　（plln《《6），设置PLLN
　　
　　（（（pllp》》1）-1）《《16），设置系统时钟的主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！）
　　为何是：（（（pllp》》1）-1）《《16）呢？如下解释，当我们取值pllp为2时，可以得到（（（pllp》》1）-1）《《16）=0
　　当pllp取值为4时，（（（pllp》》1）-1）《《16）=1，同理，pllp取值为6时，（（（pllp》》1）-1）《《16）=3.其实就是在调用函数的时候方便设置。可以看都这个寄存器的位，当第17:16为0时，就是这只pllp为2分频。
　　
　　（pllq《《24），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.
　　
　　（1《《22），选择主PLL的时钟源是HSE外部震荡时钟、
　　
　　所以第13步骤，完成的工作就是如下如所示的设置：
　　
　　（14）。设置完主PLL之后，重新打开主PLL： RCC-》CR|=1《《24; //打开主PLL
　　
　　（15）。每次打开PLL之前，都要等待就绪：while（（RCC-》CR&（1《《25））==0）;//等待PLL准备好
　　
　　（16）。设置FLASH寄存器参数：
　　FLASH-》ACR|=1《《8; //指令预取使能。
　　FLASH-》ACR|=1《《9; //指令cache使能。
　　FLASH-》ACR|=1《《10; //数据cache使能。
　　FLASH-》ACR|=5《《0; //5个CPU等待周期。
　　（17）。设置CFRG（RCC时钟配置寄存器）选择PLL作为系统时钟，RCC-》CFGR&=~（3《《0）; //清零 RCC-》CFGR|=2《《0;
　　
　　（18）。等待主PLL设置为系统主时钟成功：while（（RCC-》CFGR&（3《《2））！=（2《《2））;
　　语句含义：当CFGR的3：2位不等于01时就说明主PLL还未就绪，就绪等待。
　　
　　（19）。最后一步，配置向量表。
　　通过这样的设置系统时钟的整体配置就OK了。
　　如果调用函数：u8 Sys_Clock_Set（u32 plln，u32 pllm，u32 pllp，u32 pllq），产生180Mhz的主频
　　设置参数：外部晶振为25M的时候：plln=360，pllm=25，pllp=2，pllq=8.
　　5. 时钟配置
　　STM32F4开发板使用的外部晶振频率是8MHz，下面分步说明如何让其通过这个频率工作到168MHz的主频。
　　第1步：在stm32f4xx_hal_conf.h文件配置HSE_VALUE
　　配置的大小要跟板子的实际晶振大小匹配。
　　#if ！defined （HSE_VALUE）
　　#define HSE_VALUE （（uint32_t）8000000） /*！《 Value of the External oscillator in Hz */
　　#endif /* HSE_VALUE */
　　第2步：系统上电后，在启动文件startup_stm32f429xx.s的复位中断服务程序里面会调用函数SystemInit。
　　Reset_Handler PROC
　　EXPORT Reset_Handler ［WEAK］
　　IMPORT SystemInit
　　IMPORT __main
　　LDR R0， =SystemInit
　　BLX R0
　　LDR R0， =__main
　　BX R0
　　ENDP
　　以往STM32F1和STM32F4系列都会在函数SystemInit里面配置PLL锁相环，使用了HAL后，需要在main函数里面配置。当前SystemInit函数实现的功能如下：
　　1. /**
　　2. * @brief Setup the microcontroller system
　　3. * Initialize the FPU setting， vector table location and External memory
　　4. * configuration.
　　5. * @param None
　　6. * @retval None
　　7. */
　　8. void SystemInit（void）
　　9. {
　　10. /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
　　11. #if （__FPU_PRESENT == 1） && （__FPU_USED == 1）
　　12. SCB-》CPACR |= （（3UL 《《 10*2）|（3UL 《《 11*2））; /* set CP10 and CP11 Full Access */
　　13. #endif
　　14. /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
　　15. /* Set HSION bit */
　　16. RCC-》CR |= （uint32_t）0x00000001;
　　17.
　　18. /* Reset CFGR register */
　　19. RCC-》CFGR = 0x00000000;
　　20.
　　21. /* Reset HSEON， CSSON and PLLON bits */
　　22. RCC-》CR &= （uint32_t）0xFEF6FFFF;
　　23.
　　24. /* Reset PLLCFGR register */
　　25. RCC-》PLLCFGR = 0x24003010;
　　26.
　　27. /* Reset HSEBYP bit */
　　28. RCC-》CR &= （uint32_t）0xFFFBFFFF;
　　29.
　　30. /* Disable all interrupts */
　　31. RCC-》CIR = 0x00000000;
　　32.
　　33. #if defined （DATA_IN_ExtSRAM） || defined （DATA_IN_ExtSDRAM）
　　34. SystemInit_ExtMemCtl（）;
　　35. #endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */
　　36.
　　37. /* Configure the Vector Table location add offset address ------------------*/
　　38. #ifdef VECT_TAB_SRAM
　　39. SCB-》VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
　　40. #else
　　41. SCB-》VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
　　42. #endif
　　43. }
　　第12行：使能FPU单元。
　　第16 – 31行：复位RCC相关寄存器。
　　第69 – 73行：设置中断向量表的位置。
　　第3步：在main函数的外设驱动初始化函数里面完成时钟初始化，主要是PLL锁相环，让芯片最终工作到168MHz。