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STM32系统时钟分析

2014-11-15 19:19:16 8708 STM32

STM32芯片为了实现低功耗，设计了一个功能完善但却非常复杂的时钟系统。普通的MCU，一般只要配置好例如GPIO、UART等寄存器，就可以使用了，但STM32还有一个步骤，就是开启这些外设的时钟，这些外设才能将分配的时钟使能，目的是为了在这些设备不使用的时候降低能耗。

1. 时钟树&时钟源

首先，从整体上了解STM32的时钟系统，如下图所示：

这个图说明了STM32的时钟走向，从图的左边开始，从时钟源一步步分配到外设时钟。

从时钟频率来说，又分为高速时钟和低速时钟，高速时钟是提供给芯片主体的主时钟，而低速时钟只是提供给芯片中的RTC（实时时钟）及独立看门狗使用。

从芯片角度来说，时钟源分为内部时钟与外部时钟源，内部时钟是在芯片内部RC振荡器产生的，起振较快，所以时钟在芯片刚上电的时候，默认使用内部高速时钟。而外部时钟信号是由外部的晶振输入的，在精度和稳定性上都有很大优势，所以上电之后我们再通过软件配置，转而采用外部时钟信号。

所以，STM32有以下4个时钟源：

◆ 高速外部时钟（HSE）：以外部晶振作时钟源，晶振频率可取范围为4~16MHz，我们一般采用8MHz的晶振，开发板上的8MHz时钟就是指的这个。

◆ 高速内部时钟（HSI）：由内部RC振荡器产生，频率为8MHz，但不稳定。

◆ 低速外部时钟（LSE）：以外部晶振作时钟源，主要提供给实时时钟模块，所以一般采用32.768KHz。STM32F103CBT6开发板上用的是32.768KHz规格的晶振。

◆ 低速内部时钟（LSI）：由内部RC振荡器产生，也主要提供给实时时钟模块，频率大约为40KHz。

2. 高速外部时钟（HSE）

我们以最常用的高速外部时钟为例分析，首先确定我们在外部提供的晶振的频率为8MHz的。

1) 从左端的OSC_OUT和OSC_IN开始，这两个引脚分别接到外部晶振的两端。

2) 8MHz的时钟遇到了第一个分频器PLLXTPRE（HSE divider for PLL entry），在这个分频器中，可以通过寄存器配置，选择它的输出。它的输出时钟可以是对输入时钟的二分频或不分频。本例子中，我们选择不分频，所以经过PLLXTPRE后，还是8MHz的时钟。

3) 8MHz的时钟遇到开关PLLSRC（PLL entry clock source），我们可以选择其输出，输出为外部高速时钟（HSE）或是内部高速时钟（HSI）。这里选择输出为HSE，接着遇到锁相环PLL，具有倍频作用，在这里我们可以输入倍频因子PLLMUL（PLL multiplication factor），要是想超频，就得在这个寄存器上做手脚。经过PLL的时钟称为PLLCLK。倍频因子我们设定为9倍频，也就是说，经过PLL之后，我们的时钟从原来8MHz的 HSE变为72MHz的PLLCLK。

4) 紧接着又遇到了一个开关SW，经过这个开关之后就是STM32的系统时钟（SYSCLK）了。通过这个开关，可以切换SYSCLK的时钟源，可以选择为HSI、PLLCLK、HSE。我们选择为PLLCLK时钟，所以SYSCLK就为72MHz了。

5) PLLCLK在输入到SW前，还流向了USB预分频器，这个分频器输出为USB外设的时钟（USBCLK）。

6) 回到SYSCLK，SYSCLK经过AHB预分频器，分频后再输入到其它外设。如输出到称为HCLK、FCLK的时钟，还直接输出到SDIO外设的SDIOCLK时钟、存储器控制器FSMC的FSMCCLK时钟，和作为APB1、APB2的预分频器的输入端。本例子设置AHB预分频器不分频，即输出的频率为72MHz。

7) 例如GPIO外设是挂载在APB2总线上的，APB2的时钟是APB2预分频器的输出，而APB2预分频器的时钟来源是AHB预分频器。因此，把APB2预分频器设置为不分频，那么我们就可以得到GPIO外设的时钟也等于HCLK，为72MHz了。

此外，需注意：

3. HCLK、FCLK、PCLK1、PCLK2

从时钟树的分析，看到经过一系列的倍频、分频后得到了几个与我们开发密切相关的时钟。

SYSCLK：系统时钟，STM32大部分器件的时钟来源。主要由AHB预分频器分配到各个部件。

HCLK：由AHB预分频器直接输出得到，它是高速总线AHB的时钟信号，提供给存储器，DMA及cortex内核，是cortex内核运行的时钟，cpu主频就是这个信号，它的大小与STM32运算速度，数据存取速度密切相关。

FCLK：同样由AHB预分频器输出得到，是内核的“自由运行时钟”。“自由”表现在它不来自时钟 HCLK，因此在HCLK时钟停止时 FCLK 也继续运行。它的存在，可以保证在处理器休眠时，也能够采样和到中断和跟踪休眠事件，它与HCLK互相同步。

PCLK1：外设时钟，由APB1预分频器输出得到，最大频率为36MHz，提供给挂载在APB1总线上的外设。

PCLK2：外设时钟，由APB2预分频器输出得到，最大频率可为72MHz，提供给挂载在APB2总线上的外设。

为什么STM32的时钟系统如此复杂，有倍频、分频及一系列的外设时钟的开关。需要倍频是考虑到电磁兼容性，如外部直接提供一个72MHz的晶振，太高的振荡频率可能会给制作电路板带来一定的难度。分频是因为STM32既有高速外设又有低速外设，各种外设的工作频率不尽相同，如同pc机上的南北桥，把高速的和低速的设备分开来管理。最后，每个外设都配备了外设时钟的开关，当我们不使用某个外设时，可以把这个外设时钟关闭，从而降低STM32的整体功耗。所以，当我们使用外设时，一定要记得开启外设的时钟。

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2014-11-15 19:19:16　　评论 淘帖1 举报

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15 个讨论

0 碰到大神了

2014-11-17 15:15:07 评论举报 1^# vvg

0 不粗，学习了。。

2014-11-17 16:12:25 评论举报 2^# 陈明

0 这不是书上的知识点吗

2014-11-17 21:39:43 评论举报 3^# yangchao315

0 恩不错，不过这个时钟理解后，可以用ST公司的软件自动生成代码。。挺好用，，，，

2014-11-17 23:22:39 评论举报 4^# 郑居烽

0 大神膜拜中

2014-11-19 08:51:06 评论举报 5^# adauan

0 学习了，很不错

2015-6-6 15:36:19 评论举报 6^# yjk5006

0 谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢分享谢谢谢谢分享谢谢分享谢谢谢谢分享谢谢分享分分谢谢分享谢谢分享享享谢谢分享谢谢分享谢谢谢谢分享谢谢分享谢谢谢谢谢分享谢谢分享分分谢谢谢谢分享谢谢分享享享谢谢分谢谢分享谢谢分享谢谢谢谢分谢谢分享谢谢谢谢分谢谢分享谢谢谢谢谢谢分分享

2015-6-7 18:23:03 评论举报 7^# 0709016

0 谢楼主

2015-6-8 08:21:05 评论举报 8^# 想个名字好难

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2015-6-28 22:22:58 评论举报 9^# 精神科大夫

0 好帖子就要点赞多谢楼主分享

2015-11-13 13:44:52 评论举报 10^# trglion

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2016-6-7 21:10:35 评论举报 11^# 刘昌斌

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2016-6-8 10:19:14 评论举报 12^# mrzhong

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2016-7-29 11:43:14 评论举报 13^# 上海唐辉电子