stm32外设-RCC
RCC是Reset and Clock Control (复位和时钟控制)的缩写，它是STM32内部的一个重要外设，负责管理各种时钟源和时钟分频，以及为各个外设提供时钟使能。RCC模块可以通过寄存器操作或者库函数来配置。RCC是复位和时钟控制模块，它负责管理STM32内部的各种时钟源和时钟分频，以及为各个外设提供时钟使能。时钟是单片机运行的基础，时钟信号推动单片机内各个部分执行相应的指令。不同的外
0. 写在最前
本栏目笔记都是基于stm32F10x
1. RCC简介
RCC是Reset and Clock Control (复位和时钟控制)的缩写，它是STM32内部的一个重要外设，负责管理各种时钟源和时钟分频，以及为各个外设提供时钟使能。RCC模块可以通过寄存器操作或者库函数来配置。
RCC是复位和时钟控制模块，它负责管理STM32内部的各种时钟源和时钟分频，以及为各个外设提供时钟使能。时钟是单片机运行的基础，时钟信号推动单片机内各个部分执行相应的指令。不同的外设可能需要不同的时钟频率，所以RCC模块可以通过寄存器操作或者库函数来配置系统时钟和总线时钟。
2. 时钟树介绍
主要元素介绍：
- HSE 高速外部时钟信号 ：HSE 是高速的外部时钟信号，可以由有源晶振或者无源晶振提供，频率从 4-16MHZ 不等。当使用有源晶振时，时钟从 OSC_IN 引脚进入， OSC_OUT 引脚悬空，当选用无源晶振时，时钟从OSC_IN 和 OSC_OUT 进入，并且要配谐振电容。
HSE 最常使用的就是 8M 的无源晶振。当确定 PLL 时钟来源的时候， HSE 可以不分频或者 2 分频，这个由时钟配置寄存器 CFGR 的位 17： PLLXTPRE 设置，我们设置为 HSE 不分频。 - PLL 时钟源：PLL 时钟来源可以有两个，一个来自 HSE，另外一个是 HSI/2，具体用哪个由时钟配置寄存器 CFGR 的位 16： PLLSRC 设置。HSI 是内部高速的时钟信号，频率为 8M，根据温度和环境的情况频率会有漂移，一般不作为 PLL 的时钟来源。这里我们选 HSE作为PLL的时钟来源。
- PLL 时钟 PLLCLK：通过设置 PLL 的倍频因子，可以对 PLL 的时钟来源进行倍频，倍频因子可以是:[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]，具体设置成多少，由时钟配置寄存器 CFGR的位 21-18： PLLMUL[3:0] 设置。我们这里设置为 9 倍频，因为上一步我们设置 PLL的时钟来源为 HSE=8M，所以经过 PLL 倍频之后的 PLL 时钟： PLLCLK = 8M *9 =72M。 72M 是 ST 官方推荐的稳定运行时钟，如果你想超频的话，增大倍频因子即可，最高为 128M。我们这里设置 PLL 时钟： PLLCLK = 8M *9 = 72M
- 系统时钟 SYSCLK：系统时钟来源可以是： HSI、 PLLCLK、 HSE，具体的时钟配置寄存器 CFGR 的位 1-0：SW[1:0] 设置。我们这里设置系统时钟： SYSCLK = PLLCLK = 72M。
- AHB 总线时钟 HCLK：系统时钟 SYSCLK 经过 AHB 预分频器分频之后得到时钟叫 APB 总线时钟，即 HCLK，分频因子可以是:[1,2,4， 8， 16， 64， 128， 256， 512]，具体的由时钟配置寄存器 CFGR 的位7-4 ： HPRE[3:0] 设置。片上大部分外设的时钟都是经过 HCLK 分频得到，至于 AHB总线上的外设的时钟设置为多少，得等到我们使用该外设的时候才设置，我们这里只需粗线条的设置好 APB 的时钟即可。我们这里设置为 1 分频，即 HCLK=SYSCLK=72M
- APB2 总线时钟 HCLK2:APB1 总线时钟 PCLK1 由 HCLK 经过低速 APB 预分频器得到，分频因子可以是:[1,2,4，
8， 16]，具体的由时钟配置寄存器 CFGR 的位 10-8： PRRE1[2:0] 决定。 HCLK1 属于低速的总线时钟，最高为 36M，片上低速的外设就挂载到这条总线上，比如 USART2/3/4/5、SPI2/3， I2C1/2 等。至于 APB1 总线上的外设的时钟设置为多少，得等到我们使用该外设的时候才设置，我们这里只需粗线条的设置好 APB1 的时钟即可。我们这里设置为 2 分频，即 PCLK1 = HCLK/2 = 36M。
下图为newbing给我写的的系统时钟和总线时钟的关系框图（还不错）：
+-----------------+ +-----------------+
| 内部RC振荡器 | | 外部晶振或信号源 |
| HSI/LSI | | HSE/LSE |
+-----------------+ +-----------------+
| |
+----------+----------+
|
v
+-----------+
| 时钟源选择 |
+-----------+
|
v
+-----------+
| 锁相环（PLL）|
+-----------+
|
v
+-----------+
| 系统时钟（SYSCLK）|
+-----------+
|
+---------+---------+---------+
v v v v
+-------+ +-------+ +-------+ +-------+
| AHB总线| | APB1总线| | APB2总线| | 外设时钟|
| HCLK | | PCLK1 | | PCLK2 | | TIMxCLK|
+-------+ +-------+ +-------+ +-------+
其他元素介绍：
**A:USB 时钟：**USB 时钟是由 PLLCLK 经过 USB 预分频器得到，分频因子可以是： [1,1.5]，具体的由时钟配置寄存器 CFGR 的位 22： USBPRE 配置。 USB 的时钟最高是 48M，根据分频因子反推过来算， PLLCLK 只能是 48M 或者是 72M。一般我们设置 PLLCLK=72M，
USBCLK=48M。 USB 对时钟要求比较高，所以 PLLCLK 只能是由 HSE 倍频得到，不能使用 HSI 倍频
B:Cortex 系统时钟：Cortex 系统时钟由 HCLK 8 分频得到，等于 9M， Cortex 系统时钟用来驱动内核的系统定时器 SysTick， SysTick 一般用于操作系统的时钟节拍，也可以用做普通的定时
C:ADC 时钟：ADC 时钟由 PCLK2 经过 ADC 预分频器得到，分频因子可以是 [2,4,6,8]，具体的由时钟配置寄存器 CFGR 的位 15-14： ADCPRE[1:0] 决定。很奇怪的是怎么没有 1 分频。ADC 时钟最高只能是 14M，如果采样周期设置成最短的 1.5 个周期的话， ADC 的转换时间可以达到最短的 1us。如果真要达到最短的转换时间 1us 的话，那 ADC 的时钟就得是 14M，反推 PCLK2 的时钟只能是： 28M、 56M、 84M、 112M，鉴于 PCLK2 最高是 72M，所以只能取 28M 和 56M
D:RTC 时钟、独立看门狗时钟:RTC 时钟可由 HSE/128 分频得到，也可由低速外部时钟信号 LSE 提供，频率为32.768KHZ，也可由低速内部时钟信号 HSI 提供，具体选用哪个时钟由备份域控制寄存器 BDCR 的位 9-8： RTCSEL[1:0] 配置。独立看门狗的时钟由 LSI 提供，且只能是由 LSI 提供， LSI 是低速的内部时钟信号，频率为 30~60KHZ 直接不等，一般取40KHZ
E:MCO 时钟输出:MCO 是 microcontroller clock output 的缩写，是微控制器时钟输出引脚，在 STM32 F1系列中由 PA8 复用所得，主要作用是可以对外提供时钟，相当于一个有源晶振。 MCO的时钟来源可以是： PLLCLK/2、 HSI、 HSE、 SYSCLK，具体选哪个由时钟配置寄存器CFGR 的位 26-24： MCO[2:0] 决定。除了对外提供时钟这个作用之外，我们还可以通过示波器监控 MCO 引脚的时钟输出来验证我们的系统时钟配置是否正确。
3. 官方的系统时钟初始化函数
tatic void SetSysClockTo72(void)
{
__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
/* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/
/* 使能 HSE */
RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);
/* 等待HSE就绪并做超时处理 */
do
{
HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
StartUpCounter++;
} while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));
if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)
{
HSEStatus = (uint32_t)0x01;
}
else
{
HSEStatus = (uint32_t)0x00;
}
// 如果HSE启动成功，程序则继续往下执行
if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
{
/* 使能预取指 */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
/* Flash 2 wait state */
FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;
/* HCLK = SYSCLK = 72M */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
/* PCLK2 = HCLK = 72M */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
/* PCLK1 = HCLK = 36M*/
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
/* 锁相环配置: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
/* 使能 PLL */
RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;
/* 等待PLL稳定 */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
{
}
/* 选择PLLCLK作为系统时钟*/
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;
/* 等待PLLCLK切换为系统时钟 */
while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
{
}
}
else
{ /* 如果HSE 启动失败，用户可以在这里添加处理错误的代码 */
}
}
4. 配置时钟实验
4.1 使用HSE
一般情况下，我们都是使用 HSE，然后 HSE 经过 PLL 倍频之后作为系统时钟。通常的配置是：HSE=8M， PLL 的倍频因子为： 9，系统时钟就设置成:SYSCLK = 8M * 9 = 72M。使用 HSE，系统时钟 SYSCLK 最高是 128M。我们使用的库函数就是这么干的，当程序来到 main 函数之前，启动文件： statup_stm32f10x_hd.s 已经调用 SystemInit() 函数把系统时钟初始化成 72MHZ， SystemInit()在库文件： system_stm32f10x.c 中定义。如果我们想把系统时钟设置低一点或者超频的话，可以修改底层的库文件，但是为了维持库的完整性，我们可以根据时钟树的流程自行写一个
void HSE_SetSysClk( uint32_t RCC_PLLMul_x )
{
ErrorStatus HSEStatus;
// 把RCC 寄存器复位成复位值
RCC_DeInit();
// 使能 HSE
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
HSEStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
if( HSEStatus == SUCCESS )
{
// 使能预取指
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
// 配置 PLLCLK = HSE * RCC_PLLMul_x
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_x);
// 使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
// 等待PLL稳定
while( RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET );
// 选择系统时钟
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
while( RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08 );
}
else
{
/* 如果HSE 启动失败，用户可以在这里添加处理错误的代码 */
}
}
- 首先，调用RCC_DeInit()函数，把RCC寄存器复位成复位值，以便重新配置时钟系统。
- 然后，调用RCC_HSICmd(ENABLE)函数，使能HSI，并检查RCC->CR寄存器的HSIRDY位是否置1，表示HSI就绪。
- 如果HSI就绪，则继续配置时钟系统。首先，调用FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable)函数和FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2)函数，使能预取指缓冲区，并设置闪存延迟周期为2个时钟周期。这样可以提高闪存的读取速度和性能。
- 接着，调用RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1)函数、RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2)函数和RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1)函数，分别设置AHB总线时钟（HCLK）、APB1总线时钟（PCLK1）和APB2总线时钟（PCLK2）的分频系数。在这里，HCLK = SYSCLK / 1 = SYSCLK；PCLK1 = HCLK / 2 = SYSCLK / 2；PCLK2 = HCLK / 1 = SYSCLK。
- 然后，调用RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, RCC_PLLMul_x)函数，配置PLL的时钟源为HSI/2，并设置PLL的倍频系数为RCC_PLLMul_x。在这里，PLL输入时钟为8MHz / 2 = 4MHz；PLL输出时钟为4MHz * RCC_PLLMul_x。
- 接着，调用RCC_PLLCmd(ENABLE)函数，使能PLL，并检查RCC->CR寄存器的PLLRDY位是否置1，表示PLL就绪。
- 最后，调用RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK)函数，选择系统时钟源为PLL输出时钟，并检查RCC->CFGR寄存器的SWS位是否等于0x08（二进制1000），表示系统时钟切换成功。
4.2 使用HIS
当 HSE 故障的时候，如果 PLL 的时钟来源是 HSE，那么当 HSE 故障的时候，不仅 HSE 不能使用，连 PLL 也会被关闭，这个时候系统会自动切换 HSI 作为系统时钟，此时 SYSCLK=HSI=8M，如果没有开启 CSS 和 CSS 中断的话，那么整个系统就只能在低速率运行，这是系统跟瘫痪没什么两样。如果开启了 CSS 功能的话，那么可以当 HSE 故障时，在 CSS 中断里面采取补救措施，使用 HSI，并把系统时钟设置为更高的频率，最高是 64M， 64M 的频率足够一般的外设使用，如：ADC、 SPI、 I2C 等。但是这里就又有一个问题了，原来 SYSCLK=72M，现在因为故障改成 64M，那么那些外设的时钟肯定被改变了，那么外设工作就会被打乱，那我们是不是在设置 HSI 时钟的时候，也重新调整外设总线的分频因子，即 AHB， APB2 和 APB1 的分频因子，使外设的时钟达到跟 HSE 没有故障之前一样。但是这个也不是最保障的办法，毕竟不能一直使用 HSI，所以当HSE 故障时还是要采取报警措施。还有一种情况是，有些用户不想用 HSE，想用 HSI，但是又不知道怎么用 HSI 来设置系统时钟，因为调用库函数都是使用 HSE，下面我们给出个使用 HSI 配置系统时钟例子，起个抛砖引玉的作用
void HSI_SetSysClk( uint32_t RCC_PLLMul_x )
{
__IO uint32_t HSIStatus = 0;
// 把RCC 寄存器复位成复位值
RCC_DeInit();
// 使能 HSI
RCC_HSICmd(ENABLE);
HSIStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSIRDY;
if( HSIStatus == RCC_CR_HSIRDY )
{
// 使能预取指
FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);
FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);
RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);
RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
// 配置 PLLCLK = HSE * RCC_PLLMul_x
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSI_Div2, RCC_PLLMul_x);
// 使能PLL
RCC_PLLCmd(ENABLE);
// 等待PLL稳定
while( RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET );
// 选择系统时钟
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
while( RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08 );
}
else
{
/* 如果HSI 启动失败，用户可以在这里添加处理错误的代码 */
}
}
6. 写在最后
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