STM32F10x芯片時鐘控制總結

1、介紹

STM32F10x芯片的時鐘控制主要包括以下幾個方面知識：時鐘源的選擇（HSE、HIS、PLL）、系統時鐘頻率的配置、總線（AHB、APB2、APB1）時鐘的配置、總線（AHB、APB2、APB1）設備時鐘的使能/除能、總線（AHB、APB2、APB1）設備的復位。

2、系統時鐘框圖

STM32F10x可以用三種不同的時鐘源來驅動系統時鐘（SYSCLK）：HSI振蕩器時鐘；HSE外部時鐘和PLL時鐘。他們之間的關系如附件所示（時鐘樹）。

從時鐘樹中可以看出一下幾點：

l系統時鐘的來源可以是HSI振蕩器時鐘、PLL時鐘、或者HSE時鐘；且系統總線時鐘最大值為72MHz，AHB和APB2總線最大頻率也是72MHz，APB1總線最大允許頻率是36MHz；而Cortex-M3核的自由運行時鐘是FCLK（來源于AHB總線）；

lstm32f10x芯片總共有四個時鐘源：HSE、LSE（外部時鐘信號）；HIS、LSI（內部時鐘信號），芯片內的其他所有時鐘都是通過如上四個時鐘源分頻得來；

lRTC的時鐘來源可以是HSE外部時鐘128分頻之后的時鐘、或者LSE外部時鐘（32.768kHz）或者內部LSI振蕩器時鐘；

lIWDG的時鐘來源必須是內部LSI振蕩器時鐘；

lMCO引腳的時鐘輸出源的來源有：PLL時鐘的2分頻、內部HIS時鐘、外部HSE時鐘以及系統時鐘。

lPLL時鐘的來源可以是HIS振蕩器時鐘或者HSE外部提供的時鐘；

lUSB外設是直接使用PLL輸出時鐘（如果使用USB外設，HSE和PLL時鐘都必須使能，且系統時鐘必須是48MHz或者72MHz）；AHB總線的時鐘輸入源的是系統時鐘；APB1和APB2的時鐘來源是AHB；

l始終安全系統（CSS）必須由HSE提供時鐘源；若CSS激活且HSE時鐘出現故障，則引發CSS中斷，同時產生NMI（NMI中斷是不可屏蔽的），NMI將被不斷執行，知道CSS中斷掛起位被清除；

l定時器時鐘要么等于總線時鐘，要么等于總線時鐘頻率的兩倍，這取決于總線分頻系數的值是否為1；

l當HIS被用于作為PLL時鐘輸入時，系統時鐘能得到的最大頻率是64MHz；

lCortex-M3內核的自由運行時間是FCLK。

3、時鐘寄存器描述

l時鐘控制寄存器:RCC_CR

l時鐘配置寄存器:RCC_CFGR

l時鐘中斷寄存器:RCC_CIR

lAPB2外設復位寄存器:RCC_APB2RSTR

lAPB1外設復位寄存器:RCC_APB1RSTR

lAHB外設時鐘使能寄存器:RCC_AHBENR

lAPB2外設時鐘使能寄存器:RCC_APB2ENR

lAPB1外設時鐘使能寄存器:RCC_APB1ENR

l備份域控制寄存器:RCC_BDCR

l控制/狀態寄存器:RCC_CSR

4、時鐘控制主要按照以下五步進行控制

l系統復位后，HSI振蕩器被選為系統時鐘；

l調用RCC_DeInit()函數將外設RCC寄存器重置為缺省值；

l選擇系統時鐘：

?若選擇HSE做系統時鐘：先調用RCC_HSEConfig()使能HSE，然后調用RCC_WaitForHSEStartUp()函數等待HSE起震，最后調用RCC_GetFlagStatus()函數獲取HSE晶振狀態，查看HIE晶振是否就緒；；

?若選擇HSI做系統時鐘：首先調用RCC_AdjustHSICalibrationValue()函數調整內部高速晶振校準值（也可以不用，使用系統預留值），然后調用RCC_HSICmd()函數使能HSI，最后調用RCC_GetFlagStatus()函數獲取HSI晶振狀態，查看HIS晶振是否就緒；

?若要使用PLL做系統時鐘，如前面兩步將HSE和HIS設定好之后，調用RCC_PLLConig()選擇PLL時鐘源并設定倍頻系數，最后調用RCC_PLLCmd()使能PLL，最后調用RCC_GetFlagStatus()函數獲取PLL晶振狀態，查看PLL是否就緒；。

l最后，在以上時鐘配置就緒之后，調用RCC_SYSCLKConfig()函數選擇系統時鐘輸入源：HSE/HIS/PLL。

至此，系統時鐘設定完成，可以調用RCC_GetSYSCLKSource()函數來獲取當前系統時鐘是使用的哪個時鐘（檢測設置是否成功）：0x010:HIS；x040:HSE；x08:PLL。

l然后是總線時鐘設置：設置AHB總線時鐘：調用RCC_HCLKConfig()函數；設置APB1總線時鐘：調用RCC_PCLK1Config()函數；設置APB2總線時鐘：調用RCC_PCLK2Config()函數。其中AHB總線時鐘來源于SYSCLK總線時鐘，APB1和APB2總線時鐘來源于AHB總線時鐘。注意：這三個時鐘的設置可以在系統時鐘、PLL、HSE、HIS啟動之前設置，也可以在他們之后設置，但習慣在PLL配置之前。

l最后是根據應用需要配置各總線上的外圍設備，啟動/停用外圍設備的函數有：RCC_AHBPeriphClockCmd();RCC_APB2PeriphClockCmd();RCC_APB1PeriphClockCmd();復位總線上的設備函數：RCC_APB2PeriphResetCmd();RCC_APB1PeriphResetCmd();具體可以查看RCC固件庫。

注意：使能外設時鐘的函數必須在調用外設初始化函數XXX_Init()函數之前，否則可能會導致對應外設初始化失敗，編譯器卻不會因此報錯。

5、時鐘控制例子

void SetSysClockToHSE(void)

{

ErrorStatus HSEStartUpStatus;

RCC_DeInit();

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

if(SUCCESS == HSEStartUpStatus)

{

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_0);

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_HSE);

while(0x04 != RCC_GetSYSCLKSource())

{

}

}

else

{

}

}

void SetSysClockTo20(void)

{

ErrorStatus HSEStartUpStatus;

RCC_DeInit();

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

if(SUCCESS == HSEStartUpStatus)

{

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_0);

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div2,RCC_PLLMul_5);

RCC_PLLCmd(ENABLE);

while(RESET == RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY))

{

}

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

while(0x08 != RCC_GetSYSCLKSource())

{

}

}

else

{

}

}

void SetSysClockTo36(void)

{

ErrorStatus HSEStartUpStatus;

RCC_DeInit();

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

if(SUCCESS == HSEStartUpStatus)

{

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_1);

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div2,RCC_PLLMul_9);

RCC_PLLCmd(ENABLE);

while(RESET == RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY))

{

}

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

while(0x08 != RCC_GetSYSCLKSource())

{

}

}

else

{

}

}

void SetSysClockTo48(void)

{

ErrorStatus HSEStartUpStatus;

RCC_DeInit();

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

if(SUCCESS == HSEStartUpStatus)

{

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_1);

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_6);

RCC_PLLCmd(ENABLE);

while(RESET == RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY))

{

}

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

while(0x08 != RCC_GetSYSCLKSource())

{

}

}

else

{

}

}

void SetSysClockTo72(void)

{

ErrorStatus HSEStartUpStatus;

RCC_DeInit();

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

if(SUCCESS == HSEStartUpStatus)

{

FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);

RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);

RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1,RCC_PLLMul_9);

RCC_PLLCmd(ENABLE);

while(RESET == RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY))

{

}

RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

while(0x08 != RCC_GetSYSCLKSource())

{

}

}

else

{

}

}

6、系統時鐘安全系統CSS

在實際應用中，經常出現由于晶體振蕩器在運行中失去作用，造成微處理器的時鐘源丟失，從而出現死機的現象，導致系統出錯。為避免發聲這種嚴重錯誤，STM32F10X系列芯片提供了一個時鐘安全系統CCS機制。如下圖：

時鐘安全系統被激活后，時鐘監控器將實時監控外部高速振蕩器；如果HSE時鐘發生故障，外部振蕩器自動被關閉，產生時鐘安全中斷，此中斷被連接到Cortex-M3的NVIC中斷；與此同時CSS將內部RC振蕩器(HSI)切換為STM32的系統時鐘源。

注意：一旦CSS被激活，當HSE時鐘出現故障產生CSS中斷，同時自動產生NMI，NMI將不斷執行，直到CSS中斷掛起位被清除。因此在NMI的處理程序中，必須通過設置時鐘中斷寄存器RCC_CIR中的CSSC位（軟件置1清除）來清除CSS中斷。（其實RCC的其他各時鐘源的就緒中斷標志，也都需要通過軟件置1來清除，只是CSS是NMI中斷（不可屏蔽中斷），其他中斷需要設置相應位允許中斷，并要在NVIC中打開RCC的中斷通道）

7、系統時鐘安全系統CSS應用

啟動時鐘安全系統CCS：

RCC_ClockSecuritySystemCmd(ENABLE);

編寫NMI中斷處理函數：

void NMI_Handler(void)

{

if(RESET != RCC_GetITStatus(RCC_IT_CSS))

{/* HSE、PLL已經被禁止，但PLL設置未變*/

……/*客戶添加相應的系統保護代碼處理*/

/*下面添加HSE恢復后的預設代碼*/

RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

RCC_ITConfig(RCC_IT_HSERDY,ENABLE);

RCC_ITConfig(RCC_IT_PLLRDY,ENABLE);

RCC_ClearITPendingBit(RCC_IT_CSS);

/*至此一旦HSE時鐘恢復，將發生HSERDY中斷，在RCC中斷處理程序中，可以將系統時鐘設置到以前的狀態*/

}

}

編寫RCC中斷處理函數：

void RCC_IRQHandler(void)

{

if(RESET != RCC_GetITStatus(RCC_IT_HSERDY))

{

/*添加相應處理*/

RCC_ClearITPendingBit(RCC_IT_HSERDY);

}

if(RESET != RCC_GetITStatus(RCC_IT_PLLRDY))

{

/*添加相應處理*/

RCC_ClearITPendingBit(RCC_IT_PLLRDY);

}

}

8、輸出芯片內部時鐘

STM32F10x芯片支持將內部時鐘通過PA.8輸出，但是必須注意GPIO輸出管腳最大響應頻率為50MHz，如果超過這個頻率，輸出的波形將會失真。應用實例如下：

首先配置端口PA.8

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

然后調用函數RCC_MCOConfig(RCC_MCO)選擇要輸出的內部時鐘：RCC_MCO可以是：

RCC_MCO_NoClock——無時鐘輸出

RCC_MCO_SYSCLK——輸出系統時鐘

RCC_MCO_HSI——輸出內部高速8MHz的RC振蕩器時鐘

RCC_MCO_HSE——輸出外部時鐘信號

RCC_MCO_PLLCLK_Div2——輸出PLL倍頻后的二分頻時鐘