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STM32-寄存器时钟配置指南

作者：码创造者 | 2024-07-27 09:53:32

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STM32-寄存器时钟配置指南

目录

启动

SystemInit

SetSysClock

 总结

启动

从startup_stm32f0xx.s内的开头的Description可以看到

  1. ;* Description        : STM32F051 devices vector table for EWARM toolchain.
  2. ;*                      This module performs:
  3. ;*                      - Set the initial SP
  4. ;*                      - Set the initial PC == iar_program_start,
  5. ;*                      - Set the vector table entries with the exceptions ISR 
  6. ;*                        address
  7. ;*                      - Configure the system clock
  8. ;*                      - Branches to main in the C library (which eventually
  9. ;*                        calls main()).
  10. ;*                      After Reset the Cortex-M0 processor is in Thread mode,
  11. ;*                      priority is Privileged, and the Stack is set to Main.

可以得知STM32的启动流程是首先初始化SP（堆栈种指针），初始化PC（程序计数器）指针指向__iar_program_start，设置向量表，初始化时钟系统

可以看到初始化时钟系统是在设置堆栈后，并且运行__iar_program_start设置了硬之后，这是必要的。

startup的汇编内容

这也就是所有MCU启动过程中的第一步：使用汇编语言编写的启动第一部分，设置堆栈和硬件为第二部分的启动铺垫。

第二部是使用C语言编写的启动第二部分

接下来直接跳转到SystemInit

SystemInit

1.在初始化的第一步

  1. void SystemInit (void)
  2. {    
  3.   /* Set HSION bit */
  4.   RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

通过数据手册可以看到

打开了HSI时钟

为什么第一步先要打开HSI时钟呢？

         在许多微控制器中，HSI (High Speed Internal) 时钟通常是第一个被启用的时钟源，这是因为HSI时钟是内置在微控制器内部的，不需要外部晶振或陶瓷谐振器就能工作，因此它是最容易且快速可用的时钟源。

2.

  1. /* Reset SW[1:0], HPRE[3:0], PPRE[2:0], ADCPRE, MCOSEL[2:0], MCOPRE[2:0] and PLLNODIV bits */ 
  2. RCC->CFGR &= (uint32_t)0x08FFB80C;
  3. //0000 0100 1000 1111 1111 1011 1000 0000 1100

在时钟配置寄存器中，从低位开始看

SW（00）使用HSI作为系统时钟

SWS（11）不使用系统时钟切换状态

HPRE（0000）SYSCLK不分频

PPRE（0000）HCLK不分频

PLLSRC（1）HSE/PREDIV作为PLL输入时钟

PLLXTPRE（1）HSE 2分频

PLLMUL（1111）PLL倍频系数，PLL输入时钟的16倍频

MCO（100）控制器时钟输出为系统时钟SYSCLK

总体可以看到在systemInit中使用了HSI作为系统时钟，HSE作为PLL输入时钟，HSI提供了即时性，HSE提供了可靠性

3.

  1.   /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
  2.   RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
  3. //1111 1110 1111 0110 1111 1111 1111 1111

从低位开始可以得知

HSION（1）启动HSI振荡器

HSEON（1）启动HSE振荡器

HSEBYP（1）HSE晶体振荡器有旁路

CSSON（0）时钟检测器关闭

PLLON（0）PLL关闭

PLLRDY（1）PLL锁定

注意在这里关闭并且锁定了PLL

4.

  1.   /* Reset HSEBYP bit */
  2.   RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
  3. //1111 1111 1111 1011 1111 1111 1111 1111

可以看确保HSE振荡器不是在旁路模式下工作，而是使用内部电路来产生时钟信号。

需要使用HSE振荡器作为系统时钟的一部分时。在启动阶段，可能首先使用HSI（高速内部振荡器）作为时钟源，随后配置HSE振荡器，并可能使用HSE作为PLL（锁相环）的输入，以产生更高频率的系统时钟

5.

  1.   /* Reset PLLSRC, PLLXTPRE and PLLMUL[3:0] bits */
  2.   RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFFC0FFFF;

将PLLSRC位清零，意味着PLL的输入时钟将默认为HSI经过预分频后的时钟（如果HSI可用并且已经使能）。
将PL LXTPRE位清零，如果选择了HSE作为PLL输入时钟，那么它不会通过预分频器。
将PLLMUL[3:0]位清零，PLL的乘法因子将被重置为其默认或最小值。 

6.

  1.   /* Reset PREDIV1[3:0] bits */
  2.   RCC->CFGR2 &= (uint32_t)0xFFFFFFF0;

将PREDIV1[3:0]位清零，将预分频器1的分频比数重置为其最小值或默认值，不进行分频

7.

  1.   /* Reset USARTSW[1:0], I2CSW, CECSW and ADCSW bits */
  2.   RCC->CFGR3 &= (uint32_t)0xFFFFFEAC;

分别配置了USART，I2C,HDMI CEC， ADC时钟源

PCLK作为USART时钟源

HSI作为I2C1的时钟源

HSI/244作为HDMI CEC时钟源

PCLK 2或4分频作为ADC时钟

8.

  1.   /* Reset HSI14 bit */
  2.   RCC->CR2 &= (uint32_t)0xFFFFFFFE;

禁用了HSI14

HSI14 和 HSI 不完全相同，尽管它们都是 STM32 微控制器内部集成的 RC（电阻-电容）振荡器，但它们有各自的特点和用途：

HSI (High Speed Internal Oscillator)
HSI 是一个典型的内部振荡器，通常提供大约 8 MHz 或 16 MHz 的时钟频率，具体取决于微控制器的型号。HSI 在上电或复位后默认启用，可以作为系统时钟源，为整个微控制器提供时钟信号。
HSI 通常用于在没有外部时钟源时快速启动系统，或者在低功耗模式下作为时钟源。
HSI14 (High Speed Internal 14 MHz Oscillator)
HSI14 提供一个大约 14 MHz 的时钟频率，专为 USB 和某些高级定时器（如 TIM1 和 TIM8）设计。在 STM32 微控制器中，HSI14 主要用于 USB 全速（Full Speed）应用和高级定时器，因为它们需要一个稳定的时钟源。
HSI14 的主要优点在于它可以直接为 USB 设备提供所需的确切时钟频率，而无需额外的时钟调节或 PLL 放大。
总结来说，HSI 和 HSI14 都是内部振荡器，但它们的频率和用途不同。HSI 更倾向于作为系统时钟源，而 HSI14 则专门用于需要特定时钟频率的外设，如 USB 和某些高级定时器。在某些 STM32 系列中，HSI14 不是默认启用的，需要在软件中显式地配置和启用。

9.

  1.   /* Disable all interrupts */
  2.   RCC->CIR = 0x00000000;

失能所有的中断

之后就进入下面函数来设置时钟预频率 总线预分频 和 FLASH设置

  1.   /* Configure the System clock frequency, AHB/APBx prescalers and Flash settings */
  2.   SetSysClock();

SetSysClock

这段代码是STM32微控制器中用于配置系统时钟的一个函数，名为`SetSysClock()`。下面是对这段代码详细步骤的解释：

1. 初始化变量：
   `StartUpCounter` 和 `HSEStatus` 分别用于跟踪HSE启动超时计数和HSE状态。

  __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;

2. 启用HSE：
   通过设置RCC_CR寄存器的HSEON位来启动高速外部振荡器（HSE）。

  1.   /* Enable HSE */    
  2.   RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);

3. 等待HSE就绪：
   使用一个循环检查RCC_CR寄存器的HSERDY位，以确认HSE是否已经稳定。如果HSE在指定时间内未能准备好，`StartUpCounter`将增加，直至达到`HSE_STARTUP_TIMEOUT`常量，此时将退出循环。

  1. do
  2.   {
  3.     HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
  4.     StartUpCounter++;  
  5.   } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));

4. 检查HSE状态：
   如果HSE成功启动，`HSEStatus`设置为0x01，否则设置为0x00。

5. 配置Flash预取缓冲区和等待周期：

  1.   if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)
  2.   {
  3.     HSEStatus = (uint32_t)0x01;
  4.   }
  5.   else
  6.   {
  7.     HSEStatus = (uint32_t)0x00;
  8.   }


   如果HSE成功启动，接下来配置Flash访问控制寄存器（FLASH_ACR）以启用预取缓冲区，并设置适当的等待周期。

6. 配置AHB和APB总线时钟：
   设置RCC_CFGR寄存器的HPRE和PPRE位，以确定AHB和APB总线的预分频因子。在这个例子中，HCLK（AHB总线时钟）和PCLK（APB总线时钟）都被设置为与SYSCLK（系统时钟）相同。

  1. /* Enable Prefetch Buffer and set Flash Latency */
  2.     FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTBE | FLASH_ACR_LATENCY;
  3.  
  4.     /* HCLK = SYSCLK */
  5.     RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
  6.       
  7.     /* PCLK = HCLK */
  8.     RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE_DIV1;

7. 配置PLL：
   清除RCC_CFGR寄存器中与PLL源选择、PLL输入时钟预分频和PLL倍频因子相关的位。
   配置PLL以使用HSE作为输入时钟源，经过预分频器，并将PLL的倍频因子设置为6，这意味着最终的PLL输出频率将为HSE频率的6倍（假设HSE为8 MHz，PLL输出将为48 MHz）。

  1.   /* PLL configuration = HSE * 6 = 48 MHz */
  2.     RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLMULL));
  3.     RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLMULL6);

8. 启用PLL：

  1.     /* Enable PLL */
  2.     RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;

    通过设置RCC_CR寄存器的PLLON位来启动PLL。

9. 等待PLL就绪：
   使用循环检查RCC_CR寄存器的PLLRDY位，以确认PLL是否已经稳定。

  1. /* Wait till PLL is ready */
  2.     while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
  3.     {
  4.     }

10. 选择PLL作为系统时钟源：
    将RCC_CFGR寄存器的SW位设置为PLL，选择PLL作为系统时钟源。

  1.     /* Select PLL as system clock source */
  2.     RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
  3.     RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;

11. 等待PLL作为系统时钟源：
    使用循环检查RCC_CFGR寄存器的SWS位，以确认PLL是否已经被选为系统时钟源。

  1.     /* Wait till PLL is used as system clock source */
  2.     while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)RCC_CFGR_SWS_PLL)
  3.     {
  4.     }

12. 处理HSE启动失败：
    如果HSE未能启动，函数将到达此处，这里可以添加代码来处理这种错误情况，例如重启系统或进入错误处理程序。

  1.  
  2.   else
  3.   { /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock 
  4.          configuration. User can add here some code to deal with this error */
  5.   }

SetSysClock()函数的主要目的是配置系统时钟，使其能够以期望的频率运行。在这个例子中，它首先启用并确认HSE的运行，然后使用HSE作为PLL的输入，通过PLL生成48 MHz的时钟信号，并最终选择PLL作为系统时钟源，从而为整个微控制器提供一个稳定且足够高的时钟频率。

 总结

可以看到STM32的时钟启动方案是在SystemInit中，首先开启了快速易用的HSI作为系统时钟，并且关闭了所有中断，关闭了HSI14，之后在SetSysClock中重启PLL选择了HSE作为系统时钟。

初始化的后期启用HSE并使用PLL来进一步提高系统时钟频率，这种方案有几个明显的好处：

在STM32的启动方案中，首先使用HSI作为系统时钟，然后在初始化的后期启用HSE并使用PLL来进一步提高系统时钟频率，这种方案有几个明显的好处：

1. 快速启动：
   HSI作为内部RC振荡器，不需要外部元件，上电后立即可用。这使得系统可以迅速启动并执行基本的初始化，如设置堆栈、初始化硬件寄存器等，而无需等待外部时钟源稳定。

2. 可靠性与容错性：
   HSI提供了系统启动时的可靠时钟源，即使外部晶振或时钟源出现问题，系统仍然可以使用HSI运行，虽然可能在精度和稳定性上有所折衷，但至少可以确保基本的功能性和安全性。

3. 性能提升：
   一旦系统初步初始化完成，可以启用更稳定、精度更高的HSE振荡器，并通过PLL进一步提高时钟频率。这可以显著提高系统的性能，因为PLL可以将时钟频率放大到远高于HSI所能提供的频率，从而允许CPU和外设以更高的速度运行。

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