STM32时钟系统与时钟启动顺序详解

概念基础：

STM32时钟系统基本一致，不同系列之间有细微差别。此文档主要针对STM32F446的时钟系统进行介绍。

1. 时钟树概述

1. 为何不是采用一个系统时钟？如51
   因为STM32本身非常复杂，外设非常多，但是并非所有外设都需要系统时钟这么高的频率，比如看门狗和RTC只需要几十K的时钟即可。同一个电路，时钟越快，功耗越大，同时抗电磁干扰能力也会越弱，所以对于较为复杂的MCU一般采用多时钟源的方法来解决这些问题。

2. 主要时钟源:
   5个最主要的时钟源：
   高速时钟源：HSI、HSE、PLL
   低速时钟源：LSI、LSE
   其中PLL实际又分为3个时钟源：主PLL、I2S部分专用PLLI2S、SAI部分专用PLLASI。
   详解：
   LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为32K，供独立看门狗和自动唤醒单元使用。
   LSE是低速外部时钟，接频率为32.768Khz的石英晶体，这个主要是RTC的时钟源。
   HSE是高速外部时钟，频率范围为4Mhz-26Mhz，可以直接作为系统时钟或PLL输入。
   HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为16Mhz，可以直接作为系统时钟或PLL输入。
   PLL为锁相环倍频输出，STM32F4有三个PLL：
   a、 主PLL由HSE或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，用于USB OTG FS时钟，随机数发生器的时钟和SDIO时钟。
   b、 第一个专用PLL（PLLSAI）用于生成精确时钟，用作SAI输入时钟。Q是SAI时钟分频系数。P可以生成PLL48CLK用于给USB FS或SDIO提供48M时钟。
   c、 第二个专用PLL（PLLI2S）用于生成精准时钟，在I2S和SAI上实现高品质音频性能。R是I2S时钟的分频系数，Q是SAI时钟的分频系数。

2. 常用时钟源选择

1. 看门狗时钟：看门狗时钟只能是低速的LSI时钟，32Khz。
2. RTC时钟源：可以选择LSI（32Khz）、LSE（32.768Khz）、HSE分频后提供（2-31分频）
3. 系统时钟SYSCLK：可选择HSE、HSI和PLL

4. USB高速设备会有外部PHY提供60Mhz

5. NOTE：
   在上述的很多时钟输出中，有很多是带使能控制的，例如AHB总线时钟、内核时钟、各种APB1外设、APB2外设等。
   APB1是外设低速总线
   APB2是外设高速总线
   一般时钟总线是设备总线的2倍
   时钟主频可以设置为168Mhz，通过设置Over-driver模式可以超频到180Mhz
   FLASH Latency 延时配置参考：

   

3. 时钟源使能和配置

在配置好时钟系统之后，如果我们要使用某些外设，例如GPIO、ADC，还要使能这些外设时钟，如果在使用外设之前没有使能外设时钟，这个外设是不可能正常运行的。

IO引脚复用器和映射

一个GPIO如果可以复用为内置外设的功能引脚，那么这个GOIO作为内置外设使用的时候，就叫做复用。

4. 寄存器配置

1. RCC_CFGR，时钟配置寄存器

   
   Bit2 bit3代表使用的时钟源，具体可查参考手册，系统刚上电时默认为内部HSI。

2. RCC_PLLCFGR，PLL时钟配置寄存器

   
   上电默认情况为HSI做为主PLL和I2SPLL的时钟入口。

3. RCC_CR，RCC时钟控制寄存器

   
   通过Bit16可以切换为外部晶振。在时钟初始化的时候被调用。时钟切换之后，根据时钟设置逻辑，如果外部晶振使能了，则等待外部晶振正常起震。起震后查看RCC_CFRG寄存器，当前使用的还是HSI。下一步需要判断程序中是否要使用PLL，若使用，则继续进行PLL配置。
   配置结束PLL的各种分频后，一块进行寄存器配置。此时再切换到外部HSE工作。
   时钟配置过程：
   （1）AHB配置预分频，得到HCLK时钟，分频值写入RCC_CFGR bit4-bit7
   （2）系统时钟配置 RCC_CFGR bit0-bit1
   （3）检查系统时钟状态是否切换成功 RCC_CFGR bit2-bit3
   （4）APB1、APB2配置预分频，得到PCLK1、PCLK2时钟RCC_CFGR bit10-bit15
   （5）更新系统全局变量SystemCoreClock

5. I2S时钟配置

（1）选择I2S外设的时钟源
（2）配置各项时钟分频系数，一般情况下使用PLLI2SR时钟
（3）计算时钟分频，需要在PLLI2SR上获得需要的48K
下列公式为参考手册提供：
When the master clock is generated (MCKOE in the SPIx_I2SPR register is set):
fS = I2SxCLK / [(16*2)*((2*I2SDIV)+ODD)*8)] when the channel frame is 16-bit wide
fS = I2SxCLK / [(32*2)*((2*I2SDIV)+ODD)*4)] when the channel frame is 32-bit wide
When the master clock is disabled (MCKOE bit cleared):
fS = I2SxCLK / [(16*2)*((2*I2SDIV)+ODD))] when the channel frame is 16-bit wide
fS = I2SxCLK / [(32*2)*((2*I2SDIV)+ODD))] when the channel frame is 32-bit wide
将计算额I2SDIV和奇数值ODD写入相应寄存器。
此例中，I2SxCLK为192MHz，使用48K时可以被整除，时钟准确，但是96K时不能被整除，造成时钟偏移。所以若需要进行I2S时钟动态调节，需要好好计算I2SxCLK。