下文将介绍STM32F207的时钟系统如何将25M晶振时钟转换为120M系统主频时钟的。
0 e/ B$ [/ R! q; c+ _1 A5 N4 o

01 时钟系统介绍

. d+ B, Q% X8 N2 }$ a. k

▲时钟系统专业名词缩写

时钟系统关键组成部分

7 U, \6 ]+ \4 {, \& ?01 内部高速时钟(HSI)
: `" D" \+ e" w: F, N& s

HSI时钟信号可以通过内部16MHZ的RC振荡器产生，可以直接用于系统时钟或者用于PLL输入。

HSI的RC振荡器的优势是：在最小成本(没有外部器件)情况下提供一个时钟源。它的启动速度要比HSE晶体振荡器更快，但是即使校准频率后，它的精度仍然小于外部晶体振荡器或陶瓷谐振器。

! g$ z1 a: F% x# m2 o/ I3 C9 K- w02 外部高速时钟(HSE)

外部高速时钟信息(HSE)可以通过两个时钟源产生：

① 外部晶体/陶瓷谐振器

② 外部用户时钟

) X6 ?( W% [& j$ s

▲两种时钟源接入示意图

* R5 v, C& r, W3 w# u03 主锁相环时钟(PLL)

1 i6 @2 V6 @+ r

STM32F2xx具有两个PLL

① 主要的PLL通过HSE或HSI提供时钟，并且有两个输出时钟；

: @) a6 `: j( Q0 Q0 n

② 专用的PLL(PLLI2S)被用于产生一个精确的时钟去实现高质量音频效果在I2S接口；

HSE/M*N/P得到PLL时钟

关于PLL锁相环说明

9 R* T: ], N' d

从1处输入，3处输出是1的N倍。

3处除以N又作为输入，当1和2的频率一样，就锁定了。(之所以图上是xN,因为从2看向3的)

04 低速外部时钟(LSE)
! y9 S7 c: |9 a
- M& D+ H) N6 A5 ]% E% w

LSE是一个32.768KHZ低速外部晶振或陶瓷谐振器。

+ q" z- T1 h/ W; m: Z* R0 H

它的优点：提供低速但是高精度时钟给RTC外设，为时钟/日历或其他时间应用。

05 低速内部时钟(LSI)
# t  W/ ]% ]5 q' K" M
9 n& C$ i- n2 `: `8 _+ u

LSI RC作为一个低速时钟源，它可以运行在停止和待机模式中给独立看门狗(IWDG)和自动唤醒(AWU)。它的时钟频率在32MHZ左右。

$ d% [/ @6 f3 w5 I; k02  代码分析
时钟初始化代码在system_stm32f2xx.c文件中，大部分时候我们不需要修改时钟代码的，各个总线的频率我们可以在文件头看到。
( R  x1 a0 l0 X5 _8 J

; g6 I: v% d  ^. F4 [) b

1. 
   & p* D8 f- u, S% i! t+ g
2. =============================================================================
   ; f! N2 n( {4 V* z/ @
3.   *=============================================================================
   . C. l0 f8 ?9 Z% C5 R6 e1 l
4.   *        Supported STM32F2xx device revision    | Rev B and Y
   
5.   *-----------------------------------------------------------------------------
   
6.   *        System Clock source                    | PLL (HSE)
   * i4 D: ]# l+ V9 I2 [$ `
7.   *-----------------------------------------------------------------------------
   
8.   *        SYSCLK(Hz)                             | 120000000
   
9.   *-----------------------------------------------------------------------------
   / S" ]- c" Q, {$ Y9 v2 ^: r
10.   *        HCLK(Hz)                               | 120000000
    
11.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
12.   *        AHB Prescaler                          | 1
    
13.   *-----------------------------------------------------------------------------
    1 z" J& j; g* j  c/ [" `  ?4 x. P5 O
14.   *        APB1 Prescaler                         | 4
    6 `0 V: X8 K7 i8 q
15.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
16.   *        APB2 Prescaler                         | 2
      ]3 O1 H( Q- y
17.   *-----------------------------------------------------------------------------
      h* e( R  @1 ]% ]7 x/ h
18.   *        HSE Frequency(Hz)                      | 25000000
    
19.   *-----------------------------------------------------------------------------
    % Z3 C6 t0 |# d' A9 D
20.   *        PLL_M                                  | 25
    & D; i. c+ O2 J! u4 k
21.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
22.   *        PLL_N                                  | 240
    
23.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
24.   *        PLL_P                                  | 2
    
25.   *-----------------------------------------------------------------------------
    4 l4 A! B4 R/ B2 d
26.   *        PLL_Q                                  | 5
    
27.   *-----------------------------------------------------------------------------
    ) p; R, ], B) U! E+ Y
28.   *        PLLI2S_N                               | NA
    
29.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
30.   *        PLLI2S_R                               | NA
    - ?" ?: l# h! v# U* P8 @
31.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
32.   *        I2S input clock                        | NA
    : x& O# T& O1 ]# @
33.   *-----------------------------------------------------------------------------
    * D: v( }5 P2 E0 T/ }+ N5 z6 y$ e
34.   *        VDD(V)                                 | 3.3
    2 G5 Z6 Z. s( q7 ?" H/ L7 F1 T
35.   *-----------------------------------------------------------------------------
    9 v$ D" g( B5 Q& ^) R! l
36.   *        Flash Latency(WS)                      | 3
    
37.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
38.   *        Prefetch Buffer                        | ON
    5 f' d1 b2 y/ A6 j
39.   *-----------------------------------------------------------------------------
    * g# A1 |/ l$ P  T/ a! O+ b
40.   *        Instruction cache                      | ON
    
41.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
42.   *        Data cache                             | ON
    
43.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
44.   *        Require 48MHz for USB OTG FS,          | Enabled
    
45.   *        SDIO and RNG clock                     |
    
46.   *-----------------------------------------------------------------------------
    4 _2 R) ]' s; K
47.   *=============================================================================
    
48.   ******************************************************************************

复制代码

( [( n3 E/ S, f' L7 o# I


0 z) Y8 i0 ~  K  I9 ^( R" H% p7 \
- z, t) S& j! p7 B

在文件开始定义的有系统时钟频率的全局变量SystemCoreClock，其他地方需要时钟频率，可以直接使用该变量。

1. 
   
2. uint32_t SystemCoreClock = 120000000;
   8 i  V3 M: }- k8 u$ B* z2 K

复制代码

时钟配置从SystemInit函数执行，调用SystemInit的在汇编文件中startup_stm32f2xx.s（Keil编译环境）。

  F5 b* n! z1 k6 p! v

1. 
   & ^; |0 Z; Z' ^: e
2. IMPORT  __main
   1 b. y& ?4 G) I0 K$ p2 J
3.     LDR     R0, =SystemInit
   3 W( @9 Z: W& ?7 x
4.     BLX     R0
   
5.     LDR     R0, =__main
   # ^4 H& O4 K# D. v( U
6.     BX      R0
   
7.     ENDP

复制代码

& O4 f& b9 X" K! b9 Z0 t3 h! W6 j

在这里说明一下文档版本的问题：
7 B+ c" {1 _: S9 _3 x* m* ?

▲STM32F20X_User_manual的V7版和V8版对比图

4 A; S: w: z* c- A

上述两图的区别是系统最大时钟从120MHZ变成了168MHZ，我的理解是同样是STM32F20X，ST由于技术进步或其他，使得新版STM32F207芯片超频支持168MHZ。

$ ^3 J1 R0 w! }0 I下面我们主要分析SystemCoreClock的120M时钟怎么从一个外部25MHZ的HSE得到的。

我们要从25MHZ的外部时钟得到120M的系统时钟，需要上图中标注的重要4点：

1、使能HSE

, [0 z) G/ ^  D* Z

2、选择HSE作为主PLL的输入时钟

6 e- q% Y4 k( L1 @! _% ?

3、主PLL倍频后得到120MHZ时钟

4、系统时钟选择主PLL时钟输出作为系统时钟

6 i- h7 S+ k3 X

我们找到对应的代码

  1、使能HSE

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

复制代码

" s3 @" g5 a4 E, N; `3 y& q

在RCC_CR寄存器(RCCclock control register RCC时钟控制器)中，有打开HSE的控制位

; d3 m  c  I, b4 O8 L. A* C

2、选择HSE作为主PLL的输入时钟

  j2 }$ a# ?  c+ o

1 N6 u2 ~& w/ {/ R+ \& Z

1. 
   3 z) j1 @2 u  B/ g0 b
2. /* Configure the main PLL */
   / m/ b, r, ^: F
3. RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |
     [+ u0 ?! X$ W2 n, U4 a
4.                    (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

复制代码

' \; \& C' U, v$ e& C4 R& }

8 u- H6 j6 {5 y) ?- X4 y
  K5 s0 c7 F* q6 Y

RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE就是配置HSE作为主PLL的输入时钟
% [  {+ x6 o0 c& `

$ y* s% n' h' y" B

  3、主PLL倍频后得到120MHZ时钟

4 v/ F6 a8 t% z3 Z5 p; |8 O

1. 
   / M: `' F# c, F; r4 |8 L" j8 L+ H; C6 i
2. /* Configure the main PLL */
   ) o8 O) o  |3 F" y8 m+ |
3. RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |
   % q2 K5 J3 D; R* |, d! y1 H1 R
4.                    (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

复制代码

  U$ _8 A$ G4 s1 b

4、配置主PLL作为系统时钟的输入时钟

1. /* Select the main PLL as system clock source */
   : e) z. }; Q% O/ F( B; g
2. RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
   
3. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PL

复制代码

: _: ]$ y% I4 Q2 q

对于主PLL的配置寄存器，在RCC_PLLCFGR寄存器中有说明

整理后得知f(out)=f(in)* N / M / P

1. /* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N */
   ) g" [3 `/ u2 a. T8 c* E/ Q) m$ o
2. #define PLL_M      25
   
3. #define PLL_N      240
   & j9 D' [' O" j: z* U- }5 F
4. 
   ( J+ b! ^# J  e6 T1 Z, F
5. /* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P */
   
6. #define PLL_P      2

复制代码

这样就获得了120M时钟

) J5 `8 w! @' r+ w+ w# n3 A

, {) j% Z, a( C6 K4 I

& o2 ^& m$ H3 ~1 Z2 B

注意：

PLL_M大于等于2且小于等于63

PLL_N大于等于64且小于等于432

0 E! L0 l) l$ z& J! j, ?$ \2 ?9 i

PLL_P只能是2、4、6、或8

但2对应0，4对应1，6对应2，8对应3。

& x! D1 Z! B2 n" \: y5 ?

ST并没有使用if或case语句判断，因为对应的数据除以2减去1就是寄存器这两位的值，所以可以按照下面这样写，这种写法值得我们学习。

; s0 g+ M8 Y/ i: ?

1. (((PLL_P >> 1) -1) << 16)

复制代码

4 ?3 b% V; ?: [% P; h% o7 c0 O2 C. M

其他外设的时钟配置时

6 r5 a# h! B/ |

1. 
   
2. /* HCLK = SYSCLK / 1*/
   
3. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
   
4. 
   8 N. b% R) }; ]6 r; p
5. /* PCLK2 = HCLK / 2*/
   
6. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2;
   
7. 
   ' }- M! r% L  j9 E2 b& y
8. /* PCLK1 = HCLK / 4*/
   
9. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4;

复制代码

备 注

7 P, m4 x' _2 d0 f& T9 M' R/ z
! c$ K6 j. E5 p. \9 A4 @) J, }

时钟中断

4 W( Y$ P7 y6 J

可以配置外部晶振出错时的中断，还有RCC中断，因此我们可以在外部时钟出问题时，切换为内部时钟，不至于整个系统挂掉。具体见ST给的官方代码。

( ~1 T' H" M5 M

无源晶振不起振

8 X3 C# m: O- D. G# _2 ^

没有程序，无源晶振是不起振的，需要配置RCC时钟控制寄存器的HSEON位打开或关闭HSE振荡器。具体可以看之前的文章《[color=var(--weui-LINK)]晶振原理解析》。

, t2 Z1 n6 _2 s' \8 a
5 i' g, E- Q3 o8 Z7 ?- b

关于APB和PCLK

& w* B8 {1 q' g  I7 ?  ^* u! r

F207是时钟图没有显示PCLK1和PCLK2，应该就是APB1和APB2

应该指的是一个PCLK应该是PeripheralClock的简称，看F105手册

# r5 J! G/ t5 M$ f