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。

01 时钟系统介绍

▲时钟系统专业名词缩写

时钟系统关键组成部分
5 P8 J' d# H5 `

6 }( F: B1 w) Q3 Y01 内部高速时钟(HSI)
# M% ^6 g1 X9 w- 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。

$ `) J& a' C: V7 N+ |' `02 外部高速时钟(HSE)
1 N7 S& R3 B, G2 N6 Q* m

外部高速时钟信息(HSE)可以通过两个时钟源产生：

4 d( I$ H- V% k4 o; T

① 外部晶体/陶瓷谐振器

② 外部用户时钟

▲两种时钟源接入示意图

03 主锁相环时钟(PLL)

STM32F2xx具有两个PLL

2 t% V- l8 V. x$ o' _! |$ x

① 主要的PLL通过HSE或HSI提供时钟，并且有两个输出时钟；

7 P: z8 V. V, Y4 J6 L. O: d: s$ |( K6 |

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

& u' [; i; n! Y) _0 D$ g7 G

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)

LSE是一个32.768KHZ低速外部晶振或陶瓷谐振器。

) I3 s( H4 N! e" U9 I, c3 b* O

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。

+ \/ ~! m% z/ n- D) ^5 ]7 s- G05 低速内部时钟(LSI)
: a* v) s/ q0 h) z+ b

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。

02  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。

1. 
   
2. =============================================================================
   , V* p' H3 J# h7 p8 o. j
3.   *=============================================================================
   , N& H) s( A% q# I  i
4.   *        Supported STM32F2xx device revision    | Rev B and Y
   ( g8 s7 U' b) L1 s" n6 Q
5.   *-----------------------------------------------------------------------------
   
6.   *        System Clock source                    | PLL (HSE)
   
7.   *-----------------------------------------------------------------------------
   
8.   *        SYSCLK(Hz)                             | 120000000
   
9.   *-----------------------------------------------------------------------------
   . d! s6 S! c% {
10.   *        HCLK(Hz)                               | 120000000
    + h' u- B7 a6 E$ t3 i( f
11.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
12.   *        AHB Prescaler                          | 1
    , g, ?3 v! H2 b) w- D
13.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
14.   *        APB1 Prescaler                         | 4
    6 D" q+ P8 r2 I5 ]8 j0 ~
15.   *-----------------------------------------------------------------------------
    4 w. S# g; H3 r0 g
16.   *        APB2 Prescaler                         | 2
    
17.   *-----------------------------------------------------------------------------
    : Q3 j: ]) Y) [. u: y' n
18.   *        HSE Frequency(Hz)                      | 25000000
    
19.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
20.   *        PLL_M                                  | 25
    
21.   *-----------------------------------------------------------------------------
    : L5 `  o, B: {
22.   *        PLL_N                                  | 240
    8 L  u2 Y& S4 S9 S9 B6 Y& Y/ V
23.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
24.   *        PLL_P                                  | 2
    
25.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
26.   *        PLL_Q                                  | 5
    8 r5 f. k$ y* ~# K' J
27.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
28.   *        PLLI2S_N                               | NA
    
29.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
30.   *        PLLI2S_R                               | NA
    
31.   *-----------------------------------------------------------------------------
    : U+ i# ^+ U& r5 U
32.   *        I2S input clock                        | NA
    ; r3 u* X. ~+ i6 t. {$ K; z$ f
33.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
34.   *        VDD(V)                                 | 3.3
    % U& I0 f4 i0 i+ ~, q
35.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
36.   *        Flash Latency(WS)                      | 3
    
37.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
38.   *        Prefetch Buffer                        | ON
    
39.   *-----------------------------------------------------------------------------
    
40.   *        Instruction cache                      | ON
    
41.   *-----------------------------------------------------------------------------
    9 [5 ]  l( E# B4 Y+ j7 l4 M) ]. w
42.   *        Data cache                             | ON
    4 M) a8 q% x' u  k, z
43.   *-----------------------------------------------------------------------------
    1 {8 i4 V7 g3 W9 u: X
44.   *        Require 48MHz for USB OTG FS,          | Enabled
    + d: w' T8 B9 J: H& r/ _, Y6 \
45.   *        SDIO and RNG clock                     |
    . B# {' L; o- G0 m8 B6 ]
46.   *-----------------------------------------------------------------------------
    ' S5 O0 G) F* u
47.   *=============================================================================
    
48.   ******************************************************************************

复制代码

' j/ D3 L9 P/ @% @+ a

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。

2 j/ X6 l+ w2 G8 H' L! D

1. 
   
2. uint32_t SystemCoreClock = 120000000;
   + v& \# R0 K  O6 G9 T5 o

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）。

" W" Q% S" ?. D, F% X' l

1. 
   1 k% y3 z0 o( m7 @: B3 |
2. IMPORT  __main
   2 K* f7 H$ s; V. ?3 F/ P5 l
3.     LDR     R0, =SystemInit
   ( Z0 ?, V- P6 ~" G  c# X- ]8 P
4.     BLX     R0
   
5.     LDR     R0, =__main
   9 ~* S, ?4 M: x8 x* Y. u
6.     BX      R0
   ( ?" ~; F* J- K
7.     ENDP

复制代码

+ Q7 \, F6 v! Z5 {9 D

; {& r# E- p# N) k8 \0 z! Z6 G- b

) {5 r" J9 l/ ]% B8 E+ V

在这里说明一下文档版本的问题：

1 ^* s0 R. E1 h( d& y9 S+ \

▲STM32F20X_User_manual的V7版和V8版对比图

+ l( B+ O2 D( U

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。

$ M- d  q. x4 h+ T3 l5 r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。
. ]; E0 ?$ |& f

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

2、选择HSE作为主PLL的输入时钟

* r8 l* f$ r% H: L

3、主PLL倍频后得到120MHZ时钟

7 H; ?: W! Z" r2 Y

4、系统时钟选择主PLL时钟输出作为系统时钟

' {: a: D' v( y

我们找到对应的代码

7 J7 S% k4 z2 {6 F+ P- d8 ^

  1、使能HSE

1. /* Enable HSE */
   # F; _# [. A. U0 L5 F& A4 y! ?
2.   RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);

复制代码

9 Z. I) b9 o9 u+ R' x! O3 @* [

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

" f4 v3 C8 U/ Y2 E8 f

$ ]1 B/ J  i- t+ h

2、选择HSE作为主PLL的输入时钟

4 t7 g9 \: P; d

3 Q6 l* q" D% `6 y

$ H; M. l/ b7 B2 ?6 L) A

1. 
   / H- k" J- p* ~0 E  K
2. /* Configure the main PLL */
   $ Q2 \. U6 G6 J% t% M
3. RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |
   + f  Y1 r9 e8 x& `
4.                    (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

复制代码

; F0 Z+ h$ Y/ F9 d4 B  h) J

7 D% C3 m3 Y* K6 p/ M6 g

/ J  S+ c$ Y. ?3 R" o

RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE就是配置HSE作为主PLL的输入时钟

/ g9 g2 ]9 A0 g/ ]4 }9 u

# X9 J4 m1 `6 F  a9 Y

  3、主PLL倍频后得到120MHZ时钟

4 y% R+ {+ k8 @7 K

1. 
   
2. /* Configure the main PLL */
   
3. RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |
   ! K/ `8 H$ m* W  X- N* k" `' m* O
4.                    (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

复制代码

1 O& @# t2 ~. b& x0 g3 D: O1 X5 B& x1 A

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 */
   
2. RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
   
3. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PL

复制代码

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

9 c5 F  f- K7 G: x

1. /* PLL_VCO = (HSE_VALUE or HSI_VALUE / PLL_M) * PLL_N */
   
2. #define PLL_M      25
   ; s" k; H+ k) i* I+ ~
3. #define PLL_N      240
   1 B) r5 H7 [- k' g- I; {) z* Y9 O
4. 
   2 p: ]2 S6 m/ x+ |9 H
5. /* SYSCLK = PLL_VCO / PLL_P */
   ' f! Q- |/ T. E* \
6. #define PLL_P      2

复制代码

3 b0 H/ |6 x0 V" ?8 Q7 @

这样就获得了120M时钟

& @$ F4 [3 `4 w; H* y0 n+ M

! a! K1 k" J8 i

, u, c0 j' ~, R0 ?

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

% v/ i+ m5 {: r% a" [, |/ l: w7 K

PLL_P只能是2、4、6、或8

, k. N* t( Z  h. F+ ^" {& I3 K

但2对应0，4对应1，6对应2，8对应3。

4 J" X/ h) h7 n8 @. x- R6 u

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。

9 V) G8 \) y! c  u( g

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

复制代码

9 P! Q8 C! I- j% y

其他外设的时钟配置时

  o! i/ f* z- F) G

1. 
   
2. /* HCLK = SYSCLK / 1*/
   ( I) a% h$ P) F) O; T! W! w
3. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
   % w: Y& o2 Y, b1 q% W4 f
4. 
   3 g; @- O8 J; R
5. /* PCLK2 = HCLK / 2*/
   
6. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2;
   9 `6 F6 a( i3 u& v* L% D" h8 ^
7. 
   5 }2 @! f; n" }$ L3 b+ l' [) Y2 b
8. /* PCLK1 = HCLK / 4*/
   
9. RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4;

复制代码

: I* l" l& h+ d( A1 C

9 H& S% K; f% ~% ~$ d

备 注

$ V6 @& ~3 d* n3 g9 N/ B

时钟中断

# w( y  k7 |& y7 z; I$ u

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。

8 r9 Y, E) k- w; V. S# m9 X
& D' ]( ]2 u9 G3 M3 m

无源晶振不起振

  `, @0 |* m" z# U5 S' R1 g( S

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》。

: `- O+ ?( r7 c6 `' z4 e

关于APB和PCLK

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

3 [/ o7 A- t5 m2 `; X* ~8 p, y- m0 z
& ^1 i" {; `0 Y; J% ?8 i) l$ ~

4 D6 Y; ?$ Q% V+ S2 F  B