stm32f1时钟分析

STM32片上时钟分析

一、前言

1、本文主要讨论系统时钟以至外设时钟之间的源流关系。介绍stm32的片上时钟系统，描述系统时钟初始化函数SystemInit()对时钟的控制（从HSE到SYSCLK，第二节）与配置（SYSCLK到外设，第三节）。

2、103与107所用时钟系统略有不同，但系统时钟（SYSCLK）都是72MHz。

3、f107应当使用25MHz晶振。若采用8MHz的晶振，搭配3.0.0版固件库，则将f107当做f103使用，不能驱动通信线产品所有功能（以太网）。

4、以太网的时钟可以参考f107数据手册，附录A2.

5、RTC时钟源来自32.768kHZ晶振。

二、系统时钟SYSCLK

本节关注SYSCLK的来源。

f107与f103时钟系统略有不同，以下讨论除非特别说明，全都针对f107，采用25MHz晶振，时钟树见附录。

1、系统时钟：SYSCLK

系统复位后，HSI振荡器被选为系统时钟（8MHz），通过软件（SystemInit()函数）将系统时钟源切换到PLLCLK。

PLLCLK的来源是外部晶振HSE，由HSE信号经过5分频、8倍频、5分频得到8MHz的PLL时钟源，将其9倍频得到72MHzPLLCLK。（若在f107上采用8MHz晶振，则将HSE信号9倍频得到PLLCLK（72MHz），即系统时钟）

2、SystemInit()函数对时钟的控制（时钟控制寄存器CR，时钟配置寄存器2CFGR2）

此函数在3.0.0与3.1.2版本固件库中是不同的。相较于f103，f107在硬件上多了两个锁相环和一个CFGR2寄存器，并且定义了CR寄存器的26~29位。3.0.0版本固件库升级为3.1.2版本，正是为了配合这种变化，并实现新增的功能。

调用3.0.0库中的SystemInit()函数，结果如下：

对此不作过多讨论，这样的方式会使以太网无法使用。

调用3.1.2库中的SystemInit()函数，结果如下：

前三个寄存器配置了系统时钟，CIR是对中断的设置。这样，系统时钟的来源如下图。蓝色为复位后的时钟系统，红色为软件设置的时钟。

3.1.0版本的固件库中，SystemInit()函数有bug，会在下文提到。

三、总线时钟与外设时钟。

本节关注从SYSCLK生发出的时钟（PCLK等）。

1、特性与相互关系

由系统时钟分频得AHB时钟（也称为HCLK），AHB时钟供给内核的有三路：HCLK、FCLK、系统定时器（可能需要分频，视芯片型号而定）。

①两个高速外设总线的最高时钟不同，但都来自于HCLK。

②定时器有硬件设置的分频器，所以CK_INT(internal clock,或称作TIMxCLK)并不一定等于相应总线的频率，其规则为：如果相应的APB预分频系数是1，定时器的时钟频率与所在APB总线频率一致。否则，定时器的时钟频率被设为与其相连的APB总线频率的2倍。 

③ADC时钟ADCCLK有最大限制，对于103和107，最大为14MHz。所谓最快AD时间为1M分之一秒的说法是这么来的：

TCONV = 采样时间+ 12.5个周期

采样时间设为最短的1.5个周期，这样TCONV就是14个ADCCLK周期，当ADCCLK取最大的14MHz时，TCONV的时间就是1M分之一秒。

④有个有趣的现象：系统时钟配置成72MHz时，无法实现最快ADC。这是因为由于ADCCLK的上限限制，要对PCLK2进行分频，而72M无法分频为14M，最大可用只能为12M，这样自然不能实现最快ADC。

2、SystemInit()对RCC的配置（时钟配置寄存器CFGR）

AHBCLK=HCLK=SYSCLK=72MHz

PCLK1=HCLK/2=36MHz，  

PCLK2=HCLK=72MHz

TIMx(所有定时器)=PCLK1*2=PCLK2=72MHz

ADCCLK=36MHz

以上就是正常情况下SystemInit()的配置。所谓“正常”，是针对3.1.0版本固件库的bug来说的。此固件库的SetSysClockTo72函数（在system_stm32f10x.c文件中，被SystemInit调用），在配置通信线产品的PREDIV1时（或称为prediv1factor），错将5分频配置成3分频，导致芯片的系统时钟超频运行在120MHz。3.1.2版本外设固件库修正了这个bug。出错代码如下图：

 另外，在调用SystemInit()函数以后，ADCCLK是超频的（PCLK2/2, 36M），无法有保障地使用，需要调用RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6)将其配置成12MHz。这种麻烦特性到3.5.0版本固件库仍然存在，不知是什么意图。

附录：f107时钟树，或见参考手册7.2，图11