S3C2440的时钟原理

Crystal 无源晶体
Oscillator 有源晶体（里面有有源器件）

无源晶振内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片,供接入运放(或微处理器的XTAL端) 以形成振荡.有源晶振内带运放,工作在最佳状态,电源后,可直接输出一定频率的等幅正弦波, 一般至少有4引脚,体积稍大.

对于任何一个单片机，要使用它首先就要弄明白他的时钟系统，MCU的时钟就像人的心脏，跳动的快慢，决定着系统的工作速度。S3C2440的datesheet上说，可以达到400M，但是也不是说，必须在400M的频率下工作，主时钟晶振来自于外部晶振（XTIPLL）或者是外部时钟（EXTCLK）。时钟生成器包含了一个振荡器（振荡放大器），其连接外部晶振，并且还有2个PLL，可以产生需要的高频。

通过引脚OM[3:2]来决定时钟源是Crystal还是EXTCLK，不过我用的开发板将OM[3:2]固定接地了，都是用外部晶振。有一点值得注意，在对MPLLCON写入有效值之前，系统使用外部晶振或外部时钟源的时钟。即使用户不准备改变MPLLCON的值，也应当重新写一次。

简单说一下，S3C2440的时钟构成。

S3C2440具有2个PLL(Phase Locked Loop：用来产生高频的电路)，一个是MPLL, 用于产生FCLK， HCLK， PCLK三种频率， 这三种频率分别有不同的用途：

FCLK是CPU提供的时钟信号，如果提到CPU的主频是400MHz，就是指的这个时钟信号。
HCLK是为AHB总线提供的时钟信号， Advanced High-performance Bus，主要用于高速外设，比如内存控制器，中断控制器，LCD控制器， DMA 以及USB host 。

PCLK是为APB总线提供的时钟信号，Advanced Peripherals Bus，主要用于低速外设，比如WATCHDOG,IIS, I2C， SDI/MMC, GPIO，RTC ，UART,PWM,ADC and SPI等等。

另外一个是UPLL，专门用于驱动USB host/Device。并且驱动USB host/Device的频率必须为48MHz。

在系统复位之后，如果没有设定PLL，则采用外部晶振的频率作为FCLK，同时FCLK:HCLK:PCLK的比例关系为1:1:1。

下面说一些跟时钟有关的寄存器设置：通过改变CLKDIVN可以改变FCLK,HCLK,PCLK的分频比。

锁定时间计数寄存器LOCKTIME(0x4c000000):一般使用默认就可以。

锁相环控制寄存器[MPLLCON(0x4c000004)&UPLLCON(0x4c000008)]:

MPLL=(2*m*Fin)/(p*2^s)    UPLL=(m*Fin)/(p*2^s)

其中m=(MDIV+8),p=(PDIV+2),s=SDIV

P,M范围：1<=P<=62,1<=M<=248

注意：MDIV[19:12],PDIV[9:4],SDIV[1:0],当设置MPLL和UPLL值的时候，需要先设置UPLL再设置MPLL。

例如：MPLLCON = (92<<12) | (1<<4) |(1);//FCLK=400M

这里MDIV=92,PDIV=1,SDIV=1，那么m=100,p=3,s=1,且Fin=12M,所以FCLK=400M

再设置CLKDIVN=0x03；//FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4

这里CLKDIVN(0x4c000014)用于决定三者的分配比例

一般设置这两个就可以了。还有一个时钟控制寄存器CLKCON(0x4c00000c)向相应位写1使能相应时钟，不过一般默认为1.

overview
时钟和电源管理这一块内容包括三个部分:时钟控制, USB控制, 电源控制

在s3c2440a的CPU上,时钟控制逻辑可以产生需要的时钟信号,包括给CPU用的FCLK, 给AHB总线外设用的HCLK以及给APB总线外设用的PCLK.S3C2440A含有两个锁相环:一个是FCLK, HCLK和PCLK, 还有另外一个专门用于USB单元(48Hz).时钟控制逻辑可以在没有PLL的时候使时钟变慢,并且可以用软件的方法使时钟与周边设备连接与断开, 这个功能可以节省功耗.

补充:
    AMBA总线

先进的微控制器总线体系结构AMBA规范定义了三种总线：

（1）AHB（Advanced High-performance Bus）：用于连接高性能系统模块。它支持突发数据传输方式及单个数据传输方式，所有时序参考同一个时钟沿；

（2）ASB（Advanced System Bus）：用于连接高性能系统模块，它支持突发数据传输模式；

（3）APB（Advance Peripheral Bus）：是一个简单接口支持低性能的外围接口。

对于电源控制逻辑,S3C2440A有不同的电源管理的主题,来对某一项任务来优化电源功耗.S3C2440A中的电源管理单元可以有四种模式: 普通模式, SLOW 模式, IDLE模式, SLEEP模式.

功能描述

时钟架构
时钟产生器包括一个连接在外部crystal上的晶振,并且有两用于产生S3C2440A所需要的高频信号的锁相环.

时钟源的选择
下表显示了芯片模式控制引脚(OM3和OM2)的选择与S3C2440A时钟源的关系.

注意:
1) 尽管重启后,MPLL会启动,但是直到软件正确设置了MPLLCON寄存器后,MPLL的输出才作为系统的时钟.在正确的设置被设置前,来自外部的crystal或extclk源直接作为系统时钟.即使用户并不想改变MPLLCON寄存器的默认值,用户应该在MPLLCON的寄存器中设置同样的值. 
2) OM[3:2]用于决定测试模式,当OM[1:0]是11的时候.

锁相环
在时钟产生器中的MPLL,作为一个电路,作用是在频率与相伴上同步输出信号与一个参考输入信号.

时钟控制逻辑
时钟控制逻辑决定使用的信号源,PLL时钟或外部时钟. 当PLL配置成一个新的频率时,时钟控制逻辑中止FCLK的使用,直到使用PLL锁时间的PLL的输出稳定后. 这种时钟控制逻辑在通电重启或从节电模式中醒来都起作用.

通电重启(XTIpll)

在普通模式中变换PLL的设置

USB时钟控制

FCLK, HCLK, PCLK
FCLK 用于ARM920T
HCLK 用于AHB总线,AHB总线被ARM920T用于,内存控制器,中断控制器,LCD控制器,DMA和USB host block.
PCLK 用于APB总线,APB总线是用于周边设备的,如是WDT,IIS, I2C, PWM 计数器, MMC接口, ADC, UART, GPIO, RTC 和SPI

注意:
1) CLKDIVN必须小心设置,不要超过HCLK和PCLK的允许范围.
2) 如果HDIVN不是0,CPU总线模式必须从快速总线模式转换到异步总线模式,通过使用下面的指令来达到.(S3C2440不支持同步总线模式)
MMU_SetAsyncBusMode
mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
orr r0, r0, #R1_nF:OR:R1_iA
mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
如果HDIVN不是0, 并且CPU总线模式是快速总线模式,那么CPU将会在HCLK下工作.这种特性可以用来在不影响HCLK和PCLK的情况下改变CPU频率成原来的一半或更多.

电源管理
在S3C2440A中,电源管理模块通过软件来控制系统时钟以达到减少电源功耗的功能.这些主题跟PLL,时钟控制逻辑(FCLK,HCLK,PCLK)和唤醒信号有关.

S3C2440A有四种电源模式.下面的部分描述各种模式.各种模式之间的转换并不是随意的.

FCLK的值如何得到?

FCLK= Fout = 2 * m * Fin / (p*2^s), Fvco = 2 * m * Fin / p where : m=MDIV+8, p=PDIV+2, s=SDIV

MPLLVal [M:7fh,P:2h,S:1h]  bootloader打印出来的信息.

code

mov r1, #0x4c000000

ldr r2, =0x7f021

str r2, [r1, #0x04]

与BOOTLOADER里打印出来的一样.

^ 代表幂

So, FCLK =2* (127+8)*12M/4*2=405M

关于HCLK, PCLK的值,取决于CLKDIVN的值.

代码如下:

mov r1, #0x4c000000

ldr r2, 0x5

str r2, [r1, #0x14]

所以CLKDIVN=5, HDIVN=10,  PDIVN=1, 再看CAMDIVN

10: HCLK = FCLK/4 when CAMDIVN[9]=0

HCLK = FCLK/8 when CAMDIVN[9]=1

PCLK = HCLK /2

CAMDIVN代码中没有进行设置,就用初始值.0

故

HCLK = FCLK/4

PCLK = FCLK/8

至此, clock部分设置结束.