【STM32】晶振，主时钟，外设频率介绍

首先，我用的是STM32F407，下方所有图片都是出自这芯片的文档，如果型号和我不同，需要找到对应的芯片说明文档，也许会有出入

先看一张时钟图

这里会着重说明高速的部分，低速（不管内部还是外部）只给RTC时钟使用

题外话，MCO1、MCO2，你可以往外面输出时钟

以下开始正题

图片红圈处是主时钟，供给许多东西使用，例如外设（UART、SPI...），简直就像大型音乐演奏的指挥者

所有你想用到的外设，初始化第一步，就是使能时钟（向主时钟请求）

例如下方的SPI初始化代码

void SPI3_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure;

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);//使能GPIOC时钟
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_SPI3, ENABLE);//使能SPI3时钟

  ...
  ...
}  

是不是能看到clock（时钟）的字样？又看到ENABLE（使能）了吧？

再回到时钟图，红圈处的主时钟，总共有三种来源

【1】HSI内部高速晶振

【2】HSE外部高速晶振

【3】PLL锁相环

其中PLL的来源，还是要由『内部高速晶振』或是『外部高速晶振』提供

主时钟的SW，可以选择来源是三种的哪一种

内部晶振固定是16M，外部的话，要取决你接的晶振是多少，当然，有个范围，图上写了，4M～26M

选择了『内部高速晶振』或是『外部高速晶振』，这没什么好说的，主时钟的频率就和晶振一样

下面说明，如果选择了PLL，应该要设定哪些东西

首先很重要的一点，提供给PLL的时钟一定要是1M，不可以是2M、4M...之类的

所以呢，就有了图上的绿圈，除M（代码为PLL_M）

如果是内部晶振（16M）提供，这个除M的值，就必须设16，16M / 16 = 1M

如果是外部晶振提供，假设接了8M的晶振，这个除M的值，就要设8，8M / 8 = 1M

这是规定

最终，PLL就一定会得到1M的时钟，然后才开始做倍频的工作

倍频，会经过一个乘N（代码为PLL_N）

之后，再经过一个除P（代码为PLL_P），分频后，就会把结果提供给主时钟了

分频Q（除Q）（代码为PLL_Q），会给另一个东西提供时钟，其他的忘了，但是SDIO就是其中一个

下面来看代码

『代码图片』和『代码块』，都是出自sysytem_stm32f4xx.c

代码块的代码有点多，但是只要认真看，其实会发现，ST把所有STM32F4系列的都加进来了

只要看和自己有关的就好了，我一开始也说了，我用的是STM32F407，我只关注宏定义『STM32F40_41xxx』即可

static void SetSysClock(void)
{
#if defined (STM32F40_41xxx) || defined (STM32F427_437xx) || defined (STM32F429_439xx) || defined (STM32F401xx)
/******************************************************************************/
/*            PLL (clocked by HSE) used as System clock source                */
/******************************************************************************/
  __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;

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

  /* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
  do
  {
    HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
    StartUpCounter++;
  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));

  if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x01;
  }
  else
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x00;
  }

  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
  {
    /* Select regulator voltage output Scale 1 mode */
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
    PWR->CR |= PWR_CR_VOS;

    /* HCLK = SYSCLK / 1*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;

#if defined (STM32F40_41xxx) || defined (STM32F427_437xx) || defined (STM32F429_439xx)
    /* PCLK2 = HCLK / 2*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2;

    /* PCLK1 = HCLK / 4*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4;
#endif /* STM32F40_41xxx || STM32F427_437x || STM32F429_439xx */

#if defined (STM32F401xx)
    /* PCLK2 = HCLK / 2*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;

    /* PCLK1 = HCLK / 4*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
#endif /* STM32F401xx */

    /* Configure the main PLL */
    RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |
                   (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

    /* Enable the main PLL */
    RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;

    /* Wait till the main PLL is ready */
    while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
    {
    }

#if defined (STM32F427_437xx) || defined (STM32F429_439xx)
    /* Enable the Over-drive to extend the clock frequency to 180 Mhz */
    PWR->CR |= PWR_CR_ODEN;
    while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODRDY) == 0)
    {
    }
    PWR->CR |= PWR_CR_ODSWEN;
    while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODSWRDY) == 0)
    {
    }
    /* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache and wait state */
    FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN | FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
#endif /* STM32F427_437x || STM32F429_439xx  */

#if defined (STM32F40_41xxx)
    /* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache and wait state */
    FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN | FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
#endif /* STM32F40_41xxx  */

#if defined (STM32F401xx)
    /* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache and wait state */
    FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN | FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_2WS;
#endif /* STM32F401xx */

    /* Select the main PLL as system clock source */
    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL;

    /* Wait till the main PLL is used as system clock source */
    while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS ) != RCC_CFGR_SWS_PLL);
    {
    }
  }
  else
  { /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock
         configuration. User can add here some code to deal with this error */
  }
#elif defined (STM32F411xE)
#if defined (USE_HSE_BYPASS)
/******************************************************************************/
/*            PLL (clocked by HSE) used as System clock source                */
/******************************************************************************/
  __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;

  /* Enable HSE and HSE BYPASS */
  RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON | RCC_CR_HSEBYP);

  /* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
  do
  {
    HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
    StartUpCounter++;
  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));

  if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x01;
  }
  else
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x00;
  }

  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
  {
    /* Select regulator voltage output Scale 1 mode */
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
    PWR->CR |= PWR_CR_VOS;

    /* HCLK = SYSCLK / 1*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;

    /* PCLK2 = HCLK / 2*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;

    /* PCLK1 = HCLK / 4*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;

    /* Configure the main PLL */
    RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |
                   (RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);

    /* Enable the main PLL */
    RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;

    /* Wait till the main PLL is ready */
    while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
    {
    }

    /* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache and wait state */
    FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN | FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_2WS;

    /* Select the main PLL as system clock source */
    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL;

    /* Wait till the main PLL is used as system clock source */
    while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS ) != RCC_CFGR_SWS_PLL);
    {
    }
  }
  else
  { /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock
         configuration. User can add here some code to deal with this error */
  }
#else /* HSI will be used as PLL clock source */
  /* Select regulator voltage output Scale 1 mode */
  RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;
  PWR->CR |= PWR_CR_VOS;

  /* HCLK = SYSCLK / 1*/
  RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;

  /* PCLK2 = HCLK / 2*/
  RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;

  /* PCLK1 = HCLK / 4*/
  RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;

  /* Configure the main PLL */
  RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) | (PLL_Q << 24); 

  /* Enable the main PLL */
  RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;

  /* Wait till the main PLL is ready */
  while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
  {
  }

  /* Configure Flash prefetch, Instruction cache, Data cache and wait state */
  FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN | FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_2WS;

  /* Select the main PLL as system clock source */
  RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
  RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL;

  /* Wait till the main PLL is used as system clock source */
  while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS ) != RCC_CFGR_SWS_PLL);
  {
  }
#endif /* USE_HSE_BYPASS */
#endif /* STM32F40_41xxx || STM32F427_437xx || STM32F429_439xx || STM32F401xx */
}

在函数setSysClock（设置系统时钟）里面，一开始就会发现一行代码

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

这是选择使用HSE（外部晶振），但，这还不是主时钟的三个选择之一，只是选择制造时钟的来源，下面的代码才是真正决定主时钟是使用HSE、HSI、PLL哪一个

/* Select the main PLL as system clock source */
  RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
  RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL;

上面写着RCC_CFGR_SW_PLL，配合文章一开始的图片，红圈处，不是有个SW吗？这就是选择主时钟来源

再结合这三行代码『RCC->CR』『RCC->CFGR』这些代码（注释 『/* Enable HSE */ 』这些不算代码啊）

意思是：我使用外部晶振，然后外部晶振提供给PLL去倍频，最后主时钟采用PLL提供的频率

在函数setSysClock里面，还可以找到关于PLL的设置，也就是

PLL_M、PLL_N、PLL_P

这些功用之前也说了，对照一开始的图片，找到PLL里面的『除M』『乘N』『除P』

也就理解了

在STM32F407里面，没有关于/R的东西，看看其他F4系列的，应该能找到

接下来，我会把重点放在外设上，也就是红圈处主时钟的右边，APBx分频这部分（有些外设需要的时钟不同，但主时钟只能提供一种频率，这时要靠各自的分频，实现不同的频率）

但是在APBx之前，还有一个AHB分频

整个思路是这样的，假设我要用SPI：『主时钟提供时钟』->『经过AHB分频』->『经过APBx分频，APBx总线拥有自己的一个时钟频率』->『SPI自己还可以再一次分频』

相关代码如下（此代码还是上面那个很长的代码，里面的一小部分，注释是我自己加上的）

/* HCLK = SYSCLK / 1*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1; // AHB分频

#if defined (STM32F40_41xxx) || defined (STM32F427_437xx) || defined (STM32F429_439xx)
    /* PCLK2 = HCLK / 2*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2; // APB2分频

    /* PCLK1 = HCLK / 4*/
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4; // APB1分频

#endif /* STM32F40_41xxx || STM32F427_437x || STM32F429_439xx */

这里就看出了两个分频了，一个是AHB，另一个是APBx（APB1和APB2暂且算同一个）

上面以SPI为例，那么『SPI自己还可以再一次分频』，这代码在哪呢？

这就要自己写SPI初始化函数了，设定相关的参数，其中一条，就是分频，如下图绿色底那行所示

在STM32F4系列，有两个APB，分别是APB1、APB2

APB是总线，至于哪些外设，分别是挂在哪个总线上呢？

我截取一张头文件stm32f4xx_rcc.h的图片来看，就知道了

这就是外设的分布，例如串口2（USART2），在410行，也就是挂在APB1上

串口1（USART1），在433行，它就是挂在APB2上了

文章上面一点，我不是贴了一个SPI 1的初始化代码的图片吗（图片显示行号4～39）？

SPI 1是挂在APB2上的，时钟使能写的函数名称和参数，都写着APB2的

另外，APB2的上限速度，是比APB1块的

一开始的时钟图，也写了APB2的上限是84M，比APB1整整多了一倍

总算结束了，但是请注意，本篇是以STM32F407为例，不同型号的芯片，最好还是参考各自的说明文档，以免出错

谢谢你的观看，如果有错，也希望能提出来，一起交流进步