合宙AIR105(二): 时钟设置和延迟函数

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• 合宙AIR105(一): Keil MDK开发环境, DAP-Link 烧录和调试
• 合宙AIR105(二): 时钟设置和延迟函数

Air105 的时钟

高频振荡源

• 芯片支持使用内部振荡源, 或使用外置12MHz晶体
  • 芯片上电复位后 ROM boot 启动过程基于内部12MHz的振荡器
  • 芯片内部集成的12MHz振荡源精度为±2%, 精度一般
  • 使用外置12MHz晶体, 需要软件切换
• 经过PLL倍频后为系统提供输入
• 倍频后的PLL时钟频率可通过寄存器进行配置，可选频率为：108MHz, 120MHz, 132MHz, 144MHz, 156MHz, 168MHz, 180MHz, 192MHz, 204MHz

分频结构

• PLL_CLK
  • 外部 XTAL12M 或 内部 OSC12M -> 直通, 或PLL产生 108MHz - 204MHz
• FCLK / CPU_CLK
  • PLL_CLK -> 2bit分频(0, 2分频, 4分频) -> FCLK
  • FCLK就是主程序循环的时钟
• HCLK
  • FCLK -> 1bit分频(默认=1, 2分频) -> HCLK
  • 当 FCLK 小于 102MHz 时不分频, 否则2分频
• PCLK
  • HCLK -> 1bit分频(默认=0, 不分频) -> PCLK (外设频率)
  • PCLK 是大部分外设 TIMER, ADC, SPI, WDT, GPIO, I2C, UART 的时钟
• QSPI
  • FCLK -> 3bit分频(默认=3, 4分频) -> QSPI

低频振荡源

• 芯片安全区基于内部32KHz，RTC默认基于内部OSC 32K, 使用外部XTAL 32K需要软件切换
• 支持内部或外部32KHz输出

时钟结构

• (外部或内部 32K RTC OSC) -> SYSTICK
• 内部 32K OSC -> Security

时钟设置

以下代码基于 air105_project 的库函数

寄存器

寄存器手册 Air105芯片数据手册_1.1.pdf

寄存器的基础地址, 定义在 air105.h

#define AIR105_FLASH_BASE                       (0x01000000UL)                /*!< (FLASH     ) Base Address */
#define AIR105_SRAM_BASE                        (0x20000000UL)                /*!< (SRAM      ) Base Address */
#define AIR105_PERIPH_BASE                      (0x40000000UL)                /*!< (Peripheral) Base Address */

#define AIR105_AHB_BASE                         (AIR105_PERIPH_BASE)
#define AIR105_APB0_BASE                        (AIR105_PERIPH_BASE + 0x10000)

#define SYSCTRL_BASE                            (AIR105_APB0_BASE + 0xF000)

SYSCTRL_BASE

• 地址 = 外设基础地址 0x40000000UL + APB0 偏移 0x10000 + SYSCTRL 偏移 0xF000
• 范围 [0x4001_F000, 0x4001_FFFF]

时钟振荡源

振荡源选择

SYSCTRL_SYSCLKSourceSelect(SELECT_EXT12M);

12MHz 时钟来源选择： 0:片外 XTAL, 1:片内 OSC

void SYSCTRL_SYSCLKSourceSelect(SYSCLK_SOURCE_TypeDef source)
{
    assert_param(IS_SYSCLK_SOURCE(source));

    switch (source)
    {
    case SELECT_EXT12M:
        // FREQ_SEL 是一个32bit的寄存器, 先与补码(清零第12位), 然后写入值(0)
        SYSCTRL->FREQ_SEL = ((SYSCTRL->FREQ_SEL & (~SYSCTRL_FREQ_SEL_CLOCK_SOURCE_Mask)) | SYSCTRL_FREQ_SEL_CLOCK_SOURCE_EXT);
        break;

    case SELECT_INC12M:
        // 先与补码(清零第12位), 然后写入值(1)
        SYSCTRL->FREQ_SEL = ((SYSCTRL->FREQ_SEL & (~SYSCTRL_FREQ_SEL_CLOCK_SOURCE_Mask)) | SYSCTRL_FREQ_SEL_CLOCK_SOURCE_INC);
        break;
    }
}

时钟频率

设置使用默认的内部时钟HSI(Internal clock)

void SystemClock_Config_HSI(void)
{
    // 设置CPU频率, 直接选择, 不需要计算
    SYSCTRL_PLLConfig(SYSCTRL_PLL_204MHz);
    // 分频后产生 FCLK -> 这是主程序的时钟
    SYSCTRL_PLLDivConfig(SYSCTRL_PLL_Div_None);
    // 分频产生 HCLK, 如果 FCLK > 102MHz 则无论如何设置, 都会被二分频
    SYSCTRL_HCLKConfig(SYSCTRL_HCLK_Div2);
    // 分频产生 PCLK -> 这是大部分外设的时钟
    SYSCTRL_PCLKConfig(SYSCTRL_PCLK_Div2);
    QSPI_SetLatency((uint32_t)0);
}

PLL分频的选项

#define SYSCTRL_PLL_Div_None                       ((uint32_t)0x00)
#define SYSCTRL_PLL_Div2                           ((uint32_t)0x01)
#define SYSCTRL_PLL_Div4                           ((uint32_t)0x10)

设置 SysTick

void Delay_Init(void)
{
    SYSCTRL_ClocksTypeDef clocks;

    SYSCTRL_GetClocksFreq(&clocks);
    SysTick_Config(clocks.CPU_Frequency / 1000000);   ///< 1us
}

调用 SysTick_Config 将单个 SysTick 设置为 1 us.

也可以直接使用SYSCTRL->HCLK_1MS_VAL * 2 / 1000这个变量代表了当前时钟配置下, 1ms需要的HCLK时钟周期, 根据当前FCLK是否大于108MHz 确定是否要乘以2.

之后就会每隔1us调用 SysTick_Handler(void), 在这里设置 32bit g_current_tick 递增, 可以用于延时控制. 因为32bit数的限制, 1.2个小时后会溢出, 所以这里有一个延迟的极限.

void SysTick_Handler(void)
{
    g_current_tick++;
}

延迟函数

为避免溢出造成的延迟错误, 需要做一个判断

uint32_t get_diff_tick(uint32_t cur_tick, uint32_t prior_tick)
{
    if (cur_tick < prior_tick)
    {
        // 如果当前值比前值还小, 说明发生了溢出, 用当前值加上原值取反(即原值离溢出的距离)
        return (cur_tick + (~prior_tick));
    }
    else
    {
        return (cur_tick - prior_tick);
    }
}

延迟的函数

void Delay_us(uint32_t usec)
{
    uint32_t old_tick;

    old_tick = g_current_tick;
    while (get_diff_tick(g_current_tick, old_tick) < usec);
}

void Delay_ms(uint32_t msec)
{
    uint32_t old_tick;

    old_tick = g_current_tick;
    while (get_diff_tick(g_current_tick, old_tick) < (msec * 1000));
}

代码

代码地址: https://gitee.com/iosetting/air105_project

可以使用Keil5 MDK 直接打开 Demos 目录下的示例项目, 与Air105开发板接线参考前一篇合宙AIR105(一): Keil MDK开发环境, DAP-Link 烧录和调试