SAM4E单片机之旅——10、UART与MCK之PLL

为使用更更高的波特率，则需要更更高的外设时钟的频率。这个时候就需要用到锁相环（PLL）了。锁相环可以对输入的时钟进行分频、升频后进行输出。MCK可以使用的锁相环为PLLA，而PLLA的输入时钟为MAINCK。

本节将配置MCK频率为120 MHz，UART波特率为115200 Hz。

一、 PLLA的限制

使用PLLA时需要考虑到它的限制，不然配置失败了也不好找原因。

1. 对输入输出时钟频率的限制

   

   PLLA的输入时钟范围需在3—32 MHz之间（PLLA对输入时钟可以进行预分频），输出时钟需要在80—240 MHz之间。另外，也可以查到，它的最大启动时间为150 us。

2. CPU运行频率的限制

   由于CPU使用的也为MCK时钟，所以将MCK切换至PLLA时钟时，需要考虑到CPU运行频率的限制。重置时，VDDCORE是自调节的，所以芯片可以使用最高为120 MHz的频率。

   

二、 将MAINCK切换至晶振

由于PLLA的时钟输入为MAINCK，所以为减少升频后频率的误差，需要较为精确的输入时钟。详细的方法已经在上一节介绍。

三、 PLLA的配置

对PLLA的配置均在PMC的PLLA寄存器（CKGR_PLLAR）中进行。需要注意的是，写入CKGR_PLLAR时需要将其第29位写入1，否则写入不生效。在CMSIS中，相应的宏定义为CKGR_PLLAR_ONE。

以下是配置过程，配置完成后，PLLA将对MAINCK升频10倍后输出。

1. 关闭PLLA

   配置PLLA时需要关闭它。虽然重置时PLLA是不启用的，但是配置PLLA前需关闭PLLA是个好习惯。通过将其MULA字段写入0以关闭PLLA：

   /* 先关闭PLLA */
   PMC->CKGR_PLLAR = CKGR_PLLAR_ONE | CKGR_PLLAR_MULA(0);

2. PLLA启动时间

   需要往PLLCOUNT写入一个值，以表明PLL启动时需要经过的慢时钟数。

   芯片手册上写明的PLLA的最大启动时间为150 us，所以在慢时钟频率为32 KHz时，需要经过的慢时钟数为4.8，向上取整则为5。但是在相关头文件中，使用的PLLCOUNT的值为0x3F，即63。

   在这里，使用的PLLCOUNT的值仍取为5，若往后碰到问题，可以尝试在这个值设为0x3F。

   const uint32_t pll_start_us = 150;
   const uint32_t pll_count = (CHIP_FREQ_SLCK_RC * pll_start_us / 1000000) + 1;

3. 启用PLLA

   PLLA可以对输入的时钟进行预分频，然后升频。在这里不进行预分频，升频倍数为10，即输出时钟为 120 MHz。需要注意的是，实际升频倍数为MULA字段的值加一。设置完成后需要等待PLLA锁定（即启动完成）。

   const uint32_t mul = 10;
   const uint32_t div = 1;
   PMC->CKGR_PLLAR = CKGR_PLLAR_ONE
   		| CKGR_PLLAR_MULA(mul - 1)
   		| CKGR_PLLAR_DIVA(div)
   		| CKGR_PLLAR_PLLACOUNT(pll_count);
   /* 等待PLLA启动完成 */
   while(!(PMC->PMC_SR & PMC_SR_LOCKA))
   	;

4. 设置FLASH访问等待周期

   由于CPU使用的也是MCK时钟，所以在MCK切换至PLLA时钟后，CPU也会在120 MHz这个高频率运行。但是访问FLASH需要的时间还是一定的，所以需要让CPU在访问FLASH时等待更多的周期。等待的周期与CPU电压和IO口电压有关，可以查阅芯片手册。这里，在等待周期设为6即可正常访问FLASH。而如果不进行这个设置，芯片就有可能跑飞。

   /* 在将MCK切换至PLLACK之前，先设置好FLASH访问等待周期 */
   const uint32_t wait_clock = 6;
   EFC->EEFC_FMR = EEFC_FMR_FWS(wait_clock - 1);

5. 将MCK切换至PLLA时钟

   MCK在选择时钟的同时，也可以对选择的时钟进行预分频。但是，不能同时改变时钟及预分频参数。而且在选择的时钟不同时，进行操作的顺序也不同。在切换至PLLACK时，需要先设置预分频参数，再在它运行稳定后进行时钟选择；而在切换至MAINCK或SLCK时，则相反。

   /* 将MCK选择为PLLA */
   /* 当切换为PLLA时，需先配置PRES字段，再配置CSS字段 */
   PMC->PMC_MCKR = (PMC->PMC_MCKR & ~PMC_MCKR_PRES_Msk)
   		| PMC_MCKR_PRES_CLK_1;
   while (!(PMC->PMC_SR & PMC_SR_MCKRDY))
   	;
   
   PMC->PMC_MCKR = (PMC->PMC_MCKR & ~PMC_MCKR_CSS_Msk)
   		| PMC_MCKR_CSS_PLLA_CLK;
   while (!(PMC->PMC_SR & PMC_SR_MCKRDY))
   	;

四、 UART配置

将UART的CD值配置为65，则通信波特率为115200 Hz。