RCC時鐘基礎(chǔ)知識和常見問題

RCC，Reset and Clock Control（復(fù)位和時鐘控制），在絕大部分MCU芯片中都包含復(fù)位和時鐘控制模塊，也是MCU重要的組成部分。

相比于以前51單片機(jī)，現(xiàn)在STM32內(nèi)部集成的時鐘模塊功能更加豐富，包含時鐘選擇、倍頻、輸出、外設(shè)總線時鐘配置等。

STM32 時鐘基礎(chǔ)內(nèi)容

STM32時鐘樹具有多項(xiàng)功能，可通過分頻和倍頻配置系統(tǒng)以及外設(shè)的時鐘頻率，不同型號STM32的時鐘樹有所不同。

1. 時鐘源

STM32的時鐘源分為高速、低速兩類時鐘，同時也分內(nèi)部和外部。

HSE：High Speed External，高速外部

HSI：High Speed Internal，高速內(nèi)部

LSE：Low Speed External ，低速外部

LSI：Low Speed Internal，低速內(nèi)部

HSE時鐘有兩類時鐘源：

外部晶振/陶瓷諧振器

外部用戶時鐘

諧振器和負(fù)載電容要求必須盡可能地靠近振蕩器的引腳，減少失真和起振時間。外部用戶時鐘必須使用占空比約為 50% （左右）外部時鐘信號來驅(qū)動 OSC_IN 引腳，同時 OSC_OUT 引腳應(yīng)保持為高阻態(tài)。

2. 時鐘選擇

STM32高速時鐘默認(rèn)為高速內(nèi)部時鐘（HSI），如果外接有HSE，可通過軟件配置選擇HSE。

低速內(nèi)部時鐘（LSI）默認(rèn)是關(guān)閉的，如果需要使用速度時鐘，可通過軟件選擇并開啟LSI，也可以選擇使用LSE。

不管是高速還是低速，在不考慮硬件成本的前提下，建議使用精度更高，誤差更小的外部（HSE、LSE）時鐘。

3. 時鐘源輸出

STM32支持MCO引腳輸出時鐘信號，供外部器件使用，同時可通過示波器來測量內(nèi)部的各項(xiàng)時鐘。

輸出時鐘信號可選擇（HSE、LSE、 PLLCLK）不同來源的信號，同時也支持配置分頻值，這樣就可以盡量滿足輸出時鐘要求。

4. 時鐘分頻和倍頻

STM32的分頻和倍頻功能非常強(qiáng)大，可將時鐘源通過分頻與倍頻技術(shù)，使各APB總線時鐘頻率配置為指定值，供各外設(shè)使用。

重點(diǎn)就是PLL（鎖相環(huán)）的幾個參數(shù)：PLL_M、PLL_N、PLL_P、PLL_Q，也就是倍頻、分頻因子。

STM32系統(tǒng)時鐘頻率理論上可以超過官方指定的最大值，比如：STM32F103最大72M，你倍頻為96M也可能正常工作，但實(shí)際應(yīng)用存在風(fēng)險(xiǎn)。

5. 時鐘安全系統(tǒng)

STM32的還有一個重要的功能，就是時鐘安全系統(tǒng)。如果使能了該功能，HSE 時鐘發(fā)生故障，將生成一個中斷來向軟件通知此故障，同時，系統(tǒng)時鐘將切換到 HSI 。

通過STM32時鐘樹，可以一目了然STM32時鐘的功能，比如STM32F4系列時鐘樹：

更多關(guān)于STM32時鐘的信息，可以參看芯片對應(yīng)的參考手冊。

STM32 時鐘常規(guī)配置

STM32 系統(tǒng)時鐘配置在上電之后，初始化外設(shè)之前就要做的一件事。重點(diǎn)配置的內(nèi)容就是上面提到的基礎(chǔ)內(nèi)容，時鐘選擇、倍頻分頻，以及系統(tǒng)和外設(shè)的時鐘頻率等。

1. 標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫配置時鐘

STM32F0、 F1、 F2、 F3、 F4、 L1系列都有標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫，如果外部高速時鐘頻率和官方一致，就可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫中的代碼。

地址：

https://www.st.com/en/embedded-software/stm32-standard-peripheral-libraries.html

具體為system_stm32fxxx.c中的 SystemInit 和 SetSysClock 函數(shù)。

如果你的外部高速時鐘頻率和代碼不對應(yīng)，需要修改對應(yīng)的參數(shù)。比如：STM32F407外部晶振頻率默認(rèn)25M，如果你硬件使用12M，則需要修改分頻和倍頻值（也就是那幾個決定時鐘頻率的參數(shù)）。

2. STM32CubeMX配置時鐘

使用STM32CubeMX配置時鐘，通過圖形化界面，一目了然，非常方便。如果配置錯誤，還會有“紫色”提醒。

比如：STM32F407時鐘樹配置：

生成的代碼默認(rèn)在 main.c 文件中的 SystemClock_Config 函數(shù)。

提示：分頻和倍頻因子的值不能太大，也不能大小，建議參考官方例程的參考值。

STM32 時鐘常見問題

STM32時鐘模塊一旦出問題就可能引起系統(tǒng)的不正常工作，特別是對時鐘敏感的部分。比如：定時器、串口波特率、I2C時鐘等。

問題一：主頻變慢問題

主頻，指CPU的時鐘頻率，或者系統(tǒng)時鐘。主頻變慢通常表現(xiàn)為程序運(yùn)行慢、卡頓、通信異常等。

通常引起主頻變慢的原因有：

時鐘源選擇不對；

外時鐘振頻率和軟件配置不對；

分頻和倍頻因子不對；

外部晶振電路不對；

測量主頻是否變慢，最直接的方法是通過配置MCO，輸出內(nèi)部PLLCLK時鐘（或HSE時鐘），用示波器（或邏輯分析儀）測量其頻率。

問題二：外設(shè)總線APB時鐘不同的問題

看到很多人遇到過這樣的問題：TIM定時快（或慢）一半。

這個問題的原因：STM32的APB時鐘存在“x2”的問題。

也就是說：如果APB分頻值等于1，則x1；APB分頻值不等于1，則x2。用一張動畫來說明：

因此，移植代碼的時候，一定要注意時鐘源（頻率），否則就會快（或慢）一倍的問題。

問題三：外部高速時鐘失效的問題

STM32通常會使用外部晶振作為高速時鐘，如果外部時鐘失效，程序可能表現(xiàn)為“卡頓”的現(xiàn)象。

出現(xiàn)這個問題有可能是外界環(huán)境干擾，或者晶振質(zhì)量問題。此時，應(yīng)該使能CSS（Clock Security System）時鐘安全系統(tǒng)功能。

使能CSS功能之后，可以做到：

程序進(jìn)入 NMI 中斷，通過程序判斷 HSE 是否失效；

切換到 HSI 作為時鐘源，重新配置時鐘并啟動程序；

這樣就能讓“死程序”變活，然后程序照常執(zhí)行。

提示：CSS功能默認(rèn)是關(guān)閉的。標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫中系統(tǒng)初始化代碼默認(rèn)配置開啟CSS，STM32CubeMX默認(rèn)配置是關(guān)閉的。

復(fù)盤一下

▼時鐘基礎(chǔ)內(nèi)容：時鐘源、時鐘選擇、時鐘源輸出、時鐘分頻和倍頻、時鐘安全系統(tǒng)；

▼時鐘常規(guī)配置：標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫和STM32CubeMX配置時鐘；

▼時鐘常見問題：主頻變慢問題、APB時鐘不同的問題、外部高速時鐘失效的問題；