TC3xx芯片時鐘系統(tǒng)的時鐘源詳解

正文

1.時鐘源

晶振好比人的心臟，晶振產(chǎn)生的時鐘脈沖好比心臟產(chǎn)生的心跳，所以，晶振對于MCU來講必不可少，晶振沒有起振，MCU必定無法工作。

1.1 有源晶振和無源晶振

無源晶振又名“無源晶體”、“石英晶體諧振器”，英文名Crystal或Crystal Resonator。有源晶振又稱“石英晶體振蕩器”，英文名Crystal Oscillator。

1.1.1 無源晶振

無源晶振一般有兩個引腳,無極性。它自身無法振動,一般外部都接有兩個10-22PF的瓷片電容。

無源晶振參考電路無源晶振信號質(zhì)量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用于信號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置 電路也需要做相應(yīng)的調(diào)整。一般建議采用精度較高的石英晶體。

1.1.2 有源晶振

有源晶振有4只引腳,是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。有源晶振的封裝有4個引腳，分別為VCC (電壓)、GND (地)、OUT (時鐘信號輸出)、NC (空腳)。

有源晶振參考電路有源晶振不需要CPU的內(nèi)部振蕩器,信號穩(wěn)定,質(zhì)量較好,且連接方式比

較簡單(主要做好電源濾波,通常使用一個電容和電感構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò),輸出端用一個小阻值的

電阻過濾信號即可) , 不需要復雜的配置電路。

1.1.3 有源晶振和無源晶振的區(qū)別

1、有源晶振比較貴,但是有源晶振自身就能振動。無論無源晶振,還是有源晶振,都有自身的優(yōu)點和缺點所在,若考慮產(chǎn)品成本,建議可以選擇無源晶振電路;若考慮產(chǎn)品性能,建議選擇有源晶振電路,省時方便也能保證產(chǎn)品性能。

2、無源晶振最高精度為5ppm, 而有源晶振的精度則可以達到0. 1ppm。精度越高, 頻率穩(wěn)定性也更好。有源晶振在穩(wěn)定性上要勝過無源晶振,但也有自身小小的缺陷,有源晶振的信號電平是固定,所以需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差。

3、有源晶振一般4個腳,1個電源,1個接地,1個信號輸出端,1個NC (空腳)。有個點標記的為1腳,按逆時針(管腳向下)分別為2、3、4。

4、無源晶振有2個引腳，要借助于外部的時鐘電路(接到主IC內(nèi)部的振蕩電路)才能產(chǎn)生振蕩信號,自身無法振蕩。

1.1 振蕩器電路（OSC）

振蕩器電路是一種 Pierce 振蕩器（Pierce oscillator），設(shè)計用于與外部晶體（external crystal） / 陶瓷諧振器（ceramic resonator）或外部穩(wěn)定時鐘源（external stable clock source）配合使用。 該電路由一個反向放大器組成， XTAL1 作為輸入， XTAL2 作為帶有集成反饋電阻的輸出。

1.1.1外部輸入時鐘模式

使用外部輸入時鐘模式時，外部時鐘信號連接到OSC模塊的XTAL1引進，XTAL2引腳保持懸空狀態(tài)。

Figure 1 AURIX TC3xx Platform Direct Clock Input

如果在正常模式直接使用外部時鐘提供的時鐘信號時，不使用外部晶體 / 陶瓷諧振器并繞過振蕩器，則輸入頻率需要等于或大于 PLL 的 DCO 輸入頻率 (該值在Data sheet中列出)。

1.1.2 外部晶體 / 陶瓷諧振器模式

Figure 2 顯示了兩種工作模式的推薦外部電路：外部晶體 / 陶瓷諧振器模式 (帶和不帶外部組件)。

Figure2 External Circuitry for Crystal / Ceramic Resonator operation

1.1.3 OSC控制寄存器

Oscillator Circuit Control Register用來配置OSC模式和晶振頻率。主要用到的配置位域為：OSCCON.MODE 配置晶振模式

OSCCON.OSCVAL配置晶振頻率

OSCCON.PLLLV標識OSC頻率是否可用

OSCCON.PLLHV標識OSC頻率是否可用

1.1.4 配置OSC

只有配置了OSC后，外部晶振才能作為時鐘源工作。

Power-on復位后OSC模塊是被disabled，需要重新配置。在任何其他重置過程中和之后，振蕩器不會受到影響，并按照先前配置的方式工作，這種情況下不需要重新配置。

可以通過SSW來配置OSC，也可以在App中直接配置OSC。值得注意的是：OSCCON寄存器是受Endinit保護的，配置的時候需要解鎖Endinit。

參考文檔：

1.1.5 OSC看門狗

通過配置 SYSPLLCON0.Insel = 01B ，選擇振蕩器時鐘作為看門狗的源。

與系統(tǒng) PLL 結(jié)合使用時，將實施監(jiān)控功能。定義此功能的目的是檢測外部晶體 / 陶瓷諧振器的嚴重故障。系統(tǒng)可以檢測到時鐘輸入丟失或輸入頻率過高 (在較高諧波上運行)。

振蕩器監(jiān)視程序監(jiān)視來自 OSC 的傳入時鐘頻率 fOSC。 穩(wěn)定且定義的輸入頻率是操作的強制要求。 因此，每次系統(tǒng)重置后都會自動選擇此模式。

預期輸入頻率 fOSC通過位字段 OSCCON.OSCVAL 選擇。OSC WDT 檢查頻率是否過低或過高。

fOSC = OSCCON.OSCVAL - 1 + 16MHz

在配置 OSC WDT 功能之前，應(yīng)禁用所有 SMU 振蕩器看門狗報警響應(yīng)選項，以避免意外的 SMU 報警。此后，可以更改 OSCCON.OSCVAL 的值。然后， OSC_WDT 應(yīng)通過設(shè)置 OSCCON.OSCRES 重置。這將請求使用新配置啟動 OSC WDT 監(jiān)控。當設(shè)定 OSCCON.PLLLV 和 / 或 OSCCON.PLLHV 的預期正監(jiān)測結(jié)果時，輸入頻率處于預期范圍內(nèi)。當設(shè)置 OSCCON.OSCRES 清除 OSCCON.PLLLV 和 OSCCON.PLLHV 時，應(yīng)設(shè)置兩個狀態(tài)標志。因此，在再次啟用 SMU 報警響應(yīng)之前，應(yīng)清除這兩個標志。如果只設(shè)置了位 OSCCON.OSCRES 而未對 OSCCON.OSCVAL 進行任何修改，也應(yīng)使用 SMU 報警禁用 - 清除 - 啟用序列。

如果 SMU 檢測到振蕩器監(jiān)視報警，則必須執(zhí)行與 PLL 鎖定丟失事件相同的恢復過程。

Note:

振蕩器看門狗主要用于 PLL 輸入時鐘 fOSC _i通過寄存器 SYSPLLCON0.Insel = 01B 設(shè)置為 fOSC0 時。如果 SYSCLK 通過 SYSPLLCON0.Insel = 10B 用作 fOSC _i的源，用戶應(yīng)將 SYSCLK 頻率限制在與使用晶體相同的范圍內(nèi)，或禁用 SMU 中的看門狗報警。通過 SYSPLLCON0.Insel = 00B 使用備份時鐘作為 fOSC _i的輸入時，也需要禁用看門狗報警。 數(shù)據(jù)表中列出了通過分配的 GPIO 輸入引腳驅(qū)動 SYSCLK 時的可用晶體頻率范圍和允許的頻率范圍。

1.1.6 配置SMU和時鐘相關(guān)的Alarm

SMU模塊在后續(xù)的TC3xx系類文章中再詳細講解，這里僅僅列出在配置OSC時相關(guān)的SMU寄存器。

只有SMU_KEYS寄存器的CFGLCK[7:0]配置為0xBC時才能配置SMU.

配置SMU_AGiCFj寄存器Disable Clock相關(guān)的Alarm.

和ClockAlarm相關(guān)的Group是Group 8, 也就是AGiCFj中I == 8.

Note: AG8CF0, AG8CF1, AG8CF2三個寄存器的同一個bit的組合關(guān)系決定一個Alarm的類型。

舉例：

AG8CF0[0].CF0, AG8CF1[0].CF0, AG8CF2[0].CF0就是三個bit, 組合為一個0x0 – 0x7的具體Alarm類型，如果

AG8CF0[0] == 1,

AG8CF1[0].CF0 == 1,

AG8CF2[0] .CF0== 1,

那么最后組合為111 = 0x7，產(chǎn)生的Alarm就是SMU_CPU_RST.

1.2 備用時鐘

備用時鐘源可用作備用時鐘源。此時鐘源提供穩(wěn)定但可靠的時鐘源，可用作系統(tǒng)的時鐘源。它提供的準確度低于外部晶體或陶瓷諧振器。不能啟用或禁用備份時鐘，也不能通過其他方式控制備份時鐘，以阻止其常規(guī)操作。因此，除了選擇備份時鐘作為源 (CCUCON0.CLKSEL = 00B 作為時鐘分配的時鐘源， SYSPLLCON0.Insel = 00B 作為兩個 PLL 的時鐘源) 外，沒有可用的控制位。

1.3 OSC實際應(yīng)用配置

需求：配置使用一個20MHz的外部無源晶振。

#include"IfxScu_reg.h"
#include"IfxSmu_reg.h"


staticuint8Startup_ClockInit_ConfigOSC(void)
{
/*DisableSMUClockAlarm*/
MODULE_SMU.KEYS.U=(uint32)0xBCU;/*EnableaccesstoSMUregisters*/
MODULE_SMU.CMD.U=(uint32)0x00000005;
MODULE_SMU.AG[8].U=0x1FU;/*ClearSMUAlarms*/
MODULE_SMU.KEYS.U=(uint32)0U;


/*CongigOSC--Start*/
Ifx_SCU_OSCCONscuOsccon;
uint32timeoutCount;
uint8error=0;

UnlockEndinit_Core0();


scuOsccon.U =MODULE_SCU.OSCCON.U;
scuOsccon.B.MODE = 0U;


/*fOSC=OSCCON.OSCVAL-1+16MHz*/
scuOsccon.B.OSCVAL=(uint32)5U;
MODULE_SCU.OSCCON.U = scuOsccon.U;




/*Checkiftheconfigurationisvalid*/
timeoutCount=0xFFFFF;
while((MODULE_SCU.OSCCON.B.PLLLV == 0U) && (MODULE_SCU.OSCCON.B.PLLHV == 0U)) 
{
if(((--(timeoutCount))<=?0)
????????{
????????????(error) = 1;
????????????break;
????????}
????}??
    /*Congig?OSC?--?End*/
    
????/*?Enable?SMU?Clock?Alarms?*/
????MODULE_SMU.KEYS.U?=?(uint32)0xBCU;?????????????/*?Enable?access?to?SMU?registers?*/
????MODULE_SMU.CMD.U??=?(uint32)0x00000005;
????MODULE_SMU.AG[8].U??=?0x1FU;???/*?Clear?SMU?Alarms*/
????MODULE_SMU.KEYS.U?=?(uint32)0U;


????LockEndinit_Core0();
????return?error;
}

審核編輯：劉清