介紹i.MXRT1xxx系列MCU時(shí)鐘相關(guān)功能引腳作用

如果我們從一顆 MCU 芯片的引腳分類來(lái)看芯片功能，大概可以分為三大類：電源、時(shí)鐘、外設(shè)功能。作為嵌入式開(kāi)發(fā)者，大部分時(shí)候關(guān)注得都是外設(shè)功能引腳，而對(duì)于時(shí)鐘相關(guān)引腳往往不太在意，其實(shí)有些時(shí)候利用時(shí)鐘功能引腳也能助你定位問(wèn)題。今天就帶你梳理一下 i.MXRT1xxx 系列的時(shí)鐘系統(tǒng)以及相關(guān)功能引腳：

一、時(shí)鐘系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前 i.MXRT1xxx 系列主要分為 i.MXRT10xx 和 i.MXRT11xx 兩大分支。這兩個(gè)分支的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)是有一些差異的，不過(guò)總體來(lái)說(shuō)，架構(gòu)差別不大，我們以如下 i.MXRT1170 的時(shí)鐘架構(gòu)為例來(lái)具體介紹。

在時(shí)鐘系統(tǒng)架構(gòu)圖里我們能看到有五大組件：OSC_PLL、CCM、LPCG、GPC、SRC，其中最核心的功能在前兩個(gè)，OSC_PLL 主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生時(shí)鐘，CCM 主要用于分配時(shí)鐘。

二、關(guān)于時(shí)鐘源頭

上一節(jié)里我們知道 OSC_PLL 模塊負(fù)責(zé)所有時(shí)鐘的生成，但那些時(shí)鐘并不是憑空產(chǎn)生的，也是需要源頭的。這個(gè)源頭既可以來(lái)自芯片內(nèi)部，也可以來(lái)自外部引腳輸入。

先說(shuō)芯片內(nèi)部的 RC OSC，在芯片設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證在沒(méi)有外部時(shí)鐘/晶振輸入的情況下，芯片也能工作，所以內(nèi)部集成了一些振蕩器/振蕩電路（RC Oscillator），32KHz 和 24MHz(48MHz) 是標(biāo)配，部分型號(hào)上還有 16MHz、400MHz，不過(guò)這些內(nèi)部振蕩器精度有限（有可能誤差20%），適用芯片低速運(yùn)行場(chǎng)合。

如果是芯片高速運(yùn)行的場(chǎng)合（或者對(duì)精度要求高的場(chǎng)合），那一定需要外接高精度振蕩器，包含從 XTALI/XTALO 引腳進(jìn)來(lái)的 24MHz OSC，以及從 RTC_XTALI/RTC_XTALO 引腳進(jìn)來(lái)的 32.768KHz OSC，這兩個(gè)外部時(shí)鐘源是由 OSC_PLL 大模塊內(nèi)部的 XTALOSC 小模塊負(fù)責(zé)管理的，XTALOSC 模塊優(yōu)先檢測(cè)外部是否有 32.768KHz / 24MHz OSC 存在，如果存在則用外部源，如果不存在則啟用內(nèi)部 32KHz / 24MHz RC OSC 源。

24MHz OSC（內(nèi)部或者外部源）是 OSC_PLL 內(nèi)部 PLL 的主要時(shí)鐘源，有了基準(zhǔn)的 24MHz 時(shí)鐘，PLL 就能將其倍頻得到想要的高頻時(shí)鐘，芯片內(nèi)部 PLL 有很多個(gè)，大部分 PLL 都只是輸出固定原始頻率時(shí)鐘，少部分含 PFD 功能的 PLL（一般是 System PLL）可以調(diào)節(jié)原始頻率輸出。除了 24MHz OSC 外，PLL 也可以接受來(lái)自 CLK1_P/CLK1_N 引腳輸入的源。

1. 對(duì)于 i.MXRT10xx 系列，PLL 時(shí)鐘源選擇在 CCM_ANALOG->PLL_xxx[BYPASS_CLK_SRC] 位 2. 對(duì)于 i.MXRT11xx 系列，PLL 時(shí)鐘源由 Set Point 設(shè)置

三、關(guān)于時(shí)鐘輸出

前面講了 32KHz / 24MHz OSC 是比較重要的時(shí)鐘源頭，它的精度對(duì)系統(tǒng)性能有很大影響，因此我們需要有一種方法實(shí)測(cè)這兩個(gè)時(shí)鐘的精度，芯片設(shè)計(jì)時(shí)特意在一些 I/O 引腳復(fù)用功能里做了 REF_CLK_24M / REF_CLK_32K 選項(xiàng)，當(dāng) I/O 配置為該功能時(shí)，便可用示波器量得具體時(shí)鐘頻率。

我們知道 CCM 模塊負(fù)責(zé) OSC_PLL 輸出的時(shí)鐘資源的分配，芯片里所有外設(shè)的具體時(shí)鐘源指定以及分頻系數(shù)、開(kāi)關(guān)控制均由 CCM 來(lái)完成。如果你想觀測(cè)某 PLL 最終輸出或者常用外設(shè)時(shí)鐘源最終配置，也可以通過(guò)指定 I/O 輸出觀測(cè)，即下面的 CCM_CLKO1 / CCM_CLKO2 復(fù)用功能選項(xiàng)。當(dāng)然 CCM_CLKOx 不僅僅用于觀測(cè)頻率，也可以用于給外部芯片提供時(shí)鐘源。

1. 對(duì)于 i.MXRT10xx 系列，CCM_CLKOx 時(shí)鐘輸出控制在 CCM->CCOSR 寄存器 2. 對(duì)于 i.MXRT11xx 系列，CCM_CLKOx 時(shí)鐘輸出控制在最后兩個(gè) CCM->CLOCK_ROOT_CONTROL 寄存器

總結(jié)一下，時(shí)鐘功能引腳尤其是輸出引腳對(duì)于確認(rèn)時(shí)鐘頻率具有重要意義，如果你的應(yīng)用嚴(yán)重依賴時(shí)鐘精度，遇到問(wèn)題時(shí)不妨先檢查一下時(shí)鐘頻率的準(zhǔn)確性以及精度。

至此，i.MXRT1xxx系列MCU時(shí)鐘相關(guān)功能引腳作用便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

審核編輯：劉清