ARM系列之时钟模块详述及其分频系数的设定

S3C2440的时钟控制单元可以产生如下的时钟信号：FCLK FOR CPU, HCLK FOR AHB BUS(高速设备，比如内存控制器、中断控制器、LCD控制器、DMA以及USBhost), PCLK FOR APB BUS（低速设备，比如WTG、I2C,SDI/MMC,GPIO,RTC,UART,PWM,ADC,SPI）和用于USB的UCLK，共四种分频率，前三种共用一个PLL。 S3C2440有两个PLL, 一个用于FCLK,HCLK,和PCLK，叫做MPLL； 而另一个用于USB模块（固定48MHz），叫做UPLL。时钟控制逻辑还可以没有PLL来降低时钟或者不使每个外设连接到时钟以降低电源能耗。

 

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关于时钟源选择的问题，主要时钟源一个来自于外部晶振（XTlpll），一个来自于外部时钟（EXTCLK）。时钟发生器包括一个连接到外部晶振的振荡器和两个锁相环（PLL)。 时钟源的选择可以通过芯片引脚的状态进行配置，即芯片的OM3和OM2引脚。具体分配情况如下表所示：（原理图中已经将OM3和OM2都接地，即00的情况，用的是外部晶振，而且晶振频率为12MHz）。.

 

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具体分频寄存器设置时序如下图所示：（尽管MPLL在系统复位的时候就开始产生，但是只有有效的设置好MPLLCON寄存器后才能用于系统时钟。在此之前，外部时钟将直接作为系统时钟。即使不需要改变MPLLCON寄存器的初值，也必须将同样的值写入寄存器。设置完成后，经过LOCKTIME的时间，设置的分频才能起效果。）

 如上图所示，FCLK的启动过程：

1、上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=晶振频率，nRESET信号恢复高电平后，CPU开始执行指令。

2、我们可以在程序开头启动MPLL，在设置MPLL的几个寄存器后，需要等待一段时间(Lock Time)，MPLL的输出才稳定。在这段时间(Lock Time)内，FCLK停振，CPU停止工作。Lock Time的长短由寄存器LOCKTIME设定。

3、Lock Time之后，MPLL输出正常，CPU工作在新的FCLK下。LOCKTIME默认时间为200us。

 

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时钟分频流程如下图所示：（Fin默认为外部晶振时钟频率，12MHz。）

位于时钟信号发生器的内部MPLL用于将输出信号和相关输入信号在相位和频率上同步起来。包括上图所示的一些基本模块：根据DC电压产生相应比例关系频率的压控振荡器VCO，出书P(对输入频率Fin进行分频)，除数M（对VCO的输出频率进行M分频，分频后输入到相位频率探测器PFD），除数S（对MPLL输出频率Mpll进行分频），相差探测器，charge pump，loop filter。

 

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时钟频率的计算关系：FCLK,HCLK,PCLK. （其中已经知道用于USB的UCLK位48MHz。）

一般情况下，这三个始终之间是存在一定的额比例关系的，默认情况下为1:1:1。但是通常情况下会设置为1:4:8或者1:3:6。寄存器CLKDIVN用于设置这三者之间的比例关系。

也就是说，如果CLKDIVN设置为0x5,那么比例即为1:4:8，前提是CAMDIVN[9]为0. 也就说如果主频FLCK是400MHz，按照1:4:8的设置，那么HLCK是100MHz，PLCK是50MHz。讲到这里主题也该突出，说到最后，问题的关键就是如何计算FCLK了吧！！！

 

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现在的CPU主频都是通过倍频的技术实现的，下面就描述下如何个倍频法：

1. MPLL. 对于S3C2440来说，常用的输入Fin主要有两种频率：12MHz和16.935MHz。CPU通过MDIV、PDIV和SDIV进行倍频得到MPLL，即FCLK。公式如下所示：

Mpll = (2 * m * Fin) / (p * 2^S)

m = (MDIV + 8), p = (PDIV + 2), s = SDIV;  1<=M<=248,1<=P<=62

理论上，我们可以通过设置任意值而得到我们想要的频率，然而由于实际存在种种的约束关系，设置一个适当的频率不容易，手册中推荐了如下的设置值：

例如，假设输入时钟FIN=16.9344M，MDIV=110, PDIV=3, SDIV=1，利用上面的公式，FCLK=2*16.9344*(110+8)/((2+3)*2)=399.65 MHz。

2. UPLL.上面已经详细的描述了MPLL的设置过程。下面着重描述USB的使用频率UPLL的设置。需要对UPLLCON寄存器设置，如上上图所示。同样也可以通过查表。

Upll = (m * Fin) / (p * 2^S)

m = (MDIV + 8), p = (PDIV + 2), s = SDIV

需要注意的是CLKDIVN寄存器的第三位DIVN_UPLL用来设置USB时钟UCLK和UPLL的关系，如果UPLL已经是48Mhz了，那么这一位应该设置为0，表示1:1的关系，否则是1：2的关系。由于目标USB只需要48MHz的频率，所以源频率，即UPLL只能为48或者96。

 

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讲到这里，重点都说了哇，不多还有些特别的东西需要提出来下。

1. 在arm的体系中，还存在一个概念，叫做慢时钟模式的概念，即将时钟减半或者关闭，以减少能源消耗。可以通过CLKSLOW和CLKDIVN寄存器相互配合实现。如下图所示：

2. arm体系中很多模块都需要时钟，要是能够将不需要使用时钟的外设的时钟共用给关了，也能减少消耗，在arm中提供了这样的寄存器给予定制，即CLKCON寄存器。

3. 专门用于相机时钟设定的寄存器CAMDIVN。如下图所示，在分频时候用到了HCLK4_HALF、HCLK3_HALF。

没了~~~

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样例程序如下：

[PLL_ON_START   ; //设置CLKDIVN的值在PLL锁存时间LOCKTIME之后有效。

;Configure FCLK:HCLK:PCLK
 ldr r0,=CLKDIVN  
 ldr r1,=CLKDIV_VAL  ;CLKDIV_VAL=7, 7=1:3:6. Fclk:Hclk:Pclk
 str r1,[r0]

 

;Configure UPLL  //UPLL
 ldr r0,=UPLLCON
 ldr r1,=((U_MDIV<<12)+(U_PDIV<<4)+U_SDIV)  ; //Fin = 12.0MHz, UCLK = 48MHz
 str r1,[r0]

 

;Configure MPLL  //MPLL
 ldr r0,=MPLLCON
 ldr r1,=((M_MDIV<<12)+(M_PDIV<<4)+M_SDIV)  ; //Fin = 12.0MHz, FCLK = 400MHz
 str r1,[r0]
    ]

 

END.!!!