S3C2440时钟和电源管理

一、时钟

1.系统架构

时钟源：为了减少外界环境对开发板电磁干扰，降低制作成本，通常开发板的外部晶振时钟频率都很低，TX2440开发板由12MHz的晶振来提供时钟源，要想让CPU运行在更高的频率就要通过时钟控制逻辑单元PLL（锁相环）来提高主频。

S3C2440里有两个PLL：MPLL和UPLL，MPLL用来产生FCLK的高频工作时钟(而HCLK和PCLK通过FCLK分频获取)，UPLL用来为USB提供工作频率。

FCLK为ARM920T内核提供时钟，详见下图

HCLK主要为S3C2440 AHB总线（Advanced High performance Bus）上挂接硬件提供工作频率，AHB总线主要挂接有内存，NAND，LCD控制器等硬件，详见下图.

PCLK主要为APB总线提供工作频率，由图2-46所示，APB总线主要挂接UART串口，定时器、GPIO、AD、Watchdog等硬件控制器。

由上图可知

1、时钟源选择：由OM[3：2]决定。

由下面电路图可知：OM[3：2]=00，主时钟源=晶振12M，USB时钟源=晶振12M。

2、时钟初始化设置

开发板上电后，晶振OSC开始为ARM提供系统时钟FCLK。这时复位信号（nRESET）拉低，这时MPLL虽然默认启动，但是如果不向MPLLCON中写入值，那么外部晶振则直接作为系统时钟FCLK，过几毫秒后，复位信号上拉，CPU开始取指运行，这时可以通过代码设置启动MPLL，MPLL启动需要一定锁定时间（LockTime），这是因为MPLL输出频率还没有稳定，在这期间FCLK都停止输出，CPU停止工作，过了LockTime后时钟稳定输出，CPU工作在新设置的频率下，这时可以通过设置FCLK，HCLK和PCLK三者的频率比例来产生不同总线上需要的不同频率。     

下面详细介绍开启MPLL的过程：

 设置LockTime变频锁定时间

 设置FCLK与晶振输入频率（Fin）的倍数

 设置FCLK，HCLK，PCLK三者之间的比例

1、设置locktime 即设置寄存器LOCKTIME

由于变频后开发板所有依赖时钟工作的硬件都需要一小段调整时间，该时间计数通过设置LOCKTIME寄存器[31:16]来设置UPLL（USB时钟锁相环）调整时间，通过设置LOCKTIME寄存器 [15:0]设置MPLL调整时间，这两个调整时间数值一般用其默认值。

2、设置FCLK、UCLK于晶振输入频率倍数 即倍频设置MPLL、UPLL寄存器

公式：其中MPLLCON寄存器用于设置处理器内核时钟主频FCLK，而UPLLCON寄存器用于设置USB时钟UCLK 。

1、FCLK=MPLL=(2*m*Fin)/(p*2^s) ， 其中m=(MDIV+8), p=(PDIV+2), s=SDIV。

2、UCLK=UPLL=(*m*Fin)/(p*2^s)  ， 其中m=(MDIV+8), p=(PDIV+2), s=SDIV。             

下面以TX2440开发板：Fin=12M，需要设置FCLK=400MHz为例。  设置MDIV= 92  PDIV= 1  SDIV=1           

FCLK=MPLL=(2*m*Fin)/(p*2^s) =（2*(MDIV+8)*12/((PDIV+2)*2^SDIV）=24*100/(3*2)=400MHz,与需要设置一样。

MDIV、PDIV、SDIV设置值可以参考datasheet提供推荐值

3、设置FCLK，HCLK，PCLK三者之间的比例 即设置时钟分频寄存器CLKDIVN和摄像头分频寄存器CAMDIVN

详细FCLK:HCLK:PCLK分频配置如下表：

例如已知FCLK=400MHz，需要设置HCLK=50MHz，PCLK=25MHz，则FCLK:HCLK:PCLK=1:8:16，

由上表可知：HDIVN=2，PDIVN=1，HCLK3_HALF=0，HCLK4_HALF=1，

即CLKDIVN=（HDIVN<<1）| PDIVN，  CAMDIVN=(CAMDIVN & ~(3<<8))  |  (HCLK4_HALF<<9)

注：

1、谨慎设置CLKDIVN,不要使HCLK和PCLK低于最小值

2、时钟控制寄存器CLKCON,使能/禁止 硬件模块和工作模式时的时钟源。

3、程序

分析TX2440提供源码。

//选择系统时钟频率，用SetSysFclk()

#define FCLK_200M ((94<<12)|(4<<4)|1)

#define FCLK_300M ((67<<12)|(1<<4)|1)

#define FCLK_400M ((92<<12)|(1<<4)|1)

#define FCLK_440M ((102<<12)|(1<<4)|1)

#define FCLK_220M ((102<<12)|(4<<4)|1)

void Main(void)

{

SetSysFclk(FCLK_400M);  //设置系统时钟 400M     

ChangeClockDivider(2, 1); //设置分频 1：8：16

CalcBusClk();           //计算总线频率,其中未设置locktime，使用默认值

Uart_Select(0);

Uart_Init(0, 115200);

Uart_Printf("tFCLK = %d MHzn", FCLK/1000000);

Uart_Printf("tHCLK = %d MHzn", HCLK/1000000);

Uart_Printf("tPCLK = %d MHzn", PCLK/1000000);

}

void SetSysFclk(int val) //设置系统时钟

{

rMPLLCON = val;

}

void ChangeClockDivider(int hdivn,int pdivn) //设置分频寄存器

{

     // hdivn,pdivn FCLK:HCLK:PCLK

     //     0,0         1:1:1 

     //     0,1         1:1:2 

     //     1,0         1:2:2

     //     1,1         1:2:4

     //     2,0         1:4:4或1:8:8 由HCLK4_HALF决定，这里默认HCLK4_HALF=1，即1:8:8

     //     2,1         1:4:8或1:8:16由HCLK4_HALF决定，这里默认HCLK4_HALF=1，即1:8:16

     //     3,0         1:3:3或1:6:6由HCLK3_HALF决定，这里默认HCLK3_HALF=1，即1:6:6

     //     3,1         1:3:6或1:6:12由HCLK3_HALF决定，这里默认HCLK3_HALF=1，即1:6:12

    rCLKDIVN = (hdivn<<1) | pdivn;    

if (hdivn == 2)

rCAMDIVN = (rCAMDIVN & ~(3<<8)) | (1<<9);//(1<<9)即HCLK4_HALF=1

if (hdivn == 3)

rCAMDIVN = (rCAMDIVN & ~(3<<8)) | (1<<8);

}

void CalcBusClk(void) //计算总线频率

{

U32 val;

U8 m, p, s;

val = rMPLLCON;

m = (val >> 12) & 0xff;//读取MDIV

p = (val >> 4) & 0x3f;//读取PDIV

s = val & 3; //读取SDIV

FCLK = ((m+8)*(FIN/100)*2)/((p+2)*(1<

val = rCLKDIVN;

m = (val >> 1) & 3; //获取m=HDIVN

p = val & 1; //获取m=PDIVN

val = rCAMDIVN;

s = val >> 8;   //获取s=由HCLK4_HALF和由HCLK3_HALF

/*下面分频计算方法参考CLKDIVN寄存器说明

HDIVN [2:1]

       00：HCLK = FCLK/1

            01：HCLK = FCLK/2

            10：HCLK = FCLK/4 当CAMDIVN[9] = 0 时

                HCLK = FCLK/8 当CAMDIVN[9] = 1 时

            11：HCLK = FCLK/3 当CAMDIVN[8] = 0 时

                HCLK = FCLK/6 当CAMDIVN[8] = 1 时

     PDIVN [0]

        0：PCLK 是和HCLK/1 相同的时钟

             1：PCLK 是和HCLK/2 相同的时钟

*/

switch (m)  

{

case 0:

HCLK = FCLK;

break;

case 1:

HCLK = FCLK >> 1;

break;

case 2:

if(s & 2)

HCLK = FCLK >> 3;

else

HCLK = FCLK >> 2;

break;

case 3:

if(s & 1)

HCLK = FCLK / 6;

else

HCLK = FCLK / 3;

break;

}

if(p)

PCLK = HCLK >> 1;

else

PCLK = HCLK;

val = rUPLLCON;

m = (val >> 12) & 0xff;

p = (val >> 4) & 0x3f;

s = val & 3;

UPLL = ((m+8)*FIN)/((p+2)*(1< UCLK = (rCLKDIVN&8)?(UPLL>>1):UPLL;//判断CLKDIVN[3]中UCLK选择位?

                                       //若为1,UCLK=UPLL/2;若为0，UCLK=UPLL

}

void ChangeMPllValue(int mdiv,int pdiv,int sdiv) //修改MPLL

{

    rMPLLCON = (mdiv<<12) | (pdiv<<4) | sdiv;

}

void ChangeUPllValue(int mdiv,int pdiv,int sdiv)//修改UPLL

{

    rUPLLCON = (mdiv<<12) | (pdiv<<4) | sdiv;

}

二、电源管理(待完善)

关于电源控制逻辑，S3C2440A 包含了各种电源管理方案来保证对给定任务的最佳功耗。S3C2440A 中的电源管理模块可以激活成四种模式：正常（NORMAL）模式、慢速（SLOW）模式、空闲（IDLE）模式和睡眠（SLEEP）模式。

普通（NORMAL）模式：这个模式提供时钟给CPU，也提供给所有S3C2440A 的外设。在此模式中，当所有外设都开启时功耗将将达到最大。它允许用户用软件控制外设的运行。例如如果一个定时器不是必须的，用户可以断开连接到定时器的时钟（CLKCON 寄存器），以降低功耗。

慢速（SLOW）模式：无PLL 模式。不像普通模式，慢速模式使用一个外部时钟（XTIpll 或EXTCLK）直接作为FCLK 给S3C2440A，而没有使用PLL。在此模式中，功耗只取决于外部时钟的频率。排除了因PLL 而产生的功耗。

空闲（IDLE）模式：这个模块只断开了CPU 内核的时钟（FCLK），但它提供时钟给所有其它外设。空闲模式产生了因CPU 内核而产生的功耗减少的结果。任何中断请求给CPU 都可以使其从空闲模式中唤醒。

睡眠（SLEEP）模式：这个模块与内部供电是分离的。因此在此模式中发生了没有因CPU 和除唤醒逻辑以外的内部逻辑的功耗。要激活睡眠模式需要两个独立的供电电源。两个电源之一提供电源给唤醒逻辑。另一个提供电源给包括CPU 在内的其它内部逻辑，而且应当能够控制供电的开和关。在睡眠模式中，第二个为CPU 和内部逻辑供电电源将被关闭。可以由EINT[15:0]或RTC 闹铃中断产生从睡眠模式中唤醒。