STM32学习总结之时钟

学习内容：

这个图说明了STM32的时钟走向，从图的左边开始，从时钟源一步步分配到外设时钟。从时钟频率来说，又分为高速时钟和低速时钟，高速时钟是提供给芯片主体的主时钟，而低速时钟只是提供给芯片中的RTC（实时时钟）及独立看门狗使用。

从芯片角度来说，时钟源分为内部时钟与外部时钟源 ，内部时钟是在芯片内部RC振荡器产生的，起振较快，所以时钟在芯片刚上电的时候，默认使用内部高速时钟。而外部时钟信号是由外部的晶振输入的，在精度和稳定性上都有很大优势，所以上电之后我们再通过软件配置，转而采用外部时钟信号。

所以，STM32有以下4个时钟源:

高速外部时钟（HSE）：以外部晶振作时钟源，晶振频率可取范围为4~16MHz，我们一般采用8MHz的晶振。

高速内部时钟（HSI）： 由内部RC振荡器产生，频率为8MHz，但不稳定。

低速外部时钟（LSE）：以外部晶振作时钟源，主要提供给实时时钟模块，所以一般采用32.768KHz。野火M3实验板上用的是32.768KHz，6p负载规格的晶振。

低速内部时钟（LSI）：由内部RC振荡器产生，也主要提供给实时时钟模块，频率大约为40KHz。

我们以最常用的高速外部时钟为例分析，首先假定我们在外部提供的晶振的频率为8MHz的。

1、从左端的OSC_OUT和OSC_IN开始，这两个引脚分别接到外部晶振的两端。

2、8MHz的时钟遇到了第一个分频器PLLXTPRE（HSE divider for PLL entry），在这个分频器中，可以通过寄存器配置，选择它的输出。它的输出时钟可以是对输入时钟的二分频或不分频。本例子中，我们选择不分频，所以经过PLLXTPRE后，还是8MHz的时钟。

3、8MHz的时钟遇到开关PLLSRC（PLL entry clock source），我们可以选择其输出，输出为外部高速时钟（HSE）或是内部高速时钟（HSI）。这里选择输出为HSE，接着遇到锁相环PLL，具有倍频作用，在这里我们可以输入倍频因子PLLMUL（PLL multiplication factor），哥们，你要是想超频，就得在这个寄存器上做手脚啦。经过PLL的时钟称为PLLCLK。倍频因子我们设定为9倍频，也就是说，经过PLL之后，我们的时钟从原来8MHz的 HSE变为72MHz的PLLCLK。

4、紧接着又遇到了一个开关SW，经过这个开关之后就是STM32的系统时钟（SYSCLK）了。通过这个开关，可以切换SYSCLK的时钟源，可以选择为HSI、PLLCLK、HSE。我们选择为PLLCLK时钟，所以SYSCLK就为72MHz了。

5、PLLCLK在输入到SW前，还流向了USB预分频器，这个分频器输出为USB外设的时钟（USBCLK）。

6、回到SYSCLK，SYSCLK经过AHB预分频器，分频后再输入到其它外设。如输出到称为HCLK、FCLK的时钟，还直接输出到SDIO外设的SDIOCLK时钟、存储器控制器FSMC的FSMCCLK时钟，和作为APB1、APB2的预分频器的输入端。本例子设置AHB预分频器不分频，即输出的频率为72MHz。

7、GPIO外设是挂载在APB2总线上的， APB2的时钟是APB2预分频器的输出，而APB2预分频器的时钟来源是AHB预分频器。因此，把APB2预分频器设置为不分频，那么我们就可以得到GPIO外设的时钟也等于HCLK，为72MHz了。

从时钟树的分析，看到经过一系列的倍频、分频后得到了几个与开发密切相关的时钟。

SYSCLK：系统时钟，STM32大部分器件的时钟来源。主要由AHB预分频器分配到各个部件。

HCLK:由AHB预分频器直接输出得到，它是高速总线AHB的时钟信号，提供给存储器，DMA及cortex内核，是cortex内核运行的时钟，cpu主频就是这个信号，它的大小与STM32运算速度，数据存取速度密切相关。

FCLK：同样由AHB预分频器输出得到，是内核的“自由运行时钟”。“自由”表现在它不来自时钟 HCLK，因此在HCLK时钟停止时 FCLK 也继续运行。它的存在，可以保证在处理器休眠时，也能够采样和到中断和跟踪休眠事件 ，它与HCLK互相同步。

PCLK1：外设时钟，由APB1预分频器输出得到，最大频率为36MHz，提供给挂载在APB1总线上的外设。

PCLK2：外设时钟，由APB2预分频器输出得到，最大频率可为72MHz，提供给挂载在APB2总线上的外设。

学习总结：

单片机的时钟就是单片机工作所需要的节拍，实际上就是时钟源产生的方波信号，单片机的取指令，译指令等工作过程都要以时钟的一个周期为最小周期。

单片机工作时，会一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。一个机器周期包括12个时钟周期。如果一个单片机选择了12MHz晶振，它的时钟周期是1/12us， 它的一个机器周期是12X (1/12)us，也就是1us。

STM32的时钟系统如此复杂，有倍频、分频及一系列的外设时钟的开关。

需要倍频是考虑到电磁兼容性，如外部直接提供一个72MHz的晶振，太高的振荡频率可能会给制作电路板带来一定的难度。

分频是因为STM32既有高速外设又有低速外设，各种外设的工作频率不尽相同，如同pc机上的南北桥，把高速的和低速的设备分开来管理。

最后，每个外设都配备了外设时钟的开关，当我们不使用某个外设时，可以把这个外设时钟关闭，从而降低STM32的整体功耗。所以，当我们使用外设时，开启外设的时钟。