STM32时钟系统:深入解析

目录

前言

一、STM32时钟系统原理

1. 时钟系统框图

2. 时钟源讲解

3.时钟去向讲解

二、STM32时钟配置

1. 时钟配置简介

2.时钟配置寄存器介绍

3. 时钟配置总流程

三、Systick定时器及delay延时函数

1. Systick定时器

2. 相关寄存器介绍

3. 延时函数配置

总结


前言

        时钟系统之于单片机就如同与心脏脉搏之于人体,可见时钟系统的重要性可见一斑。然而STM32的时钟系统极其复杂,不像51单片机一样一个时钟系统就可以解决一切问题,这对于初学者来说很不友好,本文致力于讲解STM32时钟系统,使读者清晰了解STM32时钟背后的原理。


一、STM32时钟系统原理

1. 时钟系统框图

以下是STM32时钟系统的结构框图,摘自STM32中文参考手册。

可以看到,官方手册提供的时钟框图很复杂,这里我给出一个简化版的时钟框图:

2. 时钟源讲解

 从图中可以看到,STM32共有五个时钟源,分别是HSI、HSE、LSI、LSE和PLL ,下面分别对它们进行讲解:

        ①、HSI是高速内部时钟,RC振荡器,频率为8MHz,精度不高。
   ②、HSE是高速外部时钟,可接石英/陶瓷谐振器,或者接外部时钟源,频率范围为4MHz~16MHz。
   ③、LSI是低速内部时钟,RC振荡器,频率为40kHz,提供低功耗时钟。独立看门狗的时钟源只能是 LSI ,同时LSI 还可以作为 RTC 的时钟源。
   ④、LSE是低速外部时钟,接频率为32.768kHz的石英晶体。是主要的RTC时钟源。
   ⑤、PLL为锁相环倍频输出,其时钟输入源可选择为HSI/2、HSE或者HSE/2。倍频可选择为2~16倍,但是其输出频率最大不得超过72MHz。

注意:高速外部时钟HSE的引脚是OSC_OUT和OSC_IN这两个引脚芯片是独立引出的,可以接外部的晶振电路,而低速外部时钟LSE的引脚OSC32_IN和OSC32_OUT两个引脚不是独立的,而是在PC14和PC15上,对应关系为OSC32_IN–>PC14 ; OSC32_OUT–>PC15

3.时钟去向讲解

        上面我们简要概括了STM32 的时钟源,那么这 5 个时钟源是怎么给各个外设以及系统提供时钟的呢?这里我们将一一讲解。这里我们使用官方手册提供的框图(图一)进行讲解,图中我们用A~E 标示我们要讲解的地方。

  • A   MCO 是 STM32 的一个时钟输出 IO(PA8) PA8),它可以选择一个时钟信号输出 可以
    选择为 PLL 输出的 2 分频、 HSI 、 HSE 、或者 系统 时钟 。这个时钟可以用来给外
    部其他系统提供时钟源。
  • B   RTC 时钟源,从图上可以看出, RTC 的时钟源可以选择 LSI LSE ,以及
    HSE 的 128 分频。
  • C   从图中可以看出 C 处 USB 的时钟是来自 PLL 时钟源。 STM32 中有一个全速 功能
    的 USB 模块 ,其串行 接口 引擎需要 一个频率为 48MHz 的时钟源。该时钟源只能
    从 PLL 输出端获取,可以选择为 1.5 分频或者 1 分频,也就是,当需要使用 USB
    模块时, PLL 必须使能,并且时钟频率配置为 48MHz 或 72MHz 。
  • D   STM32 的系统时钟 SYSCLK ,它 是供 STM32 中绝大部分部件 工作 的时
    钟源 。 系统时钟可选择为 PLL 输出、 HSI 或者 HSE 。系统时钟最大频率 为 72MHz
    当然你也可以超频,不过一般情况为了系统稳定性是没有必要冒风险去超频的。
  • E   其他所有外设。从时钟图上可以看出,其他所有外设的时钟最终来源都是 SYSCLK 。 SYSCLK 通过 AHB 分频器分频后送给各模块使用 。这些模块包括:
    ① AHB 总线、内核、内存和 DMA 使用的 HCLK 时钟。
    ② 通过 8 分频后送给 Cortex 的系统 定时器 时钟 ,也就是 systick 了 。
    ③ 直接送给 Cortex 的空闲运行时钟 FCLK 。
    ④ 送给 APB1 分频器。 APB1 分频器输出一路供 APB1 外设使用 (PCLK1 ,最大频率 36MHz)36MHz),另一路送给定时器 (Timer)2 、 3 、 4 倍频器使用。
    ⑤送给 APB2 分频器。 APB2 分频器分频输出一路供 APB2 外设使用 (PCLK2最大频率 72MHz)72MHz),另一 路送给定时器 (Timer)1 倍频器使用。
  •         APB1和APB2的区别: APB1上面连的是低速外设,包括电脑接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2 、 UART2 、 UART3 等等, APB2 上面连接的是高速外设包括 UART1 、 SPI1 、 Timer1 、 ADC1 、 ADC2 、所有普通 IO 口 (PA~ 、第二功能 IO 口 等。 APB2 下面所挂的外设的时钟要比 APB1 的高 。

    在以上的时钟输出中,有很多 是带使能控制的,例如 AHB 总线 时钟、内核时钟、各种 APB1
    外设、 APB2 外设等等。当需要使用某模块时,记得一定要先使能对应的时钟。

    二、STM32时钟配置

    1. 时钟配置简介

    STM32时钟系统的配置除了初始化的时候在 system_stm32f10x.c 中的 SystemInit 函数中外,其他的配置主要在 stm32f10x_rcc.c 文件中,里面有很多时钟设置函数,大家可以打开这个文件浏览一下,基本上看看函数的名称就知道这个函数的作用。在大家设置时钟的时候,一定要仔细参考STM32 的时钟图,做到心中有数。这里需要指明一下,对于系统时钟,默认情况下是SystemInit 函数的 SetSysClock() 函数中间判断的,而设置是通过宏定义设置的。我们可以看看 SetSysClock() 函数体:

    static void SetSysClock(void)
    {
    #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
      SetSysClockToHSE();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
      SetSysClockTo24();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
      SetSysClockTo36();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
      SetSysClockTo48();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
      SetSysClockTo56();  
    #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
      SetSysClockTo72();
    #endif
    }

    这段代码非常简单,就是判断系统宏定义的时钟是多少,然后设置相应值。我们系统默认宏定
    义是 72MHz:

     #define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000

    如果你要设置为36MHz ,只需要注释掉上面代码,然后加入下面代码即可

      #define SYSCLK_FREQ_36MHz  36000000

     同时还要注意的是,当我们设置好系统时钟后,可以通过变量SystemCoreClock 获取系统时钟
    值,如果系统是 72M 时钟,那么 SystemCoreClock =72000000 。这是在 system_stm32f10x.c 文件中设置的:

    #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_HSE;      
    #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_24MHz;        
    #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
    #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_48MHz;      
    #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_56MHz;        
    #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
      uint32_t SystemCoreClock         = SYSCLK_FREQ_72MHz;       
    #else 
      uint32_t SystemCoreClock         = HSI_VALUE;      
    #endif
    

    这里总结一下SystemInit() 函数中设置的系统时钟大小:

  • SYSCLK (系统时钟 =72MHz
  • AHB 总线时钟 使用 SYSCLK) =72MHz
  • APB1 总线时钟 ( =36MHz
  • APB2 总线时钟 ( =72MHz
  • PLL 时钟 =72MHz 
  • 2.时钟配置寄存器介绍

    以上介绍了SystemInit()时钟配置函数,想必大家已经知道了STM32时钟的基本情况,如果你想要更深一步的了解底层原理,那么下面的知识可以帮你揭晓。

    在STM32时钟配置的过程中使用到了RCC寄存器,它们分别是:

  • 时钟控制寄存器(RCC_CR)
  • 时钟配置 寄存器(RCC_CFGR)
  • 首先介绍时钟控制寄存器,先上一张官方手册的寄存器说明:

     

    这个是时钟控制寄存器,看似很复杂,实际上并没有使用到寄存器所有的位,而是红框标出的部分位。下表是RCC另一个重要的寄存器:时钟配置寄存器(RCC_CFGR)

     和时钟控制寄存器RCC_CR相比,时钟配置寄存器RCC_CFGR要复杂一些,同样的,重点使用的位用红色框标识了出来。

    3. 时钟配置总流程

    在STM32单片机复位之后,首先进入startup程序:

    ; Reset handler
    Reset_Handler   PROC
                    EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
                    IMPORT  __main
                    IMPORT  SystemInit
                    LDR     R0, =SystemInit
                    BLX     R0               
                    LDR     R0, =__main
                    BX      R0
                    ENDP

    可以看出,在进入main主程序之前,先触发了SystemInit()函数,这样就可以保证不需要每次都把时钟配置程序写入main.c文件了,同样,当你想要执行自定义时钟配置程序时也可以改动这个部分。

    首先我们看一下SystemInit()函数

    void SystemInit (void)
    {
      /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
      /* Set HSION bit */
      RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
        SetSysClock();
    }

    可以看到,SystemInit()函数的作用就是使RCC_CR寄存器最低位置1即开启内部8MHz振荡器,然后转到SetSysClock()函数中。刚刚已经讲过了,对于系统时钟,默认情况下就是SystemInit 函数的 SetSysClock() 函数中间判断的

    下面是SetSysClock()函数:

    static void SetSysClock(void)
    {
    #ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
      SetSysClockToHSE();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
      SetSysClockTo24();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
      SetSysClockTo36();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
      SetSysClockTo48();
    #elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
      SetSysClockTo56();  
    #elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
      SetSysClockTo72();
    #endif
     
     /* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock
        source (default after reset) */ 
    }

    由于我们把系统时钟频率通过宏定义设置为72MHz,所以这里直接进入最下面的程序即SetSysClockTo72(),这也是为什么有的程序把这一段语句直接写入主函数,原则上来说这是可以的,但是没必要,因为startup启动文件已经帮我们定义好了。

    下面就是SetSysClockTo72()程序部分,也就是最关键的部分

    static void SetSysClockTo72(void)
    {
      __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
      
      /* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 配置---------------------------*/    
      /* 使能 HSE */    
      RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);//RCC_CR寄存器第16位置1,开启HSE
     
      /* 等待HSE就绪 超时退出 */
      do
      {
        HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;  //读取RCC_CR第17位
        StartUpCounter++;  
      } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));
    
      if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET) //读取RCC_CR第17位
      {
        HSEStatus = (uint32_t)0x01;   //HSE状态写1
      }
      else
      {
        HSEStatus = (uint32_t)0x00;   //HSE状态写0
      }  
    
      if (HSEStatus == (uint32_t)0x01) //FLASH寄存器部分可以不用管
      {
        /* 使能 Prefetch Buffer */
        FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
    
        /* Flash 2 wait state */
        FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
        FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;    
    
     
        /* HCLK = SYSCLK */
        RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;  //RCC_CFGR寄存器第4~7位写0,即AHB不分频,即HCLK使用72MHz时钟
           
        /* PCLK2 = HCLK */
        RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1; //RCC_CFGR寄存器第11~13位写0,APB2不分频,即PCLK2使用72MHz时钟
        
        /* PCLK1 = HCLK/2 */
        RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2; //RCC_CFGR寄存器第8~10位写100,APB1二分频,即PCLK1使用36MHz时钟
    
    #else    
        /*  PLL 配置: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
        RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
                                            RCC_CFGR_PLLMULL)); //RCC_CFGR寄存器的16~21位清零
        RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);//RCC_CFGR寄存器第16位置1,使HSE作为PLL输入时钟;17位置0不变,使HSE作为PLL输入时钟时不分频。RCC_CFGR寄存器第18~21位置0111,配置位PLL 9倍频输出给PLLCLK,即PLLCLK为72MHz
    #endif /* STM32F10X_CL */
    
        /* 使能 PLL */
        RCC->CR |= RCC_CR_PLLON; //RCC->CR寄存器第24位置1,使能PLL
    
        /* 等待PLL就绪 */
        while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)  //读取PLL时钟就绪标志位(第25位)
        {
        }
        
        /* 选择PLL作为系统时钟源 */
        RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW)); //RCC->CFGR寄存器第0~1位清零
        RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;    //RCC->CFGR寄存器第0~1位(SW位)置10,即PLL输出作为系统时钟
    
        /* 等待PLL被用作系统时钟源就绪 */
        while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08) //等待RCC->CFGR寄存器第2~3位(SWS位)为10即就绪
        {
        }
      }
      else
      { /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock 
             configuration. User can add here some code to deal with this error */
      }
    }
    #endif

    这里把所有的备注都写在了程序中,希望读者仔细查看并对照寄存器功能表理解。STM32的寄存器的每一个位都做了宏定义,这样直接查找头文件即可,非常方便。

    至此STM32系统时钟的讲解就已经结束了,我们以大容量芯片72MHz的系统时钟为例来进行讲解,你也可以根据实际情况自己配置,原理都是一样的。下面的内容就是灵活使用STM32的系统时钟来实现演示功能了。

    三、Systick定时器及delay延时函数

    1. Systick定时器

    前面讲完了STM32系统时钟的基本配置,下面就是对延时函数进行介绍了,延时函数使用到了STM32的SysTick定时器,这是一个很简单的定时器,对于CM3和CM4内核芯片都具备。

    SysTick定时器全称是System tick timer即系统滴答定时器,常用来做延时或者系统的心跳时钟。这样可以节省MCU资源,不用浪费一个定时器。比如在UCOS操作系统中分时复用,需要一个最小的时间戳,一般在STM32+UCOS系统中,都采用SysTick做UCOS心跳时钟。

  • SysTick定时器就是系统滴答定时器,一个24位倒计数定时器,计数到0时将从RELOAD寄存器中自动重装载定时器初值。只要不把它在SysTick控制及状态寄存器中的使能位清除,就永不停息,即使在睡眠模式也能工作。
  • SysTick定时器被捆绑在NVIC中,用于产生SYSTICK异常(异常号为15)。
  • SysTick中断的优先级也可以设置
  • 2. 相关寄存器介绍

    SysTick定时器一共有四个相关寄存器:

  • CTRL              SysTick 控制和状态寄存器 
  • LOAD              SysTick 自动重装载除值寄存器   
  • VAL                 SysTick 当前值寄存器 
  • CALIB             SysTick 校准值寄存器      
  • 下面分别介绍这四个寄存器

     这是四个相关的寄存器,实际上我们一般只用到前三个。

    3. 延时函数配置

    对于STM32,外部时钟源是 HCLK(AHB总线时钟)的1/8 ,内核时钟是 HCLK时钟。配置函数:SysTick_CLKSourceConfig();这个函数在misc.c文件中,这里把它粘出来:

    void SysTick_CLKSourceConfig(uint32_t SysTick_CLKSource)
    {
      /* Check the parameters */
      assert_param(IS_SYSTICK_CLK_SOURCE(SysTick_CLKSource));
      if (SysTick_CLKSource == SysTick_CLKSource_HCLK)
      {
        SysTick->CTRL |= SysTick_CLKSource_HCLK;
      }
      else
      {
        SysTick->CTRL &= SysTick_CLKSource_HCLK_Div8;
      }
    }

    根据入口参数有效性可知,时钟源可以选择HCLK或者HCLK的8分频。这个函数在下面的delay_init会调用一次,完成延时函数的初始化。

    core_cm3.h文件中有关于初始化systick时钟和开启中断的函数,如下所示:
     

    static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
    { 
      if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            /* Reload value impossible */
                                                                   
      SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;      /* set reload register */
      NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);  /* set Priority for Cortex-M0 System Interrupts */
      SysTick->VAL   = 0;                                          /* Load the SysTick Counter Value */
      SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk | 
                       SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   | 
                       SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                    /* Enable SysTick IRQ and SysTick Timer */
      return (0);                                                  /* Function successful */
    }

    需要注意的是第5行把重装载寄存器的值减1的目的是考虑到执行装在动作也需要一个时钟周期。

    下面是用中断的方式来实现延时:

    static __IO uint32_t TimingDelay;
    void Delay(__IO uint32_t nTime)
    { 
       TimingDelay = nTime;
       while(TimingDelay != 0);
    }
    void SysTick_Handler(void)
    {
        if (TimingDelay != 0x00) 
         { 
           TimingDelay--;
         }
    }
     int main(void)
     {  …
        if (SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)) //systick时钟为HCLK,中断时间间隔1ms
         {
         while (1);
         }
        while(1)
         { Delay(200);//2ms
         … 
         }
    }
    

    程序中,SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000)的目的是确保SysTick定时器每次发生中断的时间间隔都是1ms(因为使用系统时钟的时钟频率为72000000,SystemCoreClock / 1000等于72000,也就是给重装载寄存器值赋72000,这样计72000正好是1ms)

    一般实际应用中我们不使用通过中断来驱动延时的方法,因为这样会多一个中断线路,我们采用的 是单独的延时函数,下面就是延时函数文件:

    #include "delay.h"
    // 	 
    //如果需要使用OS,则包括下面的头文件即可.
    #if SYSTEM_SUPPORT_OS
    #include "includes.h"					//ucos 使用	  
    #endif
    //	  
    
    static u8  fac_us=0;							//us延时倍乘数			   
    static u16 fac_ms=0;							//ms延时倍乘数,在ucos下,代表每个节拍的ms数
    	
    	
    #if SYSTEM_SUPPORT_OS							//如果SYSTEM_SUPPORT_OS定义了,说明要支持OS了(不限于UCOS).
    //当delay_us/delay_ms需要支持OS的时候需要三个与OS相关的宏定义和函数来支持
    //首先是3个宏定义:
    //    delay_osrunning:用于表示OS当前是否正在运行,以决定是否可以使用相关函数
    //delay_ostickspersec:用于表示OS设定的时钟节拍,delay_init将根据这个参数来初始哈systick
    // delay_osintnesting:用于表示OS中断嵌套级别,因为中断里面不可以调度,delay_ms使用该参数来决定如何运行
    //然后是3个函数:
    //  delay_osschedlock:用于锁定OS任务调度,禁止调度
    //delay_osschedunlock:用于解锁OS任务调度,重新开启调度
    //    delay_ostimedly:用于OS延时,可以引起任务调度.
    
    //本例程仅作UCOSII和UCOSIII的支持,其他OS,请自行参考着移植
    //支持UCOSII
    #ifdef 	OS_CRITICAL_METHOD						//OS_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSII				
    #define delay_osrunning		OSRunning			//OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行
    #define delay_ostickspersec	OS_TICKS_PER_SEC	//OS时钟节拍,即每秒调度次数
    #define delay_osintnesting 	OSIntNesting		//中断嵌套级别,即中断嵌套次数
    #endif
    
    //支持UCOSIII
    #ifdef 	CPU_CFG_CRITICAL_METHOD					//CPU_CFG_CRITICAL_METHOD定义了,说明要支持UCOSIII	
    #define delay_osrunning		OSRunning			//OS是否运行标记,0,不运行;1,在运行
    #define delay_ostickspersec	OSCfg_TickRate_Hz	//OS时钟节拍,即每秒调度次数
    #define delay_osintnesting 	OSIntNestingCtr		//中断嵌套级别,即中断嵌套次数
    #endif
    
    
    //us级延时时,关闭任务调度(防止打断us级延迟)
    void delay_osschedlock(void)
    {
    #ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD   				//使用UCOSIII
    	OS_ERR err; 
    	OSSchedLock(&err);							//UCOSIII的方式,禁止调度,防止打断us延时
    #else											//否则UCOSII
    	OSSchedLock();								//UCOSII的方式,禁止调度,防止打断us延时
    #endif
    }
    
    //us级延时时,恢复任务调度
    void delay_osschedunlock(void)
    {	
    #ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD   				//使用UCOSIII
    	OS_ERR err; 
    	OSSchedUnlock(&err);						//UCOSIII的方式,恢复调度
    #else											//否则UCOSII
    	OSSchedUnlock();							//UCOSII的方式,恢复调度
    #endif
    }
    
    //调用OS自带的延时函数延时
    //ticks:延时的节拍数
    void delay_ostimedly(u32 ticks)
    {
    #ifdef CPU_CFG_CRITICAL_METHOD
    	OS_ERR err; 
    	OSTimeDly(ticks,OS_OPT_TIME_PERIODIC,&err);	//UCOSIII延时采用周期模式
    #else
    	OSTimeDly(ticks);							//UCOSII延时
    #endif 
    }
     
    //systick中断服务函数,使用ucos时用到
    void SysTick_Handler(void)
    {	
    	if(delay_osrunning==1)						//OS开始跑了,才执行正常的调度处理
    	{
    		OSIntEnter();							//进入中断
    		OSTimeTick();       					//调用ucos的时钟服务程序               
    		OSIntExit();       	 					//触发任务切换软中断
    	}
    }
    #endif
    
    			   
    //初始化延迟函数
    //当使用OS的时候,此函数会初始化OS的时钟节拍
    //SYSTICK的时钟固定为HCLK时钟的1/8
    //SYSCLK:系统时钟
    void delay_init()
    {
    #if SYSTEM_SUPPORT_OS  							//如果需要支持OS.
    	u32 reload;
    #endif
    	SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);	//选择外部时钟  HCLK/8
    	fac_us=SystemCoreClock/8000000;				//为系统时钟的1/8  
    #if SYSTEM_SUPPORT_OS  							//如果需要支持OS.
    	reload=SystemCoreClock/8000000;				//每秒钟的计数次数 单位为M  
    	reload*=1000000/delay_ostickspersec;		//根据delay_ostickspersec设定溢出时间
    												//reload为24位寄存器,最大值:16777216,在72M下,约合1.86s左右	
    	fac_ms=1000/delay_ostickspersec;			//代表OS可以延时的最少单位	   
    
    	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_TICKINT_Msk;   	//开启SYSTICK中断
    	SysTick->LOAD=reload; 						//每1/delay_ostickspersec秒中断一次	
    	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;   	//开启SYSTICK    
    
    #else
    	fac_ms=(u16)fac_us*1000;					//非OS下,代表每个ms需要的systick时钟数   
    #endif
    }								    
    
    #if SYSTEM_SUPPORT_OS  							//如果需要支持OS.
    //延时nus
    //nus为要延时的us数.		    								   
    void delay_us(u32 nus)
    {		
    	u32 ticks;
    	u32 told,tnow,tcnt=0;
    	u32 reload=SysTick->LOAD;					//LOAD的值	    	 
    	ticks=nus*fac_us; 							//需要的节拍数	  		 
    	tcnt=0;
    	delay_osschedlock();						//阻止OS调度,防止打断us延时
    	told=SysTick->VAL;        					//刚进入时的计数器值
    	while(1)
    	{
    		tnow=SysTick->VAL;	
    		if(tnow!=told)
    		{	    
    			if(tnow<told)tcnt+=told-tnow;		//这里注意一下SYSTICK是一个递减的计数器就可以了.
    			else tcnt+=reload-tnow+told;	    
    			told=tnow;
    			if(tcnt>=ticks)break;				//时间超过/等于要延迟的时间,则退出.
    		}  
    	};
    	delay_osschedunlock();						//恢复OS调度									    
    }
    //延时nms
    //nms:要延时的ms数
    void delay_ms(u16 nms)
    {	
    	if(delay_osrunning&&delay_osintnesting==0)	//如果OS已经在跑了,并且不是在中断里面(中断里面不能任务调度)	    
    	{		 
    		if(nms>=fac_ms)							//延时的时间大于OS的最少时间周期 
    		{ 
       			delay_ostimedly(nms/fac_ms);		//OS延时
    		}
    		nms%=fac_ms;							//OS已经无法提供这么小的延时了,采用普通方式延时    
    	}
    	delay_us((u32)(nms*1000));					//普通方式延时  
    }
    #else //不用OS时
    //延时nus
    //nus为要延时的us数.		    								   
    void delay_us(u32 nus)
    {		
    	u32 temp;	    	 
    	SysTick->LOAD=nus*fac_us; 					//时间加载	  		 
    	SysTick->VAL=0x00;        					//清空计数器
    	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;	//开始倒数	  
    	do
    	{
    		temp=SysTick->CTRL;
    	}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));		//等待时间到达   
    	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;	//关闭计数器
    	SysTick->VAL =0X00;      					 //清空计数器	 
    }
    //延时nms
    //注意nms的范围
    //SysTick->LOAD为24位寄存器,所以,最大延时为:
    //nms<=0xffffff*8*1000/SYSCLK
    //SYSCLK单位为Hz,nms单位为ms
    //对72M条件下,nms<=1864 
    void delay_ms(u16 nms)
    {	 		  	  
    	u32 temp;		   
    	SysTick->LOAD=(u32)nms*fac_ms;				//时间加载(SysTick->LOAD为24bit)
    	SysTick->VAL =0x00;							//清空计数器
    	SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk ;	//开始倒数  
    	do
    	{
    		temp=SysTick->CTRL;
    	}while((temp&0x01)&&!(temp&(1<<16)));		//等待时间到达   
    	SysTick->CTRL&=~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;	//关闭计数器
    	SysTick->VAL =0X00;       					//清空计数器	  	    
    } 
    #endif 
    

    这里需要注意的是我们使用了外部时钟即系统时钟的8分频,这样确保时间足够长。另外,毫秒延时函数有最大上限,最大为1864(72MHz时钟频率)。用这种方式来延时的好处是不用中断比较简单,但是坏处就是最大延时时长有限(不到2秒),所以当需要长延时时间的时候要多写几个delay函数。


     

    总结

            本节主要对STM32时钟系统进行讲解,我们从原理框图入手,对每一个时钟线路进行来源和去向的分析,介绍了时钟配置的相关寄存器以及STM32时钟的软件配置,最后通过SysTick定时器来编写延时函数。STM32的时钟十分复杂,希望读者能够反复阅读,内化于心,这样在以后的STM32开发以至于其它高性能SOC的学习中才能游刃有余。

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    物联沃-IOTWORD物联网 » STM32时钟系统:深入解析

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