【RoboMaster】迅速入門，一次理解時鐘樹！【STM32】

同步博客地址：從STM32開始的RoboMaster生活：進階篇 V [Clock Tree]

項目&教程倉庫：-STM32-RoboMaster-

---

1.0 什麼是Clock Tree？

1.1 定義

時鐘是單片機運行的基礎，時鐘信號推動單片機內各個部分執行相應的指令。時鐘系統就是CPU的心臟，決定CPU速率，像人的心跳一樣 只有有了心跳，人才能做其他的事情，而單片機有了時鐘，才能夠運行執行指令，才能夠做其他的處理（點燈，串口，ADC），時鐘的重要性不言而喻。

STM32本身十分複雜，外設非常多 但我們實際使用的時候只會用到有限的幾個外設，使用任何外設都需要時鐘才能啓動，但並不是所有的外設都需要系統時鐘那麼高的頻率，爲了兼容不同速度的設備，有些高速，有些低速，如果都用高速時鐘，勢必造成浪費 並且，同一個電路，時鐘越快功耗越快，同時抗電磁干擾能力也就越弱，所以較爲複雜的MCU都是採用多時鐘源的方法來解決這些問題。所以便有了STM32的時鐘系統和時鐘樹。

1. STM32時鐘系統主要的目的就是給相對獨立的外設模塊提供時鐘，也是爲了降低整個芯片的耗能。
2. 系統時鐘，是處理器運行時間基準（每一條機器指令一個時鐘週期）
3. 時鐘是單片機運行的基礎，時鐘信號推動單片機內各個部分執行相應的指令。
4. 一個單片機內提供多個不同的系統時鐘，可以適應更多的應用場合。
5. 不同的功能模塊會有不同的時鐘上限，因此提供不同的時鐘，也能在一個單片機內放置更多的功能模塊。
6. 對不同模塊的時鐘增加開啓和關閉功能，可以降低單片機的功耗
7. STM32爲了低功耗，他將所有的外設時鐘都設置爲disable（不使能），用到什麼外設，只要打開對應外設的時鐘就可以，其他的沒用到的可以還是disable（不使能），這樣耗能就會減少。這就是爲什麼不管你配置什麼功能都需要先打開對應的時鐘的原因。

1.2 解析

https://i.loli.net/2020/03/19/jq3UoHD2Jn4hbWA.png

先不要被嚇到，我們慢慢來一條線一條線地梳理清楚。

除了時鐘，有兩個概念必須提前講解

• Phase-Locked Loop ( PLL ) ：鎖相環 的作用是整數倍地增高頻率
• Prescaler：預分頻器 的作用是整數倍地降低頻率

在STM32F4系列中，有5個最重要的時鐘源，爲HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。其中PLL實際是分爲三個時鐘源，分別爲主PLL和I2S部分專用PLLI2S和SAI部分專用PLLSAI。從時鐘頻率來分可以分爲高速時鐘源和低速時鐘源，在這5箇中HSI，HSE以及PLL是高速時鐘，LSI和LSE是低速時鐘。從來源可分爲外部時鐘源和內部時鐘源，外部時鐘源就是從外部通過接晶振的方式獲取時鐘源，其中HSE和LSE是外部時鐘源，其他的是內部時鐘源。

• ❶ LSI：Low Speed Internal 低速內部時鐘，RC振盪器，頻率爲32kHz左右，供獨立看門狗和自動喚醒單元使用
• ❷ LSE：Low Speed External 低速外部時鐘，接頻率爲32.768kHz的石英晶體，這個主要是RTC的時鐘源
• ❸ HSE：High Speed External 高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時鐘源，頻率範圍爲4MHz~26MHz，HSE也可以直接做爲系統時鐘或者PLL輸入
• ❹ HSI：High Speed Internal 高速內部時鐘，RC振盪器，頻率爲16MHz，可以直接作爲系統時鐘或者用作PLL輸入
• ❺ PLL：Phase-Locked Loop 鎖相環倍頻輸出，STM32F4有三個PLL
  1. 主PLL由HSE或者HSI提供時鐘信號，並具有兩個不同的輸出時鐘，第一個輸出PLLP用於生成高速的系統時鐘（最高180MHz）；第二個輸出PLLQ爲48M時鐘，用於USB OTG FS時鐘，隨機數發生器的時鐘，和SDIO時鐘
  2. 第一個專用PLL ( PLLI2S ) 用於生成精確時鐘，在I2S和SAI1上實現高品質音頻性能，其中，N是用於PLLI2S vco的倍頻係數，其取值範圍是：192~432；R是I2S時鐘的分頻係數，其取值範圍是：2~7；Q是SAI時鐘分頻係數，其取值範圍是：2~15；P沒用到
  3. 第二個專用PLL ( PLLSAI ) 同樣用於生成精確時鐘，用於SAI1輸入時鐘，同時還爲LCD_TFT接口提供精確時鐘,其中，N是用於PLLSAI vco的倍頻係數，其取值範圍是：192~432；Q是SAI時鐘分頻係數，其取值範圍是：2~15；R是LTDC時鐘的分頻係數，其取值範圍是：2~7；P沒用到
• A 看門狗時鐘：看門狗時鐘源只能是低速的 LSI 時鐘
• B RTC時鐘源：RTC的時鐘源可以選擇LSI，LSE，以及HSE分頻後的時鐘，HSE 分頻係數爲2~31
• C MCO1 MCO2輸出時鐘：MCO1是向芯片的PA8引腳輸出時鐘，它有四個時鐘來源分別爲：HSI，LSE，HSE，和PLL時鐘；MCO2是向芯片的PC9輸出時鐘，它同樣有四個時鐘來源分別爲：HSE，PLL，SYSCLK以及PLLI2S時鐘；MCO輸出時鐘頻率最大不超過100MHz
• D 系統時鐘：SYSCLK系統時鐘來源有三個方面：HSI，HSE，和PLL，在我們實際應用中，因爲對時鐘速度要求都比較高我們纔會選用STM32F4這種高性能處理器，所以一般情況下，都是採用PLL作爲SYSCLK時鐘源
• E 以太網PTP時鐘 AHB時鐘 APB2高速時鐘 APB1低速時鐘：這些時鐘都是來源於 SYSCLK系統時鐘，其中以太網PTP時鐘是使用系統時鐘，AHB，APB2，和APB1時鐘是經過SYSCLK時鐘分頻得來，這裏大家記住，AHB最大時鐘爲168MHz，APB2高速時鐘最大頻率爲84MHz，而APB1低速時鐘最大頻率爲42MHz
• F PLLI2S_R時鐘：可以作爲I2S時鐘源
• G PLLI2S_Q時鐘：可以作爲SAI1_A和SAI1_B時鐘來源
• H PLLSAI_Q時鐘：可以作爲SAI1_A和SAI1_B時鐘來源
• I PLLSAI_R時鐘：LCD-TFT ( LTDC ) 接口時鐘唯一來源
• J 以太網MAC時鐘：對於MII接口來說，必須向外部PHY芯片提供25Mhz的時鐘，這個時鐘，可以由PHY芯片外接晶振，或者使用STM32F4的MCO輸出來提供，然後，PHY芯片再給STM32F4提供ETH_MII_TX_CLK和ETH_MII_RX_CLK時鐘，對於RMII接口來說，外部必須提供50Mhz的時鐘驅動PHY和STM32F4的 ETH_RMII_REF_CLK，這個50Mhz時鐘可以來自PHY，有源晶振，或者STM32F4的MCO
• K USB OTG HS時鐘：指外部PHY提供的USB OTG HS ( 60MHZ ) 時鐘

2.0 如何配置Clock Tree？

• 配置方式
  • STM32CubeMX靜態調控
  • 函數動態調控（RM暫時用不上，這部分不講解）
• STM32CubeMX
  • Input frequency改爲12MHz
  • PLL Source Mux選擇HSE，因爲HSE比HSI的精確性和最大頻率高得多
  • System Clock Mux選擇PLLCLK，因爲即便選擇HSE，頻率依然不足，而PLLCLK可以成倍增加頻率
  • 最後，在Ethernet PTP clock那裏，輸入168MHz，回車，STM32CubeMX會自動配置剩下的東西，到這一步，iRM2018的Clock Tree就已經配置完成了！
  • 可能到這一步，I2S source Mux不是48MHz，並且是灰色，無法修改，那就暫時不用動了

如果你成功了，將會看到下面這個配置