STM32时钟系统简介
STM32种类繁多，时钟系统也不尽相同，但基本的还是大差不差，今日小飞哥就F1系列的MCU简单聊一聊STM32的时钟系统
1、时钟种类介绍：
先来看一看时钟树图，包含了整个系统的始终来源及各个外设的始终来源
STM32 有5个时钟源:HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。
接下来，各个时钟的含义听小飞哥白话白话，自己看ST手册也可以哒
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1.1 HSI时钟（内部高速时钟）
HSI时钟信号由内部8MHz的RC振荡器产生，可直接作为系统时钟或在2分频后作为PLL输入。
HSI RC振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟。它的启动时间比HSE晶体振荡器短。然而，即使在校准之后它的时钟频率精度仍较差。
校准
制造工艺决定了不同芯片的RC振荡器频率会不同，这就是为什么每个芯片的HSI时钟频率在出厂前已经被ST校准到1%(25°C)的原因。系统复位时，工厂校准值被装载到时钟控制寄存器的HSICAL[7:0]位。?如果用户的应用基于不同的电压或环境温度，这将会影响RC振荡器的精度。可以通过时钟控制寄存器里的HSITRIM[4:0]位来调整HSI频率。
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1.2 HSE时钟（外部高速时钟）
高速外部时钟信号(HSE)由以下两种时钟源产生：
● HSE外部晶体/陶瓷谐振器
● HSE用户外部时钟
为了减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间，晶体/陶瓷谐振器和负载电容器必须尽可能地靠近振荡器引脚。负载电容值必须根据所选择的振荡器来调整。
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1.3 PLL
内部PLL可以用来倍频HSI RC的输出时钟或HSE晶体输出时钟。PLL的设置(选择HIS振荡器除2或HSE振荡器为PLL的输入时钟，和选择倍频因子)必须在其被激活前完成。一旦PLL被激活，这些参数就不能被改动。
如果PLL中断在时钟中断寄存器里被允许，当PLL准备就绪时，可产生中断申请。?如果需要在应用中使用USB接口，PLL必须被设置为输出48或72MHZ时钟，用于提供48MHz的USBCLK时钟。
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1.4 LSE时钟（外部低速时钟）
LSE晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。
在这个模式里必须提供一个32.768kHz频率的外部时钟源。你可以通过设置在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEBYP和LSEON位来选择这个模式。具有50%占空比的外部时钟信号(方波、正弦波或三角波)必须连到OSC32_IN引脚，同时保证OSC32_OUT引脚悬空。
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1.5 LSI时钟（内部低速时钟）
LSI RC担当一个低功耗时钟源的角色，它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。LSI时钟频率大约40kHz(在30kHz和60kHz之间)。
以上介绍来自STM32手册，总共分为5大时钟源。
2、系统时钟源选择及配置
先来看看cubemx中的时钟树图，可以一目了然的看到整个时钟架构，还是非常的nice的
要注意的是，使用内部高速时钟的话，最大能配置到64MHZ，使用外部高速时钟的话，能配置到72MHZ
了解了基本的时钟架构之后，我们要怎么样配置得到自己想要的系统频率呢？
接下来分别介绍内部高速时钟和外部高速时钟的配置
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2.1?内部高速时钟作为时钟输入
使用内部高速时钟的话，就不需要关注外部硬件了，可以看到内部高速时钟有3个去向，其中2个去向是可以到我们的系统时钟
sysclk后面，我们可以看到还有很多的，HCLK，PCLK，等等，这些又是什么含义呢？
系统时钟SYSCLK最大频率为72MHz（64MHZ），它是供STM32中绝大部分部件工作的时钟源。系统时钟可由PLL、HSI或者HSE提供输出，并且它通过AHB分频器分频后送给各模块使用，AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频。其中AHB分频器输出的时钟送给5大模块使用：
①、送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
②、分频后送给STM32芯片的系统定时器时钟（Systick=Sysclk/8=9Mhz）
③、直接送给Cortex的自由运行时钟(free running clock)FCLK。【ARMJISHU注：FCLK 为处理器的自由振荡的处理器时钟，用来采样中断和为调试模块计时。在处理器休眠时，通过FCLK 保证可以采样到中断和跟踪休眠事件。?Cortex-M3内核的“自由运行时钟(free running clock)”FCLK。“自由”表现在它不来自系统时钟HCLK，因此在系统时钟停止时FCLK 也继续运行。FCLK和HCLK 互相同步。FCLK 是一个自由振荡的HCLK。FCLK 和HCLK 应该互相平衡，保证进入Cortex-M3 时的延迟相同。】
④、送给APB1分频器。APB1分频器可选择1、2、4、8、16分频，其输出一路供APB1外设使用(PCLK1，最大频率36MHz)，另一路送给定时器(Timer)2、3、4倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2、3、4使用。
⑤、送给APB2分频器。APB2分频器可选择1、2、4、8、16分频， 其输出一路供APB2外设使用(PCLK2，最大频率72MHz)，另一路送给定时器(Timer)1倍频器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出 供定时器1使用。另外，APB2分频器还有一路输出供ADC分频器使用，分频后送给ADC模块使用。ADC分频器可选择为2、4、6、8分频。
以上提到3种时钟Fclk、Hclk和Pclk，简单解释如下：
Fclk为供给CPU内核的时钟信号，我们所说的cpu主频为XXXXMHz，就是指的这个时钟信号，相应的，1/Fclk即为cpu时钟周期；
Hclk为优秀的高性能总线（AHB bus peripherals）供给时钟信号（AHB为advanced high-performance bus） HCLK ：AHB总线时钟，由系统时钟SYSCLK 分频得到，一般不分频，等于系统时钟，HCLK是高速外设时钟，是给外部设备的，比如内存，flash。
Pclk为优秀的高性能外设总线（APB bus peripherals）供给时钟信号（其中APB为advanced peripherals bus）。
以上介绍让大家对各个时钟有个清晰的认识，接下来言归正传，该如何在cubemx中配置呢？
当使用PLL锁相环的时候，最大系统时钟能倍频至最大64MHZ，倍频系数2-16，可以根据自己的需要选择，设置不同的主频
直接使用HSI的话，系统时钟设置为8MHZ
后面的这些外设时钟需要我们根据自己的需要调整分频系数
至此，使用内部时钟的配置就完了，接下来介绍使用外部时钟：
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2.2 外部高速时钟作为时钟输入
使用外部时钟，首先我们硬件上必须设计有外部晶振或者外部输入源，我们一般设计使用外部晶振
外部时钟源(HSE旁路)模式：
该模式下必须提供外部时钟。用户通过设置时钟控制寄存器中的HSEBYP和HSEON位来选择这一模式。外部时钟信号(50%占空比的方波、正弦波或三角波)必须连到SOC_IN引脚，此时OSC_OUT引脚对外呈高阻态。
外部晶体/陶瓷谐振器(HSE晶体)模式：
这种模式用得比较常见，HSE晶体可以为系统提供较为精确的时钟源。在时钟控制寄存器RCC_CR中的HSERDY位用来指示高速外部振荡器是否稳定。在启动时，直到这一位被硬件置’1’，时钟才被释放出来。HSE晶体可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。
选中之后，MCU的对应引脚会被使用，也即是我们的硬件设计对应的引脚
同样的，HSE的时钟也有不同的路线可以到系统时钟，直接通向SYSCLK的话，就是外部晶振频率，4-16MHZ，走PLL这条路线的话，选择就变得丰富起来
使用外部晶振，最大主频可以达到72MHZ
结合cubemx，对时钟进行配置，对新手了解MCU时钟结构还是非常有好的，配置也是非常的简单，省却了去了解一大堆的寄存器。
系统时钟配置源码分析
系统时钟初始化的参数主要封装在两个结构体里面：
跟晶体状态相关的：
/**
??*?@brief??RCC?Internal/External?Oscillator?(HSE,?HSI,?LSE?and?LSI)?configuration?structure?definition
??*/
typedef?struct
{
??uint32_t?OscillatorType;???????/*!<?The?oscillators?to?be?configured.
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_Oscillator_Type?*/
#if?defined(STM32F105xC)?||?defined(STM32F107xC)
??uint32_t?Prediv1Source;???????/*!<??The?Prediv1?source?value.
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCCEx_Prediv1_Source?*/
#endif?/*?STM32F105xC?||?STM32F107xC?*/
??uint32_t?HSEState;??????????????/*!<?The?new?state?of?the?HSE.
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_HSE_Config?*/
??uint32_t?HSEPredivValue;???????/*!<??The?Prediv1?factor?value?(named?PREDIV1?or?PLLXTPRE?in?RM)
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCCEx_Prediv1_Factor?*/
??uint32_t?LSEState;??????????????/*!<??The?new?state?of?the?LSE.
????????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_LSE_Config?*/
??uint32_t?HSIState;??????????????/*!<?The?new?state?of?the?HSI.
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_HSI_Config?*/
??uint32_t?HSICalibrationValue;???/*!<?The?HSI?calibration?trimming?value?(default?is?RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT).
???????????????????????????????????????This?parameter?must?be?a?number?between?Min_Data?=?0x00?and?Max_Data?=?0x1F?*/
??uint32_t?LSIState;??????????????/*!<??The?new?state?of?the?LSI.
????????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_LSI_Config?*/
??RCC_PLLInitTypeDef?PLL;?????????/*!<?PLL?structure?parameters?*/
#if?defined(STM32F105xC)?||?defined(STM32F107xC)
??RCC_PLL2InitTypeDef?PLL2;?????????/*!<?PLL2?structure?parameters?*/
#endif?/*?STM32F105xC?||?STM32F107xC?*/
}?RCC_OscInitTypeDef;
跟时钟源、分频相关的
/**
??*?@brief??RCC?System,?AHB?and?APB?busses?clock?configuration?structure?definition
??*/
typedef?struct
{
??uint32_t?ClockType;?????????????/*!<?The?clock?to?be?configured.
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_System_Clock_Type?*/
??uint32_t?SYSCLKSource;??????????/*!<?The?clock?source?(SYSCLKS)?used?as?system?clock.
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_System_Clock_Source?*/
??uint32_t?AHBCLKDivider;?????????/*!<?The?AHB?clock?(HCLK)?divider.?This?clock?is?derived?from?the?system?clock?(SYSCLK).
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_AHB_Clock_Source?*/
??uint32_t?APB1CLKDivider;????????/*!<?The?APB1?clock?(PCLK1)?divider.?This?clock?is?derived?from?the?AHB?clock?(HCLK).
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_APB1_APB2_Clock_Source?*/
??uint32_t?APB2CLKDivider;????????/*!<?The?APB2?clock?(PCLK2)?divider.?This?clock?is?derived?from?the?AHB?clock?(HCLK).
???????????????????????????????????????This?parameter?can?be?a?value?of?@ref?RCC_APB1_APB2_Clock_Source?*/
}?RCC_ClkInitTypeDef;
配置代码如下：
/**
??*?@brief?System?Clock?Configuration
??*?@retval?None
??*/
void?SystemClock_Config(void)
{
??RCC_OscInitTypeDef?RCC_OscInitStruct?=?{0};
??RCC_ClkInitTypeDef?RCC_ClkInitStruct?=?{0};
??/**?Initializes?the?RCC?Oscillators?according?to?the?specified?parameters
??*?in?the?RCC_OscInitTypeDef?structure.
??*/
??RCC_OscInitStruct.OscillatorType?=?RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;//时钟源为HSE
??RCC_OscInitStruct.HSEState?=?RCC_HSE_ON;?//打开HSE
??RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue?=?RCC_HSE_PREDIV_DIV2;
??RCC_OscInitStruct.HSIState?=?RCC_HSI_ON;
??RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState?=?RCC_PLL_ON;//打开PLL
??RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource?=?RCC_PLLSOURCE_HSE;//PLL时钟源选择HSE
??RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL?=?RCC_PLL_MUL9;
??if?(HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)?!=?HAL_OK)
??{
????Error_Handler();
??}
??/**?Initializes?the?CPU,?AHB?and?APB?buses?clocks
??*/
??RCC_ClkInitStruct.ClockType?=?RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
??????????????????????????????|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
??RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource?=?RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
??RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider?=?RCC_SYSCLK_DIV1;
??RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider?=?RCC_HCLK_DIV2;
??RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider?=?RCC_HCLK_DIV2;
??if?(HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct,?FLASH_LATENCY_2)?!=?HAL_OK)
??{
????Error_Handler();
??}
}
配置参数可以对照cubemx中时钟树图分析分析
跟时钟相关的宏定义基本都在STM32XXX_RCC.h中，就不再多列举了
在HAL_RCC_OscConfig，函数中对HSE的配置如下,贴出一部分代码,其他时钟源配置类似，贴了一些中文注释：
/*?Check?the?parameters?*/
??assert_param(IS_RCC_OSCILLATORTYPE(RCC_OscInitStruct->OscillatorType));
??/*-------------------------------?HSE?Configuration?------------------------*/?
??if(((RCC_OscInitStruct->OscillatorType)?&?RCC_OSCILLATORTYPE_HSE)?==?RCC_OSCILLATORTYPE_HSE)
??{
????/*?Check?the?parameters?*/
????assert_param(IS_RCC_HSE(RCC_OscInitStruct->HSEState));
????/*?When?the?HSE?is?used?as?system?clock?or?clock?source?for?PLL?in?these?cases?HSE?will?not?disabled?*/
???//判断HSE是否作为系统时钟，或者作为PLL时钟的来源
???
???
??//?RCC_CFGR_SWS_HSE=0x00000004
??//__HAL_RCC_GET_SYSCLK_SOURCE函数，获取CFGR位 3:2 SWS：?系统时钟切换状态?(System clock switch status)
???//判断3:2位是否为01，含义：01： HSE 振荡器用作系统时钟，这两个位为只读
???//也就是判断此时系统时钟或者主PLL时钟是否已经设置为HSE
???
???//RCC_CFGR_SWS_PLL=0x00000008 ,判断CFGR的第3为是否为1
????if((__HAL_RCC_GET_SYSCLK_SOURCE()?==?RCC_CFGR_SWS_HSE)?????????????????????????????????????????????????????????????????????||\
??????((__HAL_RCC_GET_SYSCLK_SOURCE()?==?RCC_CFGR_SWS_PLL)?&&?((RCC->PLLCFGR?&?RCC_PLLCFGR_PLLSRC)?==?RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE)))
????{???//PLL作为系统时钟，? RCC_PLLCFGR_PLLSRC=0x00400000，第22位，是否选择：1：选择 HSE 振荡器时钟作为 PLL 和 PLLI2S 时钟输入
??
??
??//如果HSE作为系统时钟来源，或者作为PLL时钟来源的话
??????if((__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY)?!=?RESET)?&&?(RCC_OscInitStruct->HSEState?==?RCC_HSE_OFF))
??????{
????//此时HSE已经打开了，或HSE没有使能，这里的任何一种情况都会导致失败
????????return?HAL_ERROR;
??????}
????}
????else??//否则的话，系统的时钟还没有进行初始化
????{
??????/*?Reset?HSEON?and?HSEBYP?bits?before?configuring?the?HSE?--------------*/
??
??//对RCC->CFGR?寄存器的23:16?清零，也就是复位HSEON(关闭振荡器)?和重置就绪位
??????__HAL_RCC_HSE_CONFIG(RCC_HSE_OFF);
??????
??//获取当前系统时间戳，用于判断关闭HSE是否超时
??????/*?Get?Start?Tick*/
??????tickstart?=?HAL_GetTick();
??????
??????/*?Wait?till?HSE?is?disabled?*/??
??????while(__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY)?!=?RESET)??//等待HSE关闭
??????{
????????if((HAL_GetTick()?-?tickstart?)?>?HSE_TIMEOUT_VALUE)
????????{
??????????return?HAL_TIMEOUT;??//超过最大时间为关闭HSE则，出错
????????}???????
??????}
??????
??????/*?Set?the?new?HSE?configuration?---------------------------------------*/
???//重新设置HSE,这个值来自于结构体，我们使用就需要使能，通过设置就可以对RCC->CFGR?寄存器的23:16，写此值
??????__HAL_RCC_HSE_CONFIG(RCC_OscInitStruct->HSEState);
??????
??????/*?Check?the?HSE?State?*/
???//再一次进行确认，我们是否设置了打开HSE
??????if((RCC_OscInitStruct->HSEState)?!=?RCC_HSE_OFF)
??????{
????//进入说明，我们的确是打开了
????????/*?Get?Start?Tick*/
????//获取当前系统时间戳
????????tickstart?=?HAL_GetTick();
??????
????????/*?Wait?till?HSE?is?ready?*/?
???//获取HSE就绪标志位，未就绪就等待
????????while(__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY)?==?RESET)
????????{
??????????if((HAL_GetTick()?-?tickstart?)?>?HSE_TIMEOUT_VALUE)
??????????{
????????????return?HAL_TIMEOUT;
??????????}?
????????}
??????}
??????else?//否则没有打开HSE的开关咯
??????{
????????/*?Get?Start?Tick*/
????????tickstart?=?HAL_GetTick();
?????????
????????/*?Wait?till?HSE?is?bypassed?or?disabled?*/
????????while(__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY)?!=?RESET)
????????{
??????????if((HAL_GetTick()?-?tickstart?)?>?HSE_TIMEOUT_VALUE)?//HSE_TIMEOUT_VALUE=5000
??????????{
????????????return?HAL_TIMEOUT;
??????????}?
????????}
??????}
????}
??}
摘出来这段，就是等待时钟相关标志位置位，保证系统处于稳定的状态
/*?Set?the?new?HSE?configuration?---------------------------------------*/
??????__HAL_RCC_HSE_CONFIG(RCC_OscInitStruct->HSEState);
??????/*?Check?the?HSE?State?*/
??????if?(RCC_OscInitStruct->HSEState?!=?RCC_HSE_OFF)
??????{
????????/*?Get?Start?Tick?*/
????????tickstart?=?HAL_GetTick();
????????/*?Wait?till?HSE?is?ready?*/
????????while?(__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY)?==?RESET)
????????{
??????????if?((HAL_GetTick()?-?tickstart)?>?HSE_TIMEOUT_VALUE)
??????????{
????????????return?HAL_TIMEOUT;
??????????}
????????}
??????}
??????else
??????{
????????/*?Get?Start?Tick?*/
????????tickstart?=?HAL_GetTick();
????????/*?Wait?till?HSE?is?disabled?*/
????????while?(__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY)?!=?RESET)
????????{
??????????if?((HAL_GetTick()?-?tickstart)?>?HSE_TIMEOUT_VALUE)
??????????{
????????????return?HAL_TIMEOUT;
??????????}
????????}
??????}
关于时钟的配置设计的寄存器是非常多的，小飞哥刚开始学习的时候，有寄存器版本和库函数版本，当时一看寄存器真精简啊，后来发现库函数用着好简单...后来就放弃了寄存器版本...
今天的分享就要OVER了，仅仅进行了比较粗略的介绍，希望对各位小伙伴有一些帮助，有疑问的可以＋小飞哥好友，一起交流学习
?
