深入浅出地了解STM32中的时钟树
1 本文的目标
?弄明白下面这个图，也就是时钟树
2 到底什么是时钟信号？
可以这么说：
?In electronics and especially synchronous digital circuits, a clock signal is a particular type of signal that oscillates between a high and a low state and is utilized like a metronome to coordinate actions of circuits.
?时钟信号是一种特殊类型的信号，它在高低状态之间振荡，并像节拍器一样被用来协调电路的动作。
3 时钟信号是怎么产生的？
?之前写的这篇文章，略有设计：在 keil 建立基于STM32开发的工程模板–详细步骤
4 时钟信号有几类
STM32Fl03 相关时钟 可以分为以下 3 种：
（1） 输入时钟
（2） 系统时钟
（3） 其他时钟：由系统时钟分频得到
4.1 输入时钟
?STM32Fl03 的 输入时钟可以来自不同的时钟源。
?从频率和源角度来分，分类如下：
?高速时钟为 STM32Fl03 的主时钟提供时钟信号，
?低速时钟仅为实时时钟 (Real Time Clock, RTC) 和独立看门狗(Independent Watch Dog, IWDG)提供时钟信号。
?从芯片角度来分，可以分为内部时钟（片内时钟）和外部时钟源（片外时钟）。内部时钟由芯片内部 RC振荡器产生，起振较快，因此系统主时钟在芯片刚上电时默认采用内部高速时钟。而外部时钟通常由外部晶振输入，在精度和稳定性上都具有很大的优势。
?因此，通常上电之后通过软件配置将主时钟转而采用外部高速时钟信号。
（1）高速外部时钟
?高速外部时钟 (High Speed External clock signal, HSE)通常以外部晶振作为时钟源，晶振频 率可取范围为 4 ~ 16MHz, ST 官方推荐选取 8MHz 外接晶振作为
STM32Fl03 微控制器的 HSE。
?下面即以外接8MHz晶振作为高速外部时钟为例,沿着下图的STM32F103时钟树，介绍STM32F103的时钟系统是如何从高速外部时钟(8MHz晶振)开始一步步得到系统时钟SYSCLK。
OSC_IN 和 OSC_0UT ： 从最左端的 osc_IN 和 OSC_ OUT 开 始，
STM32Fl03 的这两个引脚分别连接到 8MHz 外部晶振的两端。
PLLXTPRE: 8M 的 HSE 遇到多路选择器 PLLXTPRE(HSE divider for PLL entry)。 通过编程配置寄存器，可以选择 PLLXTPRE的输出 ： 对输入时钟的二分频或不分频。 通常选择不分频，因此，经过 PLLXTPRE 后，输出仍然是 8MHz 的时钟信号。
PLLSRC: 8MHz的HSE遇到多路选择器PLLSRC (PLL entry clock source)。 同
样可以通过配置寄存器，选择PLLSRC 的输出是高速外部时钟HSE或高速内部时钟
HSI。 通常，选择输出为高速外部时钟HSE。
PLL: 8MHz的HSE遇到锁相环CPLL )，经过PLL 后，输出时钟称为PLLCLK。 通
过配置PLL 寄存器，选择倍频系数 PLLMUL (PLL mul tipli cation factor)，可以决定
PLLCLK输出频率。 通常，为了使STM32Fl03满频工作，通常将倍频系数设为9。 于是，经过PLL后，原来8MHz的时钟HSE变成了72MHz的时钟PLLCLK。
SW: 72MHz的PLLCLK遇到多路选择器SW。 通过配置寄存器，可以选择SW输
出为PLLCLK、HSE或HSI。 SW输出就是STM32Fl03的系统时钟SYSCLK，通常选
择PLLCLK作为SW输出。 因此，STM32Fl03的系统时钟SYSCLK 为72MHz。
（2） 高速内部时钟
高速内部时钟(High Speed Internal clock signal, HSI)由片内RC振荡器产生，频率
为8MHz，但不稳定。 STM32Fl03从上电开始即采用HSI作为初始的系统时钟。
（3）低速外部时钟
低速外部时钟(Low Speed External clock signal , LSE)通常以外部晶振作为时钟源，
主要提供给实时时钟模块，所以一般采用32. 768 kHz。
（4） 低速内部时钟
低速内部时钟(Low Speed Internal clock signal, LSI)由片内RC振荡器产生，可以
提供给实时时钟模块和看门狗模块，频率为40 kHz。
4.2 系统时钟
?从上可知，系统时钟SYSCLK 由多路选择器SW根据用户设置选择PLLCLK、HSE或HSI中的一路输出而得。 SYSCLK的最高频率可达72MHz（通常也工作在72MHz), 是STM32Fl03大部分 部件的时钟来源。
?通常，STM32Fl03从上电开始 ，选用HSI作为初始的系统时钟。 在完成初始化后，一般选用更加稳定可靠的HSE作为系统时钟的来源。为了让用户能够实时检测时钟系统是否运行正常，ST 在STM32Fl03 系列微控制器上专门提供了引脚MCO(M ai nC lock Output，主时钟输出）。 用户可以通过软件编程，选择SYSCLK、PLLCLK、HSE或HSI中的一路在MCO上输出。
4.3 其他时钟
?系统时钟SYSCLK 经过AHB预分频器输出到STM32Fl03的各个部件：
?（1）HCLK: 高速总线AHB的时钟，由系统时钟SYSCLK 经AHB预分频器后直接得到。 通常， 将AHB预分频系数设置为1,HCLK即 为72MHz，最高 也为72MHz。 HCLK为Cortex-M3内核存储器和DMA提供时钟信号。 它 是Cortex-M3内核的运行时钟。 由此可见， CPU主频就是这个时钟信号。 通常情况下 CPU运行于 高 ， STM32Fl03的频率72MHz。
?（2）FCLK: Cortex-M3内核的 “自由运行” 时钟，同样由系统时钟SYSCLK经AHB预分频器后直接得到。 它与HCLK互相同步，最大 也 是72MHz。 所谓的不来自 HCLK 。 因 此在HCLK停止时FCLK仍能继续运行。 这样 ，可以保证即使在Cortex-M3内核睡眠时也能采样到中断和跟踪休眠事件。
?（3）PCLK1: 外设时钟，由系统时钟SYSCLK经AHB预分频器，再经APBl预分频器后得到。 通常情况下，将AHB的预分频系数设置为1，将APB1 的预分频系数设置为2， PCLK1 即为36MHz，它的最大频率也为36MH 。 PCLK1为挂载在APB1 总线上的外设提供时钟信号，如USART2、USART3、UART4、UART5、SPI2/I2S、SPI3/I2S、I2C1、I2C2、USB、RTC、CAN、DAC、PWR、BKP、IWDG、WWDG等。类似地，如需使用以上挂载在APB2总线上的外设，必须先开启APB2总线上该外设的时钟。
?（4）PCLK2: 外设时钟，由系统时钟SYSCLK经AHB预分频器，再经APB2预分频器后得到。 通常情况下 ，将AHB预分频系数和APB2的预分频系数都设置为1，PCLK2即为72MHz，它的最大频率也为72MH 。PCLK2为挂载在APB2总线上的外设提供时钟信号，如GPIOA、GPIOB、GPIOC、GPIOD、GPIOE、GPIOF、GPIOG、USART1、SPI1、EXTI、AFIO等。 尤其需要注意的 是，如需使用以上 挂载在APB2总线上的外设 ，必须先开启APB2总线上该外设的时钟。
?（5）SDIOCLK: SDIO外设的时钟，由系统时钟SYSCLK经AHB预分频器后直接得
SDI 到。 类似地，如需使用SDIO外设，必须先开启SDIOCLK 。
?（6）FSMCCLK: 可变静态存储控制器的时钟，由系统时钟SYSCLK经AHB预分频器
后直接得到。类似地 ，如需使用 FSMC外接存储器，必须先开启FSMCCLK 。
?（7）STCLK: 系统定时器 SYSTICK的外部时钟源，由系统时钟SYSCLK 经 AHB 预分频器，再经过 8分频后得到， 等千HCLK/8。除了外部时钟源 STCLK ， 系 统定时器SYSTICK还可以将FCLK作为内部时钟源 。
?（8）TIMXCLK: 定时器 2到定时器 7的内部时钟源，由APBl总线上的时钟PCLK1 经
过倍频后得到。 类似地，如需使用定时器 2到定时器 7 中的任意一个或多个，必须先开
启APB2总线上对应的定时器时钟。
?（9）TIMxCLK: 定时器 1和定时器8的内部时钟源，由APB2总线上的时钟PCLK2经
过倍频后得到。 类似地，如需使用定时器1或定时器8 ，必须先开启APBl总线上定时器
1或定时器8的时钟。
?（10）ADCCLK : ADC1、ADC2、ADC3的时钟， 由APB2总线上的时钟 PCLK2 经 ADC 预分频器得到。 ADCCLK最大为14MHz。
5 why so complication？
?最后，为什么STM32Fl03的时钟系统 会显得如此复杂呢？因为有倍频、分频和一系列外设时钟的开关。 首先，倍频是考虑到电磁兼容性，如果直接外接一个 72MHz的晶振， 过高的振荡频率会给制作电路板带来难度。
?其次，分频是因为STM32Fl03各个片上外设的工作频率不尽相同，既有高速外设又有 低速外设， 需要把高速外设和低速外设分开管理。
?最后，每个 STM32F103外设都配备了时钟开关。 当使用某个外设时， 一定要打开该外设的时钟；而当不使用某个外设时，可以把这个外设时钟关闭，从而降低STM32的整体功耗。