前言
本文主要探讨STM32中比较重要的一个基础知识，RCC系统时钟，系统时钟也就是CPU的脉搏，决定CPU的速率，被誉为芯片的心跳，之后再文章中将会结合《STM32F10X-中文参考手册》进行介绍时钟树以及相关知识。
参考手册获取方式在上一篇博客中介绍
一、基础知识
（1）RCC – 复位和时钟控制器
RCC ：reset clock control 复位和时钟控制器。 时钟是单片机运行的基础，时钟信号推动单片机内各个部分执行相应的指令。单片机有了时钟，才能够运行执行指令。
（2）HSE – 高速外部时钟信号
HSE： High Speed External Clock signal，高速外部时钟信号，HSE 是高速的外部时钟信号，可以由有源晶振或者无源晶振提供，频率从4-16MHZ 不等。当使用有源晶振时，时钟从OSC_IN 引脚进入，OSC_OUT 引脚悬空，当选用无源晶振时，时钟从OSC_IN 和OSC_OUT 进入，并且要配谐振电容。HSE 最常使用的就是8M 的无源晶振
（3）LSE – 低速外部时钟信号
LSE： Low Speed External Clock signal，低速外部时钟信号，即是OSC32_IN和OSC32_OUT接口。外部用于RTC的32.768KHz晶振
（4）HSI – 高速内部时钟信号
HSI： High Speed Internal Clock signal，高速内部时钟信号，出厂校准的8MHz内部RC振荡器。
（5）LSI – 高速内部时钟信号
LSI： Low Speed Internal Clock signal，高速内部时钟信号，带有校准功能的40KHz的内部RC振荡器。
（6）RTC – 实时时钟
RTC： Real Time Clock实时时钟，用于带有年、月、日、小时、分钟、秒钟的计时器。时间显示时候使用
（7）PLL – 锁相环
PLL：锁相环倍频输出，PLL 时钟来源可以有两个，一个来自HSE，另外一个是HSI/2，倍频可选择为2~16倍，但是其输出频率最大不得超过72MHz。HSI 是内部高速的时钟信号，频率为8M，根据温度和环境的情况频率会有漂移，一般不作为PLL 的时钟来源。这里我们选HSE 作为PLL 的时钟来源
（8）PLLCLK – PLL时钟
通过设置PLL 的倍频因子， 可以对PLL 的时钟来源进行倍频， 倍频因子可以是:[2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16]， 具体设置成多少， 由时钟配置寄存器设置。例如：设置PLL 的时钟来源为HSE=8M，PLL设置为9 倍频，所以经过PLL 倍频之后的PLL时钟：PLLCLK = 8M *9 = 72M。
72M 是ST 官方推荐的稳定运行时钟，如果你想超频的话，增大倍频因子即可，最高为128M。
（9）SYSCLK – 系统时钟
SYSCLK：系统时钟，系统时钟来源可以是：HSI、PLLCLK、HSE，具体的时钟配置寄存器设置。最高72MHz
（10）AHB – 高级高性能总线
AHB：高级高性能总线，这是一种“系统总线”AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接。AHB 系统由主模块、从模块和基础结构(Infrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。
（11）APB
APB：是一种外围总线。APB主要用于低带宽的周边外设之间的连接，例如UART等，它的总线架构不像 AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB 桥。
（12）STM32 的多个时钟源
STM32本身十分复杂，外设非常多，但我们实际使用的时候只会用到有限的几个外设，使用任何外设都需要时钟才能启动，但并不是所有的外设都需要系统时钟那么高的频率，为了兼容不同速度的设备，有些高速，有些低速，如果都用高速时钟，势必造成浪费 。
而且同一个电路，时钟越快功耗越快，同时抗电磁干扰能力也就越弱，所以较为复杂的MCU都是采用多时钟源的方法来解决这些问题。所以便有了STM32的时钟系统和时钟树
（13）外部晶振与内部晶振的区别
外部晶振比较稳定而内部晶振的误差比较大，但如果对频率要求不高，如不涉及到串口通信和精确定时等情况时，则可以使用内部晶振。所以如果对频率要求不高，则一般是优先使用内部晶振。如果要省电，用到了SLEEP，则不能使用内部晶振，因为内部振荡会停止。
二、时钟树详解
首先简单介绍一下整个时钟树
在上图中标注了时钟树每一部分的组成，东西很多，看着也很乱，为了方便理解接下来选择其中的一条线进行介绍。
在上面这个图中，选取了一条时钟线，开始在（1）的位置 选择了外部高速时钟，一般选择8M，然后通过（2）的线路进入（3），在（3）也就是锁相环中，倍频选择x9，8M * 9 = 72M，经过前面的倍频，频率达到72M，也就是最大频率，之后进入APB预分频器（4）中，根据不同外设要求，根据不同外设需要挂载的总线，选择（5）或者（6），经过整个流程达到更改时钟频率的效果。小结一下：
系统时钟SYSCLK 的左边，系统时钟有很多种选择，也就是系统时钟可以从不同种类初始频率得到，就是设置系统时钟使用哪个时钟源;
系统时钟SYSCLK 的右边，则是系统时钟通过AHB预分频器，给相对应的外设设置相对应的时钟频率。
从左到右可以简单理解为 ，不同时钟源—>系统时钟来源的设置—>系统时钟—>AHB分频器—>各个外设分频倍频器 —> 外设时钟的设置
接下来分部分介绍：
系统时钟来源
由上图可知，系统时钟来源于三个部分：HSI 振荡器时钟、HSE 振荡器时钟、主 PLL (PLL) 时钟
初次之外还有两个次级时钟源
40 kHz 低速内部 RC (LSI RC)，该 RC 用于驱动独立看门狗，也可选择提供给 RTC 用于停机/待机模式下的自动唤醒。
32.768 kHz 低速外部晶振（LSE 晶振），用于驱动 RTC 时钟 (RTCCLK)
USB时钟源
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（唯一的），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
时钟输出
可以选择一个时钟信号输出到MCO脚(PA8)上，可以选择为PLL输出的2分频、HSI、HSE、或者系统时钟。可以把时钟信号输出供外部使用。
时钟监视系统（CSS）
STM32还提供了一个时钟监视系统（CSS），用于监视高速外部时钟（HSE）的工作状态。倘若HSE失效，会自动切换（高速内部时钟）HSI作为系统时钟的输入，保证系统的正常运行。
AHB分频器给外设提供时钟
AHB分频器可选择1、2、4、8、16、64、128、256、512分频；
系统时钟经过AHB分频器分到五个部分：
（1）内核总线：送给AHB总线、内核、内存和DMA使用的HCLK时钟。
（2）Tick定时器：通过8分频后送给Cortex的系统定时器时钟。
（3）I2S总线：直接送给Cortex的空闲运行时钟FCLK（Free running Clock）。
（4）APB1外设：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)，另一路送给通用定时器使用。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器2-7使用。
（5）APB2外设：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)，另一路送给高级定时器。该倍频器可选择1或者2倍频，时钟输出供定时器1和定时器8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。
在 APB1(低速外设) 上的设备有：电源接口、备份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看门狗、Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模块虽然需要一个单独的48MHz时钟信号，但它应该不是供USB模块工作的时钟，而只是提供给串行接口引擎(SIE)使用的时钟。USB模块工作的时钟应该是由APB1提供的。即： APB1负责DA，USB，SPI，I2C，CAN，串口2345，普通TIM等设备。
在 APB2(高速外设) 上的设备有：UART1、SPI1、Timer1、ADC1、ADC2、所有普通IO口(PA~PE)、第二功能IO口。即 APB2负责AD，I/O，高级TIM，串口1等设备。对于不同芯片APB挂载的设备，可以在STM32相对于的芯片参考手册中查看
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，一定要先使能对应的时钟。
系统时钟库函数
该函数截取自固件库文件system_stm32f103xe.c
为了方便阅读，我把英文注释翻译成了中文
该函数是直接操作寄存器的，有关寄存器部分请参考数据手册的RCC 的寄存器描述部分
void HSE_SetSysClock(void)
{
RCC_ClkInitTypeDef clkinitstruct = {0};
RCC_OscInitTypeDef oscinitstruct = {0};
/* Enable HSE Oscillator and activate PLL with HSE as source */
/* 使能HSE，并以HSE 作为PLL 时钟源*/
oscinitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
oscinitstruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
oscinitstruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
oscinitstruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
oscinitstruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
oscinitstruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&oscinitstruct)!= HAL_OK)
{
/* Initialization Error */
/* 初始化错误*/
while (1);
}
/* Select PLL as system clock source and configure the HCLK, PCLK1
and PCLK2 clocks dividers */
/* 选择PLL 作为系统时钟源并配置HCLK,PCLK1 和PCLK2 分频系数*/
clkinitstruct.ClockType = (RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |
RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1
| RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
clkinitstruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
clkinitstruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
clkinitstruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
clkinitstruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&clkinitstruct, FLASH_LATENCY_2)!= HAL_OK)
{
/* Initialization Error */
/* 初始化错误*/
while (1);
}
}
void HSI_SetSysClock(void)
{
RCC_ClkInitTypeDef clkinitstruct = {0};
RCC_OscInitTypeDef oscinitstruct = {0};
/* Enable HSE Oscillator and activate PLL with HSE as source */
/* 使能HSI, 并以HSI 作为PLL 时钟源*/
oscinitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
oscinitstruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
oscinitstruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
oscinitstruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
oscinitstruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
oscinitstruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&oscinitstruct)!= HAL_OK)
{
/* Initialization Error */
/* 初始化错误*/
while (1);
}
/* Select PLL as system clock source and configure the HCLK, PCLK1
and PCLK2 clocks dividers */
/* 选择PLL 作为系统时钟源并配置HCLK,PCLK1 和PCLK2 分频系数*/
clkinitstruct.ClockType = (RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |
RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1
| RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
clkinitstruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
clkinitstruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
clkinitstruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
clkinitstruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&clkinitstruct, FLASH_LATENCY_2)!= HAL_OK)
{
/* Initialization Error */
while (1);
}
}
总结
本文详细的介绍了STM32RCC时钟的相关知识，分析了整个时钟树，最后附上了相关的库函数。文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-509207.html
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