STM32系统时钟配置及时钟树

参考资料：《 STM32F4xx 中文参考手册》 RCC 章节。

STM32时钟可大致分为系统时钟和其它时钟两大类，总共包含5个时钟源 HSI(High Speed Internal Clock)、HSE(High Speed External Clock)、LSI(low Speed Internal Clock)、LSE(Low Speed External Clock )、PLL(Phase Locked Loop Clock)。

下图即为STM32时钟树，黄色标识部分即为系统时钟部分，橙色即为其它时钟部分。

一、系统时钟

①HSE（High Speed External Clock）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 4-26MHZ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 我们使用

25M 的无源晶振。如果我们使用 HSE 或者 HSE 经过 PLL倍频之后的时钟作为系统时钟 SYSCLK，当 HSE 故障时候，不仅

HSE 会被关闭，PLL也会被关闭，此时高速的内部时钟时钟信号HSI 会作为备用的系统时钟，直到 HSE 恢复正常，HSI=16M。

HSI（High Speed Internal Clock）高速内部时钟信号

由芯片内部RC振荡器提供，大小为16MHZ，当HSE故障时，系统时钟会自动切换到HSI，直到HSE 启动成功。

②锁相环 PLL（Phase Locked Loop ）

PLL的主要作用是对时钟进行倍频，然后把时钟输出到各个功能部件。PLL有两个，一个是主 PLL（黄色部分，为系统时钟部

分），另外一个是专用的 PLLI2S（橙色部分），他们均由 HSE 或者 HSI 提供时钟输入信号。

主 PLL有两路的时钟输出，第一个输出时钟 PLLCLK用于系统时钟，第二个输出用于 USB OTG FS 的时钟、RNG 和 SDIO 时

钟。专用的 PLLI2S 用于生成精确时钟，给 I2S 提供时钟。

HSE 或者 HSI 经过 PLL 时钟输入分频因子 M分频后，成为 VCO 的时钟输入，VCO 的时钟必须在 1~2M 之间，我们选择

HSE=25M 作为 PLL 的时钟输入，M 设置为 25，那么 VCO输入时钟就等于 1M。VCO 输入时钟经过 VCO倍频因子 N 倍频之

后，成为 VCO时钟输出，VCO时钟必须在 192~432M 之间。我们配置 N 为 360，则 VCO的输出时钟等于 360M。VCO 输出时

钟之后有三个分频因子：PLLCLK分频因子 p，USB OTG FS/RNG/SDIO时钟分频因子 Q，分频因子R

具体公式如下

PLLCLK = HSE(HSI) / M *N /P

PLL48CK = HSE(HSI) / M *N /Q

③系统时钟 SYSCLK

系统时钟来源可以是：HSI、PLLCLK、HSE，具体的由时钟配置寄存器 RCC_CFGR的 SW位配置。如果系统时钟是由HSE 经

过 PLL倍频之后的 PLLCLK 得到，当 HSE 出现故障的时候，系统时钟会切换为HSI=16M，直到 HSE 恢复正常为止。

④AHB 总线时钟 HCLK

系统时钟 SYSCLK 经过 AHB 预分频器分频之后得到时钟叫 AHB 总线时钟，即 HCLK，分频因子可以是:[1,2,4，8，16，64，

128，256，512]，具体的由时钟配置寄存器RCC_CFGR 的 HPRE 位设置。片上大部分外设的时钟都是经过 HCLK 分频得到，

至于 AHB总线上的外设的时钟设置为多少，得等到我们使用该外设的时候才设置。这里只需粗线条的设置好AHB的时钟即可。

⑤APB2总线时钟 PCLK2

APB2总线时钟 PCLK2 由 HCLK经过高速 APB2预分频器得到，分频因子可以是:[1,2,4，8，16]，具体由时钟配置寄存器

RCC_CFGR 的 PPRE2位设置。HCLK2属于高速的总线时钟，片上高速的外设就挂载到这条总线上，比如全部的 GPIO、

USART1、SPI等。至于 APB2总线上的外设的时钟设置为多少，得等到我们使用该外设的时候才设置。这里只需粗线条的设置好

APB2的时钟即可。

⑥APB1总线时钟 PCLK1

APB1 总线时钟 PCLK1 由 HCLK经过低速 APB预分频器得到，分频因子可以是:[1,2,4，8，16]，具体由时钟配置寄存器

RCC_CFGR的 PPRE1位设置。HCLK1属于低速的总线时钟，最高为 45M，片上低速的外设就挂载到这条总线上，比如

USART2/3/4/5、SPI2/3，I2C1/2等。至于 APB1总线上的外设的时钟设置为多少，得等到我们使用该外设的时候才设置。

这里只需粗线条的设置好APB的时钟即可。

系统初始化时钟过程如下

Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
        IMPORT  SystemInit
        IMPORT  __main

                 LDR     R0, =SystemInit
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main
                 BX      R0
                 ENDP

这是一个启动文件，当我们单片机上电后，首先执行的启动文件，会进入SystemInit函数

void SystemInit(void)
{
  /* FPU设置 ------------------------------------------------------------*/
  #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
    SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2));  /* set CP10 and CP11 Full Access */
  #endif
  /* 复位RCC时钟配置到默认的初始化状态 ------------*/
  /* Set HSION bit */
  RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

  /* Reset CFGR register */
  RCC->CFGR = 0x00000000;

  /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;

  /* Reset PLLCFGR register */
  RCC->PLLCFGR = 0x24003010;

  /* Reset HSEBYP bit */
  RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;

  /* Disable all interrupts */
  RCC->CIR = 0x00000000;

#if defined(DATA_IN_ExtSRAM) || defined(DATA_IN_ExtSDRAM)
  SystemInit_ExtMemCtl(); 
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM || DATA_IN_ExtSDRAM */
         
  /* 配置系统时钟 ----------------------------------*/
  SetSysClock();

  /* Configure the Vector Table location add offset address ------------------*/
#ifdef VECT_TAB_SRAM
  SCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
#else
  SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
#endif
}

在SystemInit中会配置系统时钟

配置系统时钟的代码如下

下面是CMSIS Cortex-M4设备外围设备访问层系统源文件中的设置系统时钟函数SetSysClock(void)

static void SetSysClock(void)
{

/******************************************************************************/
/*            使用HSE作为PLL的输入来配置系统时钟                                */
/******************************************************************************/
  __IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
  
  /* 一、使能HSE */
  RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);
 
  /* 等待HSE使能稳定，如果时间超时，则跳出 */
  do
  {
    HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
    StartUpCounter++;
  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));

  if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x01;
  }
  else
  {
    HSEStatus = (uint32_t)0x00;
  }
/*二、HSE稳定后，开始配置HCLK、PCLK2、PCLK1、PLL各自的预分频因子与倍频因子 */
  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
  {
	
	
		 /* 配置HCLK为1分频，即HCLK = 系统时钟 HCLK = SYSCLK / 1 */
		RCC->CFGR |= RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
    
		/*配置APB2总线时钟为2分频  PCLK2 = HCLK / 2 */
		RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE2_DIV2;
				
		/*配置APB1总线时钟为4分频PCLK1 = HCLK / 4 */
		RCC->CFGR |= RCC_CFGR_PPRE1_DIV4;
   
		/* 配置主PLL */
		RCC->PLLCFGR = PLL_M | (PLL_N << 6) | (((PLL_P >> 1) -1) << 16) |
										(RCC_PLLCFGR_PLLSRC_HSE) | (PLL_Q << 24);
   
    /* 三、使能主PLL */
    RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;

    /*等待主PLL稳定 */
    while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
    {
    }
/*------------------------------------------------------------------------------------------*/		   
		/* 使能Over-drive 模式来达到更高的时钟频率 */
		PWR->CR |= PWR_CR_ODEN;
		while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODRDY) == 0)        //判断Over-drive模式是否已经成功启动
		{
		}
		PWR->CR |= PWR_CR_ODSWEN;
		while((PWR->CSR & PWR_CSR_ODSWRDY) == 0)
		{
		}      
		/*选择FLASH预取指缓存的模式, 指令缓存, 数据缓存和等待缓存 */
		FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN | FLASH_ACR_ICEN |FLASH_ACR_DCEN |FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
/*------------------------------------------------------------------------------------------*/		
				
    /* 四、选择主PLL作为系统时钟源 */
    RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
    RCC->CFGR |= RCC_CFGR_SW_PLL;

    /*判断系统时钟是否已经稳定 */
    while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS ) != RCC_CFGR_SWS_PLL);
    {
    }
  }
  else
  { /* 如果HSE启动失败，那么时钟就会被错误的配置，用户可以在这里添加一些代码来处理错误 */
  }
 
}

系统时钟配置主要就是以上部分，系统时钟初始化就进行的是上述操作．

二、其它时钟

A、RTC时钟