AT32講堂055 | 雅特力AT32F413時(shí)鐘配置

簡(jiǎn)介

時(shí)鐘是芯片正確高效運(yùn)行的基礎(chǔ)，正確的時(shí)鐘配置是芯片能正確運(yùn)行的必要條件，其重要性不言而喻。AT32各系列產(chǎn)品的時(shí)鐘配置部分可能存在細(xì)微的差異和需要注意的事項(xiàng)，本文檔就著重針對(duì)各系列的情況來(lái)詳細(xì)介紹如何結(jié)合雅特力提供的V2.x.x的板級(jí)支持包（BSP）來(lái)配置時(shí)鐘。以下介紹時(shí)鐘配置的方法主要分兩種：1、以手動(dòng)編寫代碼調(diào)用BSP中提供的驅(qū)動(dòng)函數(shù)接口來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘配置。2、采用時(shí)鐘工具來(lái)配置并生成相應(yīng)的源碼文件。

時(shí)鐘樹(shù)

在進(jìn)行時(shí)鐘配置之前，應(yīng)充分了解對(duì)應(yīng)芯片的時(shí)鐘樹(shù)結(jié)構(gòu)，這樣在進(jìn)行時(shí)鐘配置時(shí)才會(huì)游刃有余。對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率及路徑的配置我們需要關(guān)注時(shí)鐘源、倍頻及系統(tǒng)時(shí)鐘部分。類似如下圖：圖1. 時(shí)鐘框圖可由圖中得到以下幾個(gè)關(guān)鍵信息：1)?SCLKSEL：系統(tǒng)時(shí)鐘可以由HEXT、PLLCLK、HICK三大時(shí)鐘源提供。2)?HEXT：HEXT是外部高速時(shí)鐘，其可以外接范圍是4~25 MHz的晶振或時(shí)鐘源。3)?HICK：HICK RC是內(nèi)部高速振蕩器，頻率為48 MHz。HICK時(shí)鐘由內(nèi)部振蕩器給出，但在初始情況下由HICKDIV控制并默認(rèn)6分頻后為8 MHz，亦可配置為不分頻，保持48 MHz的頻率。4)?PLLCLK：PLL時(shí)鐘=PLL輸入時(shí)鐘*PLL倍頻系數(shù)。5)?PLL輸入時(shí)鐘：PLL的輸入時(shí)鐘由PLLRCS及PLLHEXTDIV共同決定，其細(xì)分可分為三個(gè)來(lái)源：HICK 4MHz、HEXT和HEXTDIV，HEXTDIV由HEXT時(shí)鐘2分頻。

代碼配置解析

以下將以庫(kù)函數(shù)接口為核心來(lái)對(duì)時(shí)鐘配置流程和方法進(jìn)行說(shuō)明。

函數(shù)接口

各系列產(chǎn)品對(duì)應(yīng)提供的BSP中對(duì)硬件的時(shí)鐘設(shè)置部分已封裝好接口函數(shù)以供調(diào)用，以下羅列出時(shí)鐘配置常用的函數(shù)接口，各函數(shù)的具體參數(shù)及返回值類型等請(qǐng)參考at32f413_crm.c/.h文件。

時(shí)鐘配置流程

按常規(guī)應(yīng)用來(lái)講解時(shí)鐘配置流程，其內(nèi)容可大致分為如下步驟：圖2. 時(shí)鐘配置流程圖復(fù)位（CRM Reset）首先按規(guī)范流程應(yīng)復(fù)位CRM配置參數(shù)，其主要是將系統(tǒng)時(shí)鐘切換到HICK，其余的系統(tǒng)時(shí)鐘配置寄存器寫入默認(rèn)值，待后續(xù)進(jìn)行新配置參數(shù)的寫入。函數(shù)調(diào)用的代碼實(shí)現(xiàn)如下：時(shí)鐘源配置（Clock Source Configuration）與系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)的高速時(shí)鐘源主要包括HEXT和HICK，PLL也是使用以上時(shí)鐘源來(lái)進(jìn)行倍頻。需要在配置使能PLL前將所使用的PLL參考時(shí)鐘源開(kāi)啟并等待其穩(wěn)定。

HEXT

外部高速時(shí)鐘如采用外接有源時(shí)鐘的方式時(shí)，可開(kāi)啟旁路模式來(lái)進(jìn)行使用，采用晶振時(shí)，不能開(kāi)啟旁路模式，旁路模式應(yīng)在外部高速時(shí)鐘源使能前進(jìn)行設(shè)定，其默認(rèn)情況為關(guān)閉。旁路模式使能代碼實(shí)現(xiàn)如下：使能HEXT時(shí)鐘源并等待HEXT時(shí)鐘穩(wěn)定，代碼實(shí)現(xiàn)如下：

HICK

內(nèi)部高速時(shí)鐘是由芯片內(nèi)部振蕩器提供，使能HICK時(shí)鐘源并等待HICK時(shí)鐘穩(wěn)定，代碼實(shí)現(xiàn)如下：PLL配置（PLL Configuration）PLL配置主要包括：PLL時(shí)鐘源、PLL倍頻系數(shù)、PLL倍頻頻率范圍等的設(shè)置。倍頻時(shí)鐘公式為：PLLCLK=PLL輸入時(shí)鐘*PLL倍頻系數(shù)。

PLL時(shí)鐘源

PLL時(shí)鐘源細(xì)分有三個(gè)來(lái)源：1、HICK（4 MHz），2、HEXT，3、HEXT分頻時(shí)鐘，PLL時(shí)鐘源應(yīng)在PLL配置使能前開(kāi)啟并等待穩(wěn)定。以上PLL時(shí)鐘源在crm_pll_config函數(shù)中對(duì)應(yīng)的參數(shù)定義如下：當(dāng)選擇PLL時(shí)鐘源為CRM_PLL_SOURCE_HEXT_DIV時(shí)，HEXT的分頻系數(shù)默認(rèn)為2分頻。

PLL倍頻系數(shù)

倍頻系數(shù)為2~64倍可選，但應(yīng)該注意最高主頻限制，以此按實(shí)際情況來(lái)合適選擇倍頻系數(shù)，如8倍頻使用參數(shù)CRM_PLL_MULT_8。

PLL頻率范圍

頻率范圍主要以倍頻后的PLLCLK頻率來(lái)做設(shè)定，其范圍參數(shù)以72 MHz為界限設(shè)定，如下：當(dāng)PLL參數(shù)設(shè)置完成后，即可開(kāi)啟PLL并等待PLL穩(wěn)定。示例：外部時(shí)鐘晶振8 MHz，采用HEXT 2分頻時(shí)鐘作為PLL時(shí)鐘源，PLLCLK倍頻到192 MHz的代碼實(shí)現(xiàn)如下：總線分頻（Set Bus Frequency Division）總線分頻包含SCLK到AHBCLK分頻、AHBCLK到APB1CLK分頻、AHBCLK到APB2CLK分頻。AHB總線1分頻、APB1/APB2總線2分頻的代碼實(shí)現(xiàn)如下：切換系統(tǒng)時(shí)鐘（Switch System Clock）系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)源主要有三個(gè)：HICK、HEXT、PLLCLK。在切換系統(tǒng)時(shí)鐘到如上時(shí)鐘源時(shí)應(yīng)提前確保對(duì)應(yīng)時(shí)鐘源已穩(wěn)定。

順滑模式

時(shí)鐘順滑模式是為了確保整個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘切換過(guò)程的穩(wěn)定而設(shè)計(jì)，當(dāng)即將切換為系統(tǒng)時(shí)鐘的目標(biāo)時(shí)鐘頻率大于108 MHz時(shí)應(yīng)開(kāi)啟時(shí)鐘順滑模式，所以其主要應(yīng)用對(duì)象為PLLCLK用作系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)的場(chǎng)景。通常使用方法是在系統(tǒng)時(shí)鐘切換前開(kāi)始，切換成功后關(guān)閉。代碼實(shí)現(xiàn)如下：

HICK系統(tǒng)時(shí)鐘

內(nèi)部高速時(shí)鐘在系統(tǒng)復(fù)位重新運(yùn)行時(shí)默認(rèn)作為系統(tǒng)時(shí)鐘，后期代碼進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可有兩種頻率值來(lái)進(jìn)行設(shè)定（8 MHz和48 MHz）。如圖1所述HICK默認(rèn)情況下用的是8 MHz，可配置為48 MHz。HICK 8 MHz用作系統(tǒng)時(shí)鐘的代碼實(shí)現(xiàn)如下：HICK 48 MHz用作系統(tǒng)時(shí)鐘的代碼實(shí)現(xiàn)如下：

HEXT系統(tǒng)時(shí)鐘

外部高速時(shí)鐘用作系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，其系統(tǒng)時(shí)鐘頻率以實(shí)際使用的外部時(shí)鐘頻率為準(zhǔn)，范圍為 4~25 MHz。HEXT用作系統(tǒng)時(shí)鐘的代碼實(shí)現(xiàn)如下：

PLLCLK系統(tǒng)時(shí)鐘

PLLCLK用作系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，其系統(tǒng)時(shí)鐘頻率以實(shí)際的PLL倍頻結(jié)果為準(zhǔn)。其最高頻率應(yīng)滿足芯片規(guī)格為基礎(chǔ)。PLLCLK用作系統(tǒng)時(shí)鐘的代碼實(shí)現(xiàn)如下：更新核心頻率（Update Core Frequency）提供的BSP中，其代碼框架內(nèi)保留了一個(gè)表示系統(tǒng)核心頻率的參數(shù)值system_core_clock，其保存的是CPU核心的運(yùn)行頻率值，應(yīng)該在每次系統(tǒng)時(shí)鐘配置完成后來(lái)進(jìn)行更新。為的是在整個(gè)代碼框架下，各外設(shè)驅(qū)動(dòng)的頻率配置能很快獲取到當(dāng)前核心運(yùn)行頻率值并使用。代碼實(shí)現(xiàn)如下：

時(shí)鐘配置示例

以下將以完整的時(shí)鐘配置流程來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，示例：由8 MHz外部時(shí)鐘晶振作為時(shí)鐘源，其2分頻路徑經(jīng)PLL倍頻到192 MHz并用做系統(tǒng)時(shí)鐘，AHB不分頻，APB1/APB2采用2分頻。函數(shù)system_clock_config代碼實(shí)現(xiàn)如下：

時(shí)鐘工具

時(shí)鐘配置工具是雅特力科技為方便對(duì)AT32系列MCU進(jìn)行時(shí)鐘配置而開(kāi)發(fā)的一個(gè)圖形化配置工具，其主旨是使用戶清晰了解時(shí)鐘路徑和配置出期望的時(shí)鐘頻率并生成源碼文件。

環(huán)境要求

軟件要求

需要Windows7及以上操作系統(tǒng)支持。

安裝

軟件安裝

本軟件不需要安裝，只需直接運(yùn)行可執(zhí)行程序AT32_New_Clock_Configuration.exe。

功能介紹

本章節(jié)將介紹此工具的基本操作，其主要的啟動(dòng)界面和配置界面如下所示圖3. 啟動(dòng)界面圖4. 配置界面

菜單欄

菜單欄內(nèi)容如圖所示：圖5. 菜單欄

“項(xiàng)目”（Project）菜單：

新建：新建時(shí)鐘配置項(xiàng)目打開(kāi)：打開(kāi)已存在的配置項(xiàng)目保存：保存已打開(kāi)的配置項(xiàng)目

“語(yǔ)言”（Language）菜單：

English：選擇English作為顯示語(yǔ)言簡(jiǎn)體中文：選擇簡(jiǎn)體中文作為顯示語(yǔ)言

“生成代碼”（General code）菜單：

當(dāng)在對(duì)應(yīng)型號(hào)的操作配置界面將所期望的時(shí)鐘路徑和時(shí)鐘頻率配置完成之后，可點(diǎn)擊“生成代碼”菜單來(lái)選擇源碼文件的存儲(chǔ)路徑并生成相應(yīng)的源碼文件。

“幫助”（Help）菜單：

新版本下載：聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行新版本下載版本：查看當(dāng)前版本

新建配置項(xiàng)目

雙擊打開(kāi)時(shí)鐘配置工具，可看到圖示的啟動(dòng)界面，可點(diǎn)擊“項(xiàng)目”菜單-->“新建”，進(jìn)行配置項(xiàng)目的新建，在新建配置項(xiàng)目的過(guò)程中需要對(duì)芯片的系列所屬進(jìn)行選擇，操作方法如下圖所示圖6. MCU選擇界面

MCU系列的選擇，可點(diǎn)擊下拉框來(lái)進(jìn)行選擇，當(dāng)選擇好MCU后點(diǎn)擊“確定”可進(jìn)入到時(shí)鐘配置界面。

配置界面的使用

配置界面主要用來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘路徑及參數(shù)的配置，以下的介紹將以AT32F413系列作為示例來(lái)展開(kāi)進(jìn)行，其余系列的配置方法與此類似。

整個(gè)配置界面主要可以分為四個(gè)大塊，如下圖所示

圖7. 配置界面框架1. 標(biāo)題部分：用于展示當(dāng)前配置項(xiàng)目所選擇的MCU系列。2. 配置部分：用于對(duì)時(shí)鐘路徑和時(shí)鐘參數(shù)進(jìn)行選擇和配置，以達(dá)到期望的應(yīng)用需求。3. 輸出部分：用于時(shí)鐘輸出（CLKOUT）的配置。4. 在SCLK欄也可在選中PLL為系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)作為輸入框，可輸入期望的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率來(lái)反向自動(dòng)配置出倍頻參數(shù)。5. 結(jié)果部分：用于顯示當(dāng)前外設(shè)所使用的時(shí)鐘頻率及總線上的外設(shè)。

接下來(lái)就著重介紹一下配置部分的使用。配置部分的流程界面是對(duì)應(yīng)著MCU時(shí)鐘樹(shù)來(lái)進(jìn)行的，各系列MCU的此部分可能存在著差異，但使用方式大同小異。時(shí)鐘路徑的配置可按流程對(duì)各開(kāi)關(guān)進(jìn)行點(diǎn)選來(lái)進(jìn)行選擇，配置部分如下圖所示，將逐個(gè)流程點(diǎn)的功能及其注意事項(xiàng)進(jìn)行介紹。

圖8. 時(shí)鐘配置框1. rtc使能：rtc時(shí)鐘代碼配置的使能下拉框。2. rtcsel：點(diǎn)選框，rtc時(shí)鐘源選擇。當(dāng)rtc使能開(kāi)啟后，此點(diǎn)選框可配置。3. lext bypass：外部低速時(shí)鐘的旁路使能。4. hext：此為輸入框，8 MHz為所采用外部時(shí)鐘源的默認(rèn)頻率，用戶可根據(jù)實(shí)際使用的外部時(shí)鐘源頻率進(jìn)行修改。（注：此8 MHz被修改為其他頻率值時(shí)，對(duì)應(yīng)的BSP中demo目錄下的inc/at32f413_conf.h文件內(nèi)的HEXT_VALUE宏定義也應(yīng)該一致修改，也可以采用工具生成的at32f413_conf.h文件來(lái)進(jìn)行使用）。5. hext bypass：高速外部時(shí)鐘的旁路使能。6. pllhextdiv：點(diǎn)選框，當(dāng)HEXT作為PLL時(shí)鐘源時(shí)，可配置輸入頻率為HEXT分頻或HEXT不分頻。7. pllrcs：點(diǎn)選框，可配置PLL時(shí)鐘源為HEXT或HICK。8. 倍頻系數(shù)：使用PLL_MULT參數(shù)進(jìn)行倍頻，計(jì)算公式為：PLLCLK=PLL輸入時(shí)鐘*PLL_MULT。為了用戶的使用方便，在選定PLL輸入時(shí)鐘源后，結(jié)果部分的sclk框中輸入目標(biāo)時(shí)鐘并按下鍵盤“Enter”鍵，會(huì)自動(dòng)計(jì)算一組倍頻參數(shù)以滿足用戶期望或相近的時(shí)鐘頻率。9. sclk select：點(diǎn)選框，可配置HEXT、PLL或HICK作為系統(tǒng)時(shí)鐘。10. sclk頻率：當(dāng)采用正向配置時(shí)，此作為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的配置結(jié)果顯示，當(dāng)將其用作輸入框時(shí)，輸入期望的頻率后點(diǎn)擊回車鍵，會(huì)根據(jù)此輸入值反向計(jì)算一組合適的或最接近期望值的PLL配置參數(shù)。11. hick to sclk：點(diǎn)選框，當(dāng)sclk select選擇HICK作為系統(tǒng)時(shí)鐘時(shí)，可配置HICK的8 MHz或48?MHz到系統(tǒng)時(shí)鐘（注：當(dāng)選擇48 MHz HICK到系統(tǒng)時(shí)鐘后，CLKOUT輸出HICK時(shí)的頻率也為48 MHz）。12. usbdiv：下拉框。當(dāng)PLL時(shí)鐘被選作為USB的時(shí)鐘來(lái)源時(shí)，此處配置PLL時(shí)鐘到USB時(shí)鐘的分頻系數(shù)。13. hick to usb：點(diǎn)選框，可配置USB時(shí)鐘由PLL時(shí)鐘或HICK 48 MHz提供，USB時(shí)鐘配置代碼由下拉框to usb來(lái)進(jìn)行選擇控制。因USB時(shí)鐘需要的是固定48 MHz，所以在usbdiv可分頻參數(shù)為前提下，PLL倍頻出來(lái)的頻率可能不滿足USB 48 MHz的時(shí)鐘需求。14. USB使能：USB時(shí)鐘代碼配置的使能下拉框。15. USB時(shí)鐘頻率的顯示。此顯示欄會(huì)實(shí)時(shí)計(jì)算USB時(shí)鐘的頻率并顯示，如果配置出來(lái)的USB時(shí)鐘不等于48 MHz時(shí)，顯示出來(lái)的USB時(shí)鐘頻率會(huì)標(biāo)注為紅色，而實(shí)際應(yīng)用中沒(méi)有用到USB時(shí)選擇disable則不會(huì)顯示。（注：此部分只針對(duì)USB時(shí)鐘頻率的配置，USB外設(shè)時(shí)鐘使能需自行額外打開(kāi)）

生成代碼

當(dāng)時(shí)鐘配置完成后，可點(diǎn)擊生成代碼，然后選擇代碼生成的路徑并確認(rèn)，最后會(huì)在所選目錄下生成兩個(gè)文件夾inc和src，源文件存放在src文件夾下，頭文件存放在inc文件夾下。這些文件可結(jié)合到BSP_V2.x.x內(nèi)的工程來(lái)進(jìn)行使用。可以采用新生成的時(shí)鐘代碼文件（at32f4xx_clock.c/at32f4xx_clock.h/at32f4xx_conf.h）將原BSP demo中的對(duì)應(yīng)文件替換，在main函數(shù)中進(jìn)行system_clock_config函數(shù)調(diào)用即可。

注意事項(xiàng)

外部時(shí)鐘源(HEXT)修改

因本文檔所示例的demo和配置工具都默認(rèn)采用的8 MHz外部時(shí)鐘頻率，當(dāng)實(shí)際硬件使用的外部時(shí)鐘源是非8 MHz頻率時(shí)需注意以下幾點(diǎn)。

• 代碼修改

1、以實(shí)際的外部時(shí)鐘頻率按文中時(shí)鐘配置流程章節(jié)所描述的時(shí)鐘配置流程及方法來(lái)編寫相應(yīng)的代碼，配置出期望的時(shí)鐘配置及時(shí)鐘路徑。2、修改對(duì)應(yīng)demo工程中at32f4xx_conf.h文件的HEXT_VALUE值，以實(shí)際使用的外部時(shí)鐘源頻率值來(lái)進(jìn)行修改。如實(shí)際外部高速時(shí)鐘使用12.288 MHz的晶振或時(shí)鐘源時(shí)，at32f4xx_conf.h文件應(yīng)修改如下：

• 工具修改

1、在時(shí)鐘配置工具中的HEXT輸入框內(nèi)填入外部時(shí)鐘源實(shí)際頻率值并按“Enter”鍵確認(rèn)。2、配置好所需的時(shí)鐘路徑及時(shí)鐘頻率，生成代碼。采用新生成的時(shí)鐘代碼文件（at32f4xx_clock.c/at32f4xx_clock.h/at32f4xx_conf.h）將原BSP demo中的對(duì)應(yīng)文件替換或取其中函數(shù)內(nèi)容進(jìn)行替換，在main函數(shù)中進(jìn)行system_clock_config函數(shù)調(diào)用即可。

工具使用

在使用本時(shí)鐘配置工具時(shí)需注意：1. 此工具生成的時(shí)鐘配置源碼文件需結(jié)合雅特力科技提供的BSP_V2.x.x進(jìn)行使用。2. 不同系列所生成的時(shí)鐘配置源碼文件不能型號(hào)混用，只能在相對(duì)應(yīng)的工程項(xiàng)目中進(jìn)行調(diào)用。3. 配置工具中各輸入框參數(shù)修改后，請(qǐng)以“Enter”鍵結(jié)束。PS. 案例介紹可點(diǎn)擊文末”閱讀原文”查看關(guān)于雅特力雅特力科技于2016年成立，是一家致力于推動(dòng)全球市場(chǎng)32位微控制器(MCU)創(chuàng)新趨勢(shì)的芯片設(shè)計(jì)公司，擁有領(lǐng)先高端芯片研發(fā)技術(shù)、完整的硅智財(cái)庫(kù)及專業(yè)靈活的整合經(jīng)驗(yàn)，分別在重慶、深圳、蘇州、上海、臺(tái)灣設(shè)有研發(fā)、銷售及技術(shù)支持分部。