STM32-复位和时钟控制RCC
- 2-STM32-复位和时钟控制RCC
- 摘要
- 说明
-
- 本文参考资料如下:
- 一、STM32最小系统回顾
-
- STM32F103C8T6核心板原理图
- 二、复位
- 三、时钟
-
- 3.1 时钟树
- 3.2 STM32启动过程
- 3.2 SystemInit()函数
-
- 3.2.1 SystemInit()第1句:
- 3.2.2 SystemInit()第2句:
- 3.2.3 SystemInit()第3句:
- 3.3 SetSysClock()函数:
- 3.4 SetSysClockTo72()函数:
-
- 3.4.1 SetSysClockTo72()第1句:
- 3.4.2 SetSysClockTo72()第2句:
- 3.4.3 SetSysClockTo72()第3句:
- 3.4.4 SetSysClockTo72()第4句:
- 3.4.5 SetSysClockTo72()第5句:
- 3.4.6 SetSysClockTo72()第6句:
- 3.4.7 SetSysClockTo72()第7句:
- 四、标准库与HAL库区别
-
- 4.1 HAL库SystemInit()函数
- 4.1 HAL库配置系统时钟为72MHz函数
-
- 4.1.1 Stm32_Clock_Init函数
- 4.1 HAL库配置系统时钟为72MHz函数
- 五、总结
- 六、资料连接
2-STM32-复位和时钟控制RCC
摘要
在上一篇文章中,我们讲解了STM32F103C8T6最小系统中复位和时钟硬件部分 ,在本章中讲解最小系统中的复位和时钟的软件部分 。本文章根据《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节复位和时钟为依据,并介绍时钟源选择外部8MHz晶震HSE,通过SystemInit()函数将STM32时钟配置为72HMz的代码,并在最后对比标准库和HAL库对时钟配置的不同。
说明
本系列,将整理STM32F103内置外设的使用,"基于标准库"进行学习开发,并将手册说明与标准库代码进行对应学习,在文章最后提供本系列中参考的文章和工程代码下载链接。
本文参考资料如下:
markdown
## 1.硬件平台
STM32F103C8T6最小系统板
## 2.软件平台
MDK5
## 3.参考文档
1.《1-STM32F10x-中文参考手册》
2.《3-STM32F103xCDE数据手册-中文》
3. 《STM32F103C8T6核心板原理图》
4.《Cortex-M3权威指南》
一、STM32最小系统回顾
在上一节STM32最小系统中,讲解了STM32最小系统由:电源、时钟、下载、复位、启动 五个部分组成,本文主要讲解时钟和复位两个部分,因为这两个部分和后续编程紧密相连,而电源、下载、启动三个部分相对固定,编程上不需要太多改动。
STM32F103C8T6核心板原理图

图中标红的两个部分,时钟和复位就是本文要讲述的部分。复位使用NRST引脚复位 ,时钟使用外部晶体震荡器HSE
二、复位
由《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节复位和时钟可知,STM32复位方式有三类:系统复位、上电复位、备份区域复位 ,其中系统复位包含了:NRST引脚复位 。
由系统复位方式可知:一共有5种复位方式,STM32最小系统中的复位就是NRST引脚复位,是硬件复位方式,也是最常用的一种复位方式。其余四种都是软件复位,IWDG、WWDG、SW三种复位方式,在后续看门狗实验时讲解。低功耗复位在低功耗实验时讲解。
三、时钟

根据《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节时钟部分可知,STM32F103有5种时钟源,但是系统时钟源SYSCLK只有三种选择,HSE、HSI、PLL,LSI和LSE两种低速时钟是提供给RTC和IWDG使用。其中HSE和LSE是需要我们自己外接晶振的,HSI和LSI是STM32F103C8T6内置的,PLL是取自HSE或HSI。由于HSI不精确,所以为了系统时钟SYSCLK能达到72MHz,我们只能选择HSE。如果没有外接HSE的话,单片机会自动使用内部8MHz的HSI作为系统时钟SYSCLK,此时系统时钟就只有8MHz,且不精确。
3.1 时钟树

时钟树是《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节时钟 的图,此图介绍了5种时钟源是如何提供给单片机内部其它外设的,我们本文主要关心图中红色线:通过外接8MHz晶振,并通过倍频器PLL进行9倍放大后,得到72MHz的系统时钟SYSCLK的过程。外接8MHz晶振我们在STM32最小系统中,我们已经连接了时钟电路,即已经接好了外部8MHz晶振,接下来我们通过SystemInit()函数 配置RCC的时钟控制寄存器CR和时钟配置寄存器CFGR,将SYSCLK配置为72MHz。
注:图中梯形表示选择器,矩形表示执行器。
3.2 STM32启动过程
单片机上电后第一行执行的代码是汇编文件startup_stm32f10x_md.s中的Reset_Handler标签,然后执行SystemInit()后才执行main()。所以在执行我们的main()函数之前,单片机会执行SystemInit()函数将单片机时钟配置为72MHz。
Assembly
; Reset handler
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT __main
IMPORT SystemInit
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP
3.2 SystemInit()函数
在SystemInit()函数中会调用SetSysClock()--->>SetSysClockTo72(),SetSysClockTo72()执行完后STM32系统时钟为72MHz,是8MHz外部高速晶振HSE通过PLL进行9倍频后得到。
C
void SystemInit (void)
{
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
/* Set HSION bit */
RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
/* Reset HSEBYP bit */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
#ifdef STM32F10X_CL
/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x00FF0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#else
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */
#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
#ifdef DATA_IN_ExtSRAM
SystemInit_ExtMemCtl();
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif
/* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers */
/* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */
SetSysClock();
#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
}
3.2.1 SystemInit()第1句:
C
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
/* Set HSION bit */
RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

这一行通过位或运算,将RCC->CR寄存器最低位置1,开启HSI时钟。这一句其实我感觉不要也是可以的,因为手册中CR寄存器复位值是0x0000 xx83,即HSION默认值就是1。
3.2.2 SystemInit()第2句:
C
/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CL
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;

其中#ifndef STM32F10X_CL条件成立,因为在STM32F103C8T6标准库中,并没有定义这个宏,因此执行RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;正如备注所示是复位SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits。对照时钟复位寄存器CFGR中说明,0x00转化二进制是0000 0000,即SW[1:0]被置为00,HPRE[3:0]被置为0000,PPRE1[2:0]被置为000,PPRE2[2:0]被置为000,ADCPRE[1:0]被置为00。0xF8转为二进制是1111 1000,即MCO[2:0]被置为000。
3.2.3 SystemInit()第3句:
C
/* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
/* Reset HSEBYP bit */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
这三句和备注一样,对应查看CR寄存器和CFGR寄存器对应位说明,将右边的16进制数转化位二进制后对应查看。
3.3 SetSysClock()函数:
C
static void SetSysClock(void)
{
#ifdef SYSCLK_FREQ_HSE
SetSysClockToHSE();
#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHz
SetSysClockTo24();
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHz
SetSysClockTo36();
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHz
SetSysClockTo48();
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHz
SetSysClockTo56();
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHz
SetSysClockTo72();
#endif
/* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clock
source (default after reset) */
}

在system_stm32F10x.c的115行定义了宏SYSCLK_FREQ_72MHz,所以会执行 SetSysClockTo72()。
3.4 SetSysClockTo72()函数:
C
static void SetSysClockTo72(void)
{
__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
/* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/
/* Enable HSE */
RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);
/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
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;
}
if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
{
/* Enable Prefetch Buffer */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
/* Flash 2 wait state */
FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;
/* HCLK = SYSCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
/* PCLK2 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
/* PCLK1 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
#ifdef STM32F10X_CL
/* Configure PLLs ------------------------------------------------------*/
/* PLL2 configuration: PLL2CLK = (HSE / 5) * 8 = 40 MHz */
/* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLL2 / 5 = 8 MHz */
RCC->CFGR2 &= (uint32_t)~(RCC_CFGR2_PREDIV2 | RCC_CFGR2_PLL2MUL |
RCC_CFGR2_PREDIV1 | RCC_CFGR2_PREDIV1SRC);
RCC->CFGR2 |= (uint32_t)(RCC_CFGR2_PREDIV2_DIV5 | RCC_CFGR2_PLL2MUL8 |
RCC_CFGR2_PREDIV1SRC_PLL2 | RCC_CFGR2_PREDIV1_DIV5);
/* Enable PLL2 */
RCC->CR |= RCC_CR_PLL2ON;
/* Wait till PLL2 is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLL2RDY) == 0)
{
}
/* PLL configuration: PLLCLK = PREDIV1 * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLMULL);
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 |
RCC_CFGR_PLLMULL9);
#else
/* PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Enable PLL */
RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;
/* Wait till PLL is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
{
}
/* Select PLL as system clock source */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;
/* Wait till PLL is used as system clock source */
while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
{
}
}
else
{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock
configuration. User can add here some code to deal with this error */
}
}
在SetSysClockTo72()函数中,开启了HSE,并配置了PLL进行9倍频,然后将SYSCLK配置为72MHz。
3.4.1 SetSysClockTo72()第1句:
C
/* Enable HSE */
RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);

时钟控制寄存器CR的bit16是HSEON,将这一位置1,即可开启外部高速时钟HSE。通过按F12跳转到定义发现,在stm32f10x.h中RCC_CR_HSEON定义如下,转换成二进制后,刚好是bit16为1,通过位或运算"|="将bit16置1,而其它位不变。
C
#define RCC_CR_HSEON ((uint32_t)0x00010000) /*!< External High Speed clock enable */
3.4.2 SetSysClockTo72()第2句:
C
/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
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;
}
等待HSE稳定,并设置超时时间HSE_STARTUP_TIMEOUT,HSE稳定后将HSEStatus标志位置1,然后进行后续配置,如果失败置为0,默认使用8MHz的HSI作为系统时钟。
3.4.3 SetSysClockTo72()第3句:
C
if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
{
/* Enable Prefetch Buffer */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
/* Flash 2 wait state */
FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;
这几句是配置FLASH的等待周期的,详情需要查看《STM32F10xxx闪存编程手册》。
3.4.4 SetSysClockTo72()第4句:
C
/* HCLK = SYSCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
/* PCLK2 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
/* PCLK1 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
这三句配置三条总线HCLK、PCLK2和PCLK1的时钟频率。即将PCLK2=HCLK = SYSCLK,PCLK1=HCLK/2。此时SYSCLK还不是72MHz,因为还没有配置PLL进行9倍频。
3.4.5 SetSysClockTo72()第5句:
C
/* PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
这两句将PLL配置为对HSE进行9倍频。此时PLL时钟为72MHz。
3.4.6 SetSysClockTo72()第6句:
C
/* Enable PLL */
RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;
/* Wait till PLL is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
{
}
/* Select PLL as system clock source */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;
/* Wait till PLL is used as system clock source */
while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
{
}
这几句是开启PLL时钟,并将其作为SYSCLK时钟源,等待PLL时钟稳定后,即可退出。此时SYSCLK为72MHz,PCLK2=HCLK = SYSCLK=72MHz,PCLK1=HCLK/2=36MHz。
3.4.7 SetSysClockTo72()第7句:
C
else
{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock
configuration. User can add here some code to deal with this error */
}
此段代码是 如果HSE初始化失败,那么默认使用HSI作为SYSCLK时钟,我们也可以在此处进行我们自己的处理,但是通常都不会进行处理。
四、标准库与HAL库区别
共同点 :单片机上电后会立即执行启动文件中的Reset_Handler标签,然后调用SystemInit()函数。
不同点:SystemInit()函数实现不一样,HAL库中SystemInit()函数不会调用 SetSysClock()将系统时钟初始化为72MHz,而是需要我们在main()函数中自己初始化为72Mhz。
4.1 HAL库SystemInit()函数
C
void SystemInit (void)
{
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) */
/* Set HSION bit */
RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#if !defined(STM32F105xC) && !defined(STM32F107xC)
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#else
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F105xC */
/* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
/* Reset HSEBYP bit */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */
RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;
#if defined(STM32F105xC) || defined(STM32F107xC)
/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x00FF0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined(STM32F100xB) || defined(STM32F100xE)
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
/* Reset CFGR2 register */
RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#else
/* Disable all interrupts and clear pending bits */
RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F105xC */
#if defined(STM32F100xE) || defined(STM32F101xE) || defined(STM32F101xG) || defined(STM32F103xE) || defined(STM32F103xG)
#ifdef DATA_IN_ExtSRAM
SystemInit_ExtMemCtl();
#endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif
#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
}
最后没有调用 SetSysClock();也就不会调用 SetSysClockTo72();
4.1 HAL库配置系统时钟为72MHz函数
C
int main(void)
{
HAL_Init(); //初始化HAL库
Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9); //设置时钟,72M
while(1)
{
}
}
需要我们编写 Stm32_Clock_Init()函数。
4.1.1 Stm32_Clock_Init函数
4.1 HAL库配置系统时钟为72MHz函数
C
void Stm32_Clock_Init(u32 PLL)
{
HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStructure;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStructure;
RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; //时钟源为HSE
RCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON; //打开HSE
RCC_OscInitStructure.HSEPredivValue=RCC_HSE_PREDIV_DIV1; //HSE预分频
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON; //打开PLL
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE; //PLL时钟源选择HSE
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLMUL=PLL; //主PLL倍频因子
ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化
if(ret!=HAL_OK) while(1);
//选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2
RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; //设置系统时钟时钟源为PLL
RCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1; //AHB分频系数为1
RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2; //APB1分频系数为2
RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV1; //APB2分频系数为1
ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_2); //同时设置FLASH延时周期为2WS,也就是3个CPU周期。
if(ret!=HAL_OK) while(1);
}
调用HAL库HAL_RCC_ClockConfig()函数实现将SYSCLK配置为72MHz。
五、总结
通过标准库和HAL库对比,将STM32系统时钟SYSCLK配置为72MHz既可以在main()函数之前,也可以在main()函数里面,即在使用其它片上外设之前都可以。虽然标准库和HAL库调用的库函数不一样,但是最底层都是配置的RCC的CR和CFGR寄存器,只是封装不同而已,所以我们得熟悉手册对RCC使用的说明,再结合标准库和HAL库进行学习,才能理解得更加透彻。