ARM时钟初始化与GPT定时器深度解析

一、系统时钟初始化流程（clock.c）

阶段 1：为什么系统一开始必须初始化时钟？

目的 / 作用

1. 决定 CPU 主频
2. 决定 AHB / IPG 总线频率
3. 为 GPT、GPIO、UART、GIC 等外设提供时钟源
4. 保证延时、定时、中断时序是"准确的"

❗如果不初始化：

• GPT 计数不准
• delay_us 完全不可信
• 外设可能根本不工作

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阶段 2：ARM 核心时钟配置（PLL1）

代码

1. CCM->CCSR &= ~(1 << 8);
2. CCM->CCSR |= (1 << 2);

做了什么？

位	含义
CCSR2	临时切换到 step clock
CCSR8	PLL1 bypass

目的

👉 切换 ARM 内核时钟源到安全时钟

👉 避免在改 PLL 时 CPU 跑飞

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阶段 3：ARM 时钟分频（CACRR）

1. CCM->CACRR &= ~(7 << 0);
2. CCM->CACRR |= (1 << 0);

作用

• 设置 ARM 核心时钟预分频
• 1 表示 不分频 / 2 分频（依芯片定义）

注意点

• ARM 核心最终频率 = PLL1 / CACRR
• 分频过小 → CPU 太快 → 功耗高
• 分频过大 → 系统整体变慢

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阶段 4：配置 ARM PLL（PLL1）

1. unsigned int t = CCM_ANALOG->PLL_ARM;
2. t &= ~(3 << 14);
3. t |= (1 << 13);
5. t &= ~(0x7F << 0);
6. t |= (88 << 0);
7. CCM_ANALOG->PLL_ARM = t;

做了什么？

位段	含义
bit13	使能 PLL
bit6:0	倍频系数

👉 这里配置的是：

PLL1 = 24MHz × 88 = 1056MHz

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阶段 5：切回 PLL1 作为 CPU 时钟

CCM->CCSR &= ~(1 << 2);

作用

👉 ARM 核心正式使用 PLL1 输出的高速时钟

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阶段 6：配置 528PLL / 480PLL（外设时钟源）

CCM_ANALOG->PFD_528 = ...

CCM_ANALOG->PFD_480 = ...

目的

• 给 AHB、IPG、GPT、EPIT、UART 等外设提供稳定时钟
• 不同 PFD → 不同频率

注意点

• GPT 使用的是 IPG_CLK
• IPG_CLK 又来自 AHB

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阶段 7：配置 AHB / IPG / PERCLK

1. CCM->CBCMR
2. CCM->CBCDR
3. CCM->CSCMR1

时钟关系链（非常重要）

PLL → AHB → IPG → GPT / GPIO / IOMUX

👉 你这里设置的是 经典推荐配置

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阶段 8：使能所有外设时钟门控

clock_cg_init();

CCM->CCGRx = 0xFFFFFFFF;

作用

👉 打开所有模块的时钟

注意点

• 方便调试
• 实际产品中不推荐（功耗大）

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二、GPT 定时器工作流程（gpt.c）
GPT = 一个"不断递增的硬件计数器"

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阶段 1：为什么要用 GPT？

目的 / 作用

1. 实现 精确 us / ms 延时
2. 不依赖 CPU 空转频率
3. 和系统主频解耦

对比：

• while(t--) ❌ 不准
• GPT 计数 ✅ 准确

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阶段 2：GPT1 复位

1. GPT1->CR |= (1 << 15);
2. while ((GPT1->CR & (1 << 15)) != 0);

作用

• 让 GPT 回到硬件初始状态
• 清除所有历史配置

注意点

• 必须等待硬件复位完成

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阶段 3：配置 GPT 控制寄存器 CR

1. t = GPT1->CR;
2. t &= ~(7 << 26); // 时钟源
3. t &= ~(3 << 18); // 工作模式
5. t |= (1 << 9); // Free-run
6. t &= ~(7 << 6);
7. t |= (1 << 6); // 外设时钟
8. t &= ~(1 << 1); // 关闭中断
9. GPT1->CR = t;

关键配置解释

位	作用
bit9	自由运行模式
bit6	使用 IPG_CLK
bit1	不启用中断

👉 GPT 现在是 纯计数器模式

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阶段 4：设置 GPT 预分频器

1. GPT1->PR &= ~(0xFFF << 0);
2. GPT1->PR |= (65 << 0);

作用

• 将 IPG_CLK 分频
• 假设 IPG = 66MHz

66MHz / (65+1) ≈ 1MHz

👉 CNT 每加 1 = 1μs

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阶段 5：启动 GPT

GPT1->CNT = 0;

GPT1->CR |= (1 << 0);

作用

• 清零计数器
• 开始计数

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阶段 6：delay_us 的完整工作流程

1. old_count = GPT1->CNT;
2. while (1)
3. {
4. new_count = GPT1->CNT;
5. if (new_count != old_count)
6. {
7. if (new_count > old_count)
8. count += new_count - old_count;
9. else
10. count += 0xFFFFFFFF - old_count + new_count;
11. }
12. if (count >= us)
13. return ;
14. old_count = new_count;
15. }

这是在干什么？

👉 用硬件计数差值计算经过的时间

为什么要处理回绕？

• GPT 是 32 位计数器
• 会从 0xFFFFFFFF → 0
• 必须处理溢出

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阶段 7：delay_ms 的工作方式

1. delay_ms(ms)
2. {
3. while (ms--)
4. delay_us(1000);
5. }

👉 本质还是 GPT

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三、main.c 中的整体配合流程

1. system_interrupt_init();
2. clock_init();
3. led_init();
4. beep_init();
5. key_init();
6. gpt1_init();

顺序为什么这样？

1️⃣ 中断系统先准备好

2️⃣ 时钟先跑稳

3️⃣ GPIO / 外设再初始化

4️⃣ 定时器最后启动

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while(1) 中发生了什么？

delay_us(1000 * 1000);

led_nor();

👉 GPT 在后台跑

👉 CPU 通过 CNT 判断时间

👉 精确 1 秒翻转 LED