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

决定 CPU 主频
决定 AHB / IPG 总线频率
为 GPT、GPIO、UART、GIC 等外设提供时钟源
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

阶段 2：ARM 核心时钟配置（PLL1）

代码

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

做了什么？

位	含义
CCSR[2]	临时切换到 step clock
CCSR[8]	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

阶段 3：ARM 时钟分频（CACRR）

CCM->CACRR &= ~(7 << 0);
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

阶段 4：配置 ARM PLL（PLL1）

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

做了什么？

位段	含义
bit[13]	使能 PLL
bit[6:0]	倍频系数

👉 这里配置的是：

PLL1 = 24MHz × 88 = 1056MHz

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

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

阶段 7：配置 AHB / IPG / PERCLK

CCM->CBCMR
CCM->CBCDR
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

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）

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

阶段 1：为什么要用 GPT？

目的 / 作用

实现 精确 us / ms 延时
不依赖 CPU 空转频率
和系统主频解耦

对比：

while(t--) ❌ 不准
GPT 计数 ✅ 准确

阶段 2：GPT1 复位

GPT1->CR |= (1 << 15);
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

阶段 3：配置 GPT 控制寄存器 CR

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

阶段 4：设置 GPT 预分频器

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

作用

将 IPG_CLK 分频
假设 IPG = 66MHz

66MHz / (65+1) ≈ 1MHz

👉 CNT 每加 1 = 1μs

阶段 5：启动 GPT

GPT1->CNT = 0;

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

作用

清零计数器
开始计数

阶段 6：delay_us 的完整工作流程

old_count = GPT1->CNT;
while (1)
{
new_count = GPT1->CNT;
if (new_count != old_count)
{
if (new_count > old_count)
count += new_count - old_count;
else
count += 0xFFFFFFFF - old_count + new_count;
}
if (count >= us)
return ;
old_count = new_count;
}

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

阶段 7：delay_ms 的工作方式

delay_ms(ms)
{
while (ms--)
delay_us(1000);
}

👉 本质还是 GPT

三、main.c 中的整体配合流程

system_interrupt_init();
clock_init();
led_init();
beep_init();
key_init();
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

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