STM32F103XX 05-时钟配置分析与自举程序

时钟配置分析

SystemInit

SystemInith函数默认在Reset_Handler中断处理函数下调用，具体代码如下：

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void SystemInit (void)
{
#if defined(STM32F100xE) || defined(STM32F101xE) || defined(STM32F101xG) || defined(STM32F103xE) || defined(STM32F103xG)
  #ifdef DATA_IN_ExtSRAM
    SystemInit_ExtMemCtl(); 
  #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif 

  /* Configure the Vector Table location -------------------------------------*/
#if defined(USER_VECT_TAB_ADDRESS)
  SCB->VTOR = VECT_TAB_BASE_ADDRESS | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#endif /* USER_VECT_TAB_ADDRESS */
}

主要完成ExtSRAM的初始化，中断向量表寄存器的初始化；

寄存器数值

在这个函数中并没有对时钟进行配置，此时时钟的相关寄存器数值如下所示。

CR Clock control时钟控制寄存器
- 数值：0x0000_5583（0101 0101 1000 0011）
- 寄存器含义
- 目前HSI时钟准备就绪，且处于开启模式，内部时钟HSI校准的数值为0x55和0x4；
CFGR 时钟配置寄存器
- 数值：0x0
- 寄存器含义
- 含义：MCO为0代表没有时钟输出，OTGFSPRE代表PLL时钟1.5倍预分频作为USB时钟，PLL 2倍频输出，HSE不分频，HSI振荡器时钟经2分频后作为PLL输入时钟，PCLK2 2分频后作为ADC时钟，APB1/2使用HCLK不分频，AHB使用SYSCLK不分频，HSI作为系统时钟；
- 经过上述配置后，当前PLL时钟为8M，AHB = APB1 = APB2 = 8M， ADC=4M USB=12M
CIR 时钟中断寄存器
- 数值： 0x0
- 寄存器含义：
- 所有时钟中断均处于关闭状态；
APB2/1RSTR 外设复位寄存器
- 数值 0x0
- 所有外设复位无效；
AHBEMR 外设使能寄存器
- 数值：0x0000 0014(0001 0100)
- 寄存器
- 睡眠模式时闪存接口电路时钟开启，睡眠模式时SRAM时钟开启；
APB2/1ENR
- 数值：0x0
- 含义：APB1/2下面的外设时钟均处于关闭状态；
BDCR 备份域控制寄存器
- 数值：0x0
- 寄存器
- 备份域软件复位未激活，RTC时钟关闭，RTC无时钟，LSE时钟未被旁路，外部32kHz振荡器未就绪，外部32kHz振荡器关闭；
CSR 控制状态寄存器
- 数值： 0x1C000000(0001 1100)
- 寄存器

可以查看低功耗管理复位，看门狗和软件复位，上电/掉电复位、NRST复位，LSI关闭，不处于就绪态；

时钟树状态

main函数下的时钟配置

STM32CubeMX时钟配置

代码

在HAL库中，通过在main函数中调用SystemClock_Config()函数对时钟进行配置，该函数代码如下：

c 复制代码

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};  //RCC 内部/外部时钟配置结构体
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};  //AHB APB总线时钟配置结构体

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  /* 选择HSE作为主时钟、HSE不分频、打开HSI时钟、打开PLL，PLL时钟源选择HSE，PLL的系数设置为9 */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;   	//时钟源选择HSE 0x00000001U
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;      				//激活HSE	 0x00010000
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;		//HSE预分频0
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;						//0x00000001
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;					//0x00000002U
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;			//0x00010000
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;					//0x001C0000
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)   		//调用HAL_RCC_OscConfig函数
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)  //调用HAL_RCC_OscConfig函数
  {
    Error_Handler();
  }
}

首先定义两个结构体，RCC_OscInitTypeDef结构体用于描述RCC 内部/外部时钟的配置情况，RCC_ClkInitTypeDef结构体用于描述AHB APB总线时钟的配置情况；

RCC_OscInitTypeDef结构体

c 复制代码

typedef struct
{
  uint32_t OscillatorType;      	//时钟的类型，可以选择HSE HSI
  uint32_t HSEState;             	//HSE配置的状态
  uint32_t HSEPredivValue;      	//HSE预分配系数
  uint32_t LSEState;                //LSE配置的状态                                  
  uint32_t HSIState;              	//HSI配置的状态
  uint32_t HSICalibrationValue;     //HSI校准的数值             
  uint32_t LSIState;              	//LSI配置的状态
  RCC_PLLInitTypeDef PLL;         	//PLL的系数
} RCC_OscInitTypeDef;

RCC_ClkInitTypeDef结构体

c 复制代码

typedef struct
{
  uint32_t ClockType;           //要配置的时钟类型
  uint32_t SYSCLKSource;        //系统时钟源的选职责
  uint32_t AHBCLKDivider;       //AHB的分频系数 
  uint32_t APB1CLKDivider;     	//APB1的分配系数
  uint32_t APB2CLKDivider;      //APB2的分频系数
} RCC_ClkInitTypeDef;

调用HAL_RCC_OscConfig函数传入RCC_OscInitStruct结构体，配置RCC的内部和外部时钟，该函数的执行过程大概包括以下几部分：
- HSE时钟的配置，将HSEState的状态写入RCC_CR寄存器的第16位，等待HSERDY；
- HSI时钟配置，将HSIState的状态写入RCC_CR寄存器的第0位，等待HSERDY；
- LSI时钟配置，将LSIState的状态写入RCC_CSR寄存器的第0位，等待HSERDY；
- LSE时钟配置，将LSIState的状态写入RCC_BDCR寄存器的第0位，等待HSERDY；
- PLL配置，查看PLL时钟源选择，如果是HSE，则配置RCC_CFGR寄存器的第17位，然后再配置PLL的倍频系数，注意在配置PLL时要先关闭PLL，配置完成后使能PLL；
调用HAL_RCC_ClockConfig函数传入RCC_ClkInitStruct结构体，配置AHB APB的时钟，执行过程大概包括以下几部分:
- HCLK配置，AHB预分配设置（设置不分频），
- SYSCLK配置，选择RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK作为系统时钟。配置RCC_CFGR的0和1位；
- APB1和APB2的分频配置，操作RCC_CFGR的[8:10]和[11:13]；
- 更新全局变量SystemCoreClock
  c 复制代码
```
 SystemCoreClock = HAL_RCC_GetSysClockFreq() >> AHBPrescTable[(RCC->CFGR & RCC_CFGR_HPRE) >> RCC_CFGR_HPRE_Pos];   //72,000,000(72Mhz)
```
- 配置HAL库的基础时钟源；

寄存器数值

CR Clock control时钟控制寄存器数值：0x03035583 (0011 0000 0011 0101 0101 1000 0011)
CFGR 时钟配置寄存器数值：0x001d040a(0001 1101 0000 0100 0000 1010)
AHBENR数值：0x00000014
APB1ENR数值：0x00000001
APB2ENR数值：0x10000004

时钟树状态

函数执行完毕后时钟树的状态如下所示，与STM32CubeMX设置的状态一致，当前系统时钟72M，由HSE进行9倍频得到。

自举程序介绍

功能概述

在芯片上电启动过程中，如果BOOT引脚选择为从System Memnory区域启动，则代码执行的PC指针会指向1FFF F000，该区域存储的是ST原厂在芯片生产写入的固定BootLoader，该bootloader可以实现flash的烧写，通过串口/USB等接口将二进制代码烧写至FLASH。具体的执行过程如下所示。

该Bootloader首先会初始化用到的外设，包括时钟、GPIO、IWDG和SysTick。然后进入一个循环，等到是否接收到0x7F 信息，如果接收到0x7F，则关闭所有中断源，配置使用到的串口1,进入命令执行的循环，目前支持的命令如下所示。

基本上命令发送过去之后都会收到来自STM32的回应，如果是ACK命令，对应的十六进制为0x79，如果是NACK命令，对应的十六进制为0x1F。

连接设置

如果要与该Bootloader进行对话，首先要准备一个串口，串口的配置如下图所示，波特率建议选择9600，选择偶校验，数据为8，一个停止位。接收区和发送区设置为HEX显示。

指令实践

启动交互

复制代码

输入： 7F
输出： 79

Get命令

复制代码

输入： 00+FF
输出： 79 0B 22 00 01 02 11 21 31 43 63 73 82 92 79

版本：0x22
支持的命令：0x00 0x01 0x02 0x11 0x21 0x31 0x43 0x44 0x63 0x73 0x82 0x92

Get Version & Read Protection Status

复制代码

输入：	01 + FE
输出： 79 22 00 00 79

版本： 0x22
读保护状态： 0x00 0x00 保持与通用自举程序协议的兼容性

Get ID

复制代码

输入： 02 + FD
输出： 79 01 04 14 79

芯片ID ： 0x04 0x14

Read Memory

复制代码

输入：11 + EE
输出： 79
输入：08 00 29 60 41 (addr : 0x08002960)
输出： 79
输入：07 F8   (size)
输出：79 00 12 7A 00 00 00 00 00

读取地址0x08002960处的8个字节的数据，返回数值为 00 12 7A 00 00 00 00 00，与实际数值一致；
命令框图

Go

复制代码

输入：21 DE
输出: 79
输入：08 00 00 00 08
输出：79

跳转到地址0x08000004处执行代码；

注意要重新设置向量表寄存器的数值，方法如下，否则代码无法执行，PC指向又回到0x1Fxxxxxx区域。

c 复制代码

- /* #define USER_VECT_TAB_ADDRESS */ 
+ #define USER_VECT_TAB_ADDRESS
    
    
  /* Configure the Vector Table location -------------------------------------*/
#if defined(USER_VECT_TAB_ADDRESS)
  SCB->VTOR = VECT_TAB_BASE_ADDRESS | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#endif /* USER_VECT_TAB_ADDRESS */

其他与数据读写相关的命令

Write Memory 命令用于将数据写入 RAM、Flash 或选项字节区域的任意有效存储器地址；
Erase Memory 命令擦除 Flash 页面；
复制代码
```
输入：43 BC
输出：79
输入：FF 00
```
擦除前：

擦除后：
Extended Erase Memory 命令使用双字节寻址模式擦除 Flash 页面；
其他关闭/使能读写保护的命令；

参考

AN3155

AN2606 《Introduction to system memory boot mode on STM32 MCUs》