1 STM32總線

首先，說點不靠譜的，APB和AHB總線，我個人感覺這個類似于個人PC系統(tǒng)里的北橋和南橋總線。

南橋總線上掛接的都是鼠標、鍵盤這些慢速的設備，北橋上掛接顯卡等高速設備。南橋頻率低，北橋頻率高。另外，南橋最后也要接到北橋上。

這些感覺都類似于APB和AHB。

• AHB，是Advanced High performance Bus的縮寫，譯作高級高性能總線，這是一種“系統(tǒng)總線”。

AHB主要用于高性能模塊(如CPU、DMA和DSP等)之間的連接。AHB 系統(tǒng)由主模塊、從模塊和基礎結(jié)構(gòu)(Infrastructure)3部分組成，整個AHB總線上的傳輸都由主模塊發(fā)出，由從模塊負責回應。

• APB，是Advanced Peripheral Bus的縮寫，這是一種外圍總線。

APB主要用于低帶寬的周邊外設之間的連接，例如UART、1284等，它的總線架構(gòu)不像 AHB支持多個主模塊，在APB里面唯一的主模塊就是APB 橋。再往下，APB2負責AD，I/O，高級TIM，串口1；APB1負責DA，USB，SPI，I2C，CAN，串口2345，普通TIM。

• 這兩者都是總線，符合AMBA規(guī)范。

ARM公司推出的AMBA片上總線受到了廣大IP開發(fā)商和SoC系統(tǒng)集成者的青睞，已成為一種流行的工業(yè)標準片上結(jié)構(gòu)。AMBA規(guī)范主要包括了AHB(Advanced High performance Bus)系統(tǒng)總線和APB(Advanced Peripheral Bus)外圍總線。

2 STM32F1時鐘系統(tǒng)

2.1 STM32F1時鐘源

在STM32F1中，有五個時鐘源，為HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

①HSI: High Speed Internal 是高速內(nèi)部時鐘，RC振蕩器，頻率為8MHz。

②HSE: High Speed External 是高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時鐘源，頻率范圍為4MHz~16MHz。

③LSI: Low Speed Internal 是低速內(nèi)部時鐘，RC振蕩器，頻率為40kHz。

④LSE: Low Speed External是低速外部時鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體。

⑤PLL: Phase Lock Loop 為鎖相環(huán)倍頻輸出，其時鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz。

用戶可通過多個預分頻器配置AHB總線、高速APB2總線和低速APB1總線的頻率。

• AHB和APB2域的最大頻率是72MHZ。

• APB1域的最大允許頻率是36MHZ。

• SDIO接口的時鐘頻率固定為HCLK/2。

• 40kHz的LSI供獨立看門狗IWDG使用，另外它還可以被選擇為實時時鐘RTC的時鐘源。

• 另外，實時時鐘RTC的時鐘源還可以選擇LSE，或者是HSE的128分頻。

• RTC的時鐘源通過RTCSEL[1:0]來選擇。

• STM32中有一個全速功能的USB模塊，其串行接口引擎需要一個頻率為48MHz的時鐘源。該時鐘源只能從PLL輸出端獲取，可以選擇為1.5分頻或者1分頻，也就是，當需要使用USB模塊時，PLL必須使能，并且時鐘頻率配置為48MHz或72MHz。

• 另外，STM32還可以選擇一個PLL輸出的2分頻、HSI、HSE、或者系統(tǒng)時鐘SYSCLK 輸出到MCO腳(PA8)上。

系統(tǒng)時鐘SYSCLK，是供STM32中絕大部分部件工作的時鐘源，它可選擇為PLL輸出、HSI或者HSE，（一般程序中采用PLL倍頻到72Mhz）在選擇時鐘源前注意要判斷目標時鐘源是否已經(jīng)穩(wěn)定振蕩。Max=72MHz，它分為2路：
（1）1路送給I2S2、I2S3使用的I2S2CLK,I2S3CLK；
（2）另外1路通過AHB分頻器分頻（1/2/4/8/16/64/128/256/512）分頻后送給以下8大模塊使用：

• ① 送給SDIO使用的SDIOCLK時鐘。

• ② 送給FSMC使用的FSMCCLK時鐘。

• ③ 送給AHB總線、內(nèi)核、內(nèi)存和DMA使用的HCLK時鐘。

• ④ 通過8分頻后送給Cortex的系統(tǒng)定時器時鐘（SysTick）。

• ⑤ 直接送給Cortex的空閑運行時鐘FCLK。

• ⑥ 送給APB1分頻器。APB1分頻器可選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB1外設使用(PCLK1，最大頻率36MHz)，另一路送給定時器(Timer2-7)2、3、4倍頻器使用。該倍頻器可選擇1或者2倍頻，時鐘輸出供定時器2、3、4、5、6、7使用。

• ⑦ 送給APB2分頻器。APB2分頻器可選擇1、2、4、8、16分頻，其輸出一路供APB2外設使用(PCLK2，最大頻率72MHz)，另一路送給定時器(Timer1、Timer8)1、2倍頻器使用。該倍頻器可選擇1或者2倍頻，時鐘輸出供定時器1和定時器8使用。另外，APB2分頻器還有一路輸出供ADC分頻器使用，分頻后得到ADCCLK時鐘送給ADC模塊使用。ADC分頻器可選擇為2、4、6、8分頻。

• ⑧ 2分頻后送給SDIO AHB接口使用（HCLK/2）。

2.2 時鐘輸出的使能控制

在以上的時鐘輸出中有很多是帶使能控制的，如AHB總線時鐘、內(nèi)核時鐘、各種APB1外設、APB2外設等。

當需要使用某模塊時，必需先使能對應的時鐘。需要注意的是定時器的倍頻器，當APB的分頻為1時，它的倍頻值為1，否則它的倍頻值就為2。

• 連接在APB1(低速外設)上的設備有：電源接口、備份接口、CAN、USB、I2C1、I2C2、UART2、UART3、SPI2、窗口看門狗、 Timer2、Timer3、Timer4。注意USB模塊雖然需要一個單獨的48MHz時鐘信號，但它應該不是供USB模塊工作的時鐘，而只是提供給串行接口引擎(SIE)使用的時鐘。USB模塊工作的時鐘應該是由APB1提供的。

• 
  

• 連接在APB2(高速外設)上的設備有：GPIO_A-E、USART1、ADC1、ADC2、ADC3、TIM1、TIM8、SPI1、AFIO
  
  使用HSE時鐘，程序設置時鐘參數(shù)流程：
  1、將RCC寄存器重新設置為默認值 RCC_DeInit;
  2、打開外部高速時鐘晶振HSE RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
  3、等待外部高速時鐘晶振工作 HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
  4、設置AHB時鐘 RCC_HCLKConfig;
  5、設置高速AHB時鐘 RCC_PCLK2Config;
  6、設置低速速AHB時鐘 RCC_PCLK1Config;
  7、設置PLL RCC_PLLConfig;
  8、打開PLL RCC_PLLCmd(ENABLE);
  9、等待PLL工作 while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
  10、設置系統(tǒng)時鐘 RCC_SYSCLKConfig;
  11、判斷是否PLL是系統(tǒng)時鐘 while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
  12、打開要使用的外設時鐘 RCC_APB2PeriphClockCmd()/RCC_APB1PeriphClockCmd()

• 
  

下面是STM32軟件固件庫的程序中對RCC的配置函數(shù)(使用外部8MHz晶振)

void RCC_Configuration(void)

{

  RCC_DeInit();

  RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);   //RCC_HSE_ON——HSE晶振打開(ON)

  HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

  if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)        //SUCCESS：HSE晶振穩(wěn)定且就緒

  {   

    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);  //RCC_SYSCLK_Div1——AHB時鐘 = 系統(tǒng)時鐘

    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);   //RCC_HCLK_Div1——APB2時鐘 = HCLK

    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);   //RCC_HCLK_Div2——APB1時鐘 = HCLK / 2

    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);    //FLASH_Latency_2  2延時周期

    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);       // 預取指緩存使能

    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);    

   // PLL的輸入時鐘 = HSE時鐘頻率；RCC_PLLMul_9——PLL輸入時鐘x 9

    RCC_PLLCmd(ENABLE);

    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) ;    

    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

   //RCC_SYSCLKSource_PLLCLK——選擇PLL作為系統(tǒng)時鐘

    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);        //0x08：PLL作為系統(tǒng)時鐘

  }

  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB |   RCC_APB2Periph_GPIOC , ENABLE);

//RCC_APB2Periph_GPIOA    GPIOA時鐘

//RCC_APB2Periph_GPIOB    GPIOB時鐘

//RCC_APB2Periph_GPIOC    GPIOC時鐘

//RCC_APB2Periph_GPIOD    GPIOD時鐘

}

3 STM32F4時鐘系統(tǒng)

3.1 STM32F4時鐘樹

下圖是STM32F4系列的時鐘樹。 

STM32的時鐘源主要有：內(nèi)部時鐘、外部時鐘、鎖相環(huán)倍頻輸出時鐘。內(nèi)部時鐘、外部時鐘又分為告訴時鐘、低速時鐘。鎖相環(huán)倍頻輸出時鐘又主PLL時鐘、PLLI2S時鐘。具體如下圖所示。

1、LSI低速內(nèi)部時鐘：由內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為32kHz。如圖區(qū)域①；
2、HSI高速內(nèi)部時鐘：由內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為16MHz。如圖區(qū)域②；
3、LSE低速外部時鐘：一般由外部晶振提供，頻率為32.768kHz。如圖區(qū)域③；
4、HSE低速外部時鐘：一般由外部晶振提供，頻率為4~26MHz。如圖區(qū)域④；
5、主PLL時鐘：由HSE或HSI提供。如圖區(qū)域⑤；
6、PLLI2S時鐘：由HSE或HSI提供。如圖區(qū)域⑥；

3.2 時鐘的流向

我們已經(jīng)知道了各個時鐘源的輸入，那么有了輸入的時鐘源，各個時鐘源又是分別輸出給哪些外設工作。我們分別從時鐘源輸入處開始，根據(jù)走線和結(jié)點，尋找到相應的輸出。對應編號如下圖中所示。

1、LSI低速內(nèi)部時鐘：供給獨立看門狗⑴、實時時鐘RTC⑵
2、HSI高速內(nèi)部時鐘：供給系統(tǒng)時鐘⑸、時鐘輸出1MCO1⑷、主PLL時鐘⑹、PLLI2S時鐘⑺
3、LSE低速外部時鐘：供給實時時鐘RTC⑵、時鐘輸出1MCO1⑷
4、HSE低速外部時鐘：供給系統(tǒng)時鐘⑸、實時時鐘RTC⑵、主PLL時鐘⑹、PLLI2S時鐘⑺、時鐘輸出1MCO1⑷、時鐘輸出2MCO2⑶
5、主PLL時鐘：供給系統(tǒng)時鐘⑸、外設時鐘⑻、時鐘輸出1MCO1⑷、時鐘輸出2MCO2⑶
6、PLLI2S時鐘：：供給I2S時鐘⑼、時鐘輸出1MCO1⑷、時鐘輸出2MCO2⑶

HSI、HSE、主PLL時鐘都可以供給系統(tǒng)時鐘⑸，STM32的很多外設是掛載在AHB、APB總線橋上的，這些外設的時鐘又是怎么樣的，這就和系統(tǒng)時鐘的流向有關(guān)了，系統(tǒng)時鐘的流向分析如下：
1、供給時鐘輸出2MCO2⑶
2、供給以太網(wǎng)PTP時鐘⑽
3、經(jīng)AHBPRESC預分頻器⑾后：HCLK到AHB總線、內(nèi)核、存儲器和DMA⒁，到Cortex系統(tǒng)定時器⒂，自由運行時鐘⒃
4、經(jīng)AHBPRESC預分頻器⑾、APBxPRESC預分頻器⑿后：供給APBx外設時鐘⒄
5、經(jīng)AHBPRESC預分頻器⑾、APBxPRESC預分頻器后⑿，再經(jīng)倍頻條件判斷⒀處理后：供給APBx定時器時鐘⒅

3.3 ST固件庫中提供的PLL配置函數(shù)

voidRCC_PLLConfig(uint32_tRCC_PLLSource,uint32_tPLLM,uint32_tPLLN,uint32_tPLLP,uint32_tPLLQ);
RCC_PLLSource為PLL的時鐘源選擇, 可選擇為RCC_PLLSource_HSE或者RCC_PLLSource_HSI.
這里的PLLM, PLLN, PLLP, PLLQ便指的是上述的幾個分頻器的分頻因子.
并且這些分頻因子取值是有限制如下:
2 <= PLLQ <= 15
2 <= PLLM <= 63
192 <= PLLN <= 432
PLLP 只能是2, 4, 6, 8其中之一.
其中PLLN就是PLL的倍頻倍數(shù)N.
并且, PLL之后得到的頻率不得超過器件的限制頻率.

舉個實際的例子, 外部晶振為8MHz, 我們想讓CPU運行于168MHz, 該怎么配置?
因為PLLM最小只能是2, 所以選擇PLLM為2.
這里8MHz的HSE被PLLM二分頻后只有4MHz了.
PLLP最小也只能是2, 我們所需要的SYSCK為168MHz, 所以從VCO出來的頻率為168 * 2 = 336MHz.
則倍頻倍數(shù)N為336 / 4 = 84, 所以PLLN為84.
PLLQ是USB OGT FS的時鐘, 固定為48MHz, 所以預分頻因子為336 / 48 =7.
則PLL配置函數(shù)應該為:
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE,2,84,2,7);

當然只使用這一句就不可能讓PLL工作的, 還需要配合其它配置才行.

4 用多個時鐘源、分層控制時鐘的好處

1、一個外設有多個時鐘源：可以根據(jù)需要選擇相應頻率的時鐘源。
2、分層、分開控制外設時鐘：使得各個外設的時鐘都是可控的，各個外設有對應的時鐘控制開關(guān)，實際應用過程根據(jù)需要開啟相應外設時鐘，不需要的外設時鐘不開啟，可以降低功耗。