GD32F4(5):GD32F450时钟配置为200M过程分析
时间：2022-11-07 19:30:00
GD32F450时钟树分析
文章目录
- GD32F450时钟树分析
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- 1. 系统环境
- 2. 时钟树图
- 3. GD32F时钟配置函数450
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- 3.1 SystemInit函数
- 3.2 system_clock_config函数
- 3.3 system_clock_200m_25m_hxtal函数
- 3.4 根据程序中的配置，绘制配置后的时钟路线图
1. 系统环境
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系统：win10
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IDE：keil5
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开发板：GD官方评估板GD32450Z_EVAL
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用户手册版：GD32F4xx_yonghushouce_Rev2.6.pdf
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标准库版：GD32F4xx_Demo_Suites_V2.5.0
2. 时钟树图
任何一个MCU,熟悉时钟树，熟悉时钟树，熟悉时钟树mcu需要修改时钟配置。
对于GD32F其时钟控制单元提供了一系列频率的时钟功能，包括：
- 外部高速晶体振荡器时钟(HXTAL)。
- 外部低速晶体振荡器时钟(LXTAL),一般接32.768K晶振。
- 一个内部48M RC振荡器时钟(IRC48M),这个48M时钟校准控制器(CTC)和USB提供时钟。
- 一个内部16M RC振荡器时钟(IRC16M。
- 一个内部32K RC振荡器时钟(IRC32K)。
- 三个锁相环（PLL）、一个HXTAL时钟监视器(CKM)、时钟预分频器、时钟多路复用器和时钟门控电路。
GD32F4系列MCU时钟树如下图所示：
AHB、APB1、AHB2和Cortex-M4时钟来自系统时钟(CK_SYS)，可以选择系统时钟的时钟源IRC16M、 HXTAL或PLL。
最大运行时钟频率为240MHz，但数据手册显示GD32F450最高可达到200M，GD32F470最高到达240M。
独立看门狗定时器有独立的时钟源(IRC32K)，实时时钟(RTC)使用IRC32K、 LXTAL或HXTAL的分频(通过配置RCU_CFG0寄存器的RTCDIV位)作为时钟源。
3. GD32F时钟配置函数450
首先，让我们简要描述一下GD32F关于450的启动过程，GD32F对450编译和启动过程的详细分析，我将写另一篇文章，重点是记录官方带来的内容demo如何将程序GD32F450时钟配置到200M的。
在startup_gd32f450.s文件中有以下汇编代码：
;/* reset Handler */ Reset_Handler PROC EXPORT Reset_Handler [WEAK] IMPORT SystemInit IMPORT __main LDR R0, =SystemInit ;将SystemInit函数地址加载到R0寄存器 BLX R0 ;执行SystemInit设置时钟，执行后返回 LDR R0, =__main ;将__main加载函数地址R0寄存器 BX R0 ;执行__main函数，不再返回，__main用户将被重新调用main从此，函数进入用户编写的程序 ENDP 和STM32的启动过程相同，芯片上电先调用Reset_Handler，Reset_Handler会调用两个函数，一个是SystemInit配置系统时钟，另一个是__main，本章重点介绍SystemInit函数；
时钟的配置由三个函数完成，SystemInit执行会调用system_clock_config，system_clock_config执行在调用system_clock_200m_25m_hxtal,最后完成200M具体的时钟配置函数和内部代码逻辑如下：
3.1 SystemInit函数
void SystemInit (void) { /* FPU settings ------------------------------------------------------------*/ #if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)///默认不开始 /// SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2)); /* set CP10 and CP11 Full Acess */ //其实这个CP10、CP11并不是真正的寄存器，它其实是协处理器的名字，ARM拥有16个协处理器，常被命名为CP0—CP15，其中CP0—CP7由厂家定义协处理功能,而CP8—CP15预留给ARM使用，CP15提供一些系统控制功能，这包括体系结构和特征识别，以及控制、状态信息和配置支持，还提供了性能监视器寄存器。CP14主要提供debug系统的控制、Thumb执行环境、字节码执行。CP10、CP11 两个协处理器一起，提供了浮点运算和向量操作，以及高级的 SIMD 指令扩展。协处理器8、9、12和13预留给ARM将来使用。因为协处理器是协助内核的，16个协处理器共提供出16*32位，基本每个位都有其相应的功能(不使用的位除外)，我们平时都接触不到，因此我们平时都忽略它。 #endif /* Reset the RCU clock configuration to the default reset state ------------*/ /* Set IRC16MEN bit */ //选择内部16M时钟 RCU_CTL |= RCU_CTL_IRC16MEN; //将时钟进行2分频，等待时钟稳定，这里会等待的久一点， RCU_MODIFY //上面程序的目的是设置当前系统内核的时钟，此时系统的时钟为8M //下面的Reset都是关闭操作，将各种时钟模块的使能全部关闭，变成失能 /* Reset CFG0 register */ RCU_CFG0 = 0x00000000U; /* Reset HXTALEN, CKMEN and PLLEN bits */ //关闭外部高速时钟、高速时钟时钟监视器(CKM)、PLL锁相环使能 RCU_CTL &= ~(RCU_CTL_PLLEN | RCU_CTL_CKMEN | RCU_CTL_HXTALEN); /* Reset PLLCFGR register */ RCU_PLL = 0x24003010U; /* Reset HSEBYP bit */ RCU_CTL &= ~(RCU_CTL_HXTALBPS); /* Disable all interrupts */ RCU_INT = 0x00000000U; /* Configure the System clock source, PLL Multiplier and Divider factors, AHB/APBx prescalers and Flash settings ----------------------------------*/ //进入时钟配置，重新配置系统相关时钟 system_clock_config(); }
3.2 system_clock_config函数
static void system_clock_config(void)
{
...
#elif defined (__SYSTEM_CLOCK_200M_PLL_25M_HXTAL)
//利用外部高速时钟(评估板带的是25M晶振)，配置系统时钟为200M
system_clock_200m_25m_hxtal();
#endif
}
3.3 system_clock_200m_25m_hxtal函数
static void system_clock_200m_25m_hxtal(void)
{
uint32_t timeout = 0U;
uint32_t stab_flag = 0U;
/* enable HXTAL */
//开启外部高速时钟
RCU_CTL |= RCU_CTL_HXTALEN;
/* wait until HXTAL is stable or the startup time is longer than HXTAL_STARTUP_TIMEOUT */
//等待外部高速时钟稳定，(当外部晶振稳定后，芯片将自动设置相关标志位，软件只需要不断读取这个标志位就可以知道时钟是否稳定)
do{
timeout++;
stab_flag = (RCU_CTL & RCU_CTL_HXTALSTB);
}while((0U == stab_flag) && (HXTAL_STARTUP_TIMEOUT != timeout));
/* if fail */
//若外部高速时钟异常，上面等待超时，则进入这里永远等待，系统会卡在while(1)里面
if(0U == (RCU_CTL & RCU_CTL_HXTALSTB)){
while(1){
//我感觉这里不合理，按理说外部时钟异常，应该触发相应的中断，并自动切换到内部高速时钟运行，而不是卡在这里。以后我有时间会把这个函数改改，现在先这样用吧。
}
}
//运行到这里，说明外部高速时钟正常启动，下面就要按照时钟树，来配置系统和各个模块的时钟
RCU_APB1EN |= RCU_APB1EN_PMUEN;//使能APB1总线
PMU_CTL |= PMU_CTL_LDOVS;//配置使能内部电压调节器1.2V域供电
//时钟的配置原则应该是从内向外，对照时钟树图，就可以非常清楚的明白时钟配置过程
/* HXTAL is stable */
/* AHB = SYSCLK */
RCU_CFG0 |= RCU_AHB_CKSYS_DIV1;//系统SYS时钟到AHB总线时钟不进行分频
/* APB2 = AHB/2 */
RCU_CFG0 |= RCU_APB2_CKAHB_DIV2;//APB2是AHB的2分频
/* APB1 = AHB/4 */
RCU_CFG0 |= RCU_APB1_CKAHB_DIV4;//APB1是AHB的4分频
//GD32F450有3个PLL(PLL、PLLI2S、PLLSAI)，这里只配置了一个PLL，
//现在外部晶振时钟是25M，通过PSC的25分频，变成1M，然后再PLL内倍频400倍，变成400M，然后再经过P进行2分频，变成200M，传给系统时钟。同时400M还进行了Q的9分频，产生大约48M的CK48M给USB提供时钟去了。
//当更换外部晶振的频率后的时候，通过修改PSC就可以进行匹配了
/* Configure the main PLL, PSC = 25, PLL_N = 400, PLL_P = 2, PLL_Q = 9 */
RCU_PLL = (25U | (400U << 6U) | (((2U >> 1U) - 1U) << 16U) |
(RCU_PLLSRC_HXTAL) | (9U << 24U));
/* enable PLL */
RCU_CTL |= RCU_CTL_PLLEN;//上面配置完了，就要使能PLL
/* wait until PLL is stable */
//等待PLL配置时钟稳定下来
while(0U == (RCU_CTL & RCU_CTL_PLLSTB)){
}
//在用户手册3.3.4章节，说如果1.2V电源域工作在高频状态下，且打开了多种功能，建议进入高驱动模式。
/* Enable the high-drive to extend the clock frequency to 200 Mhz */
//使能高驱动模式
PMU_CTL |= PMU_CTL_HDEN;
//等待PMU_CS寄存器的HDRF被置位
while(0U == (PMU_CS & PMU_CS_HDRF)){
}
/* select the high-drive mode */
//将LDO切换到高驱动模式
PMU_CTL |= PMU_CTL_HDS;
//等待PMU_CS寄存器的HDSRF被置位。进入高驱动模式
while(0U == (PMU_CS & PMU_CS_HDSRF)){
}
/* select PLL as system clock */
//设置SCS[1:0]，将时钟切换到刚配置好的PLL这条系统时钟线路
RCU_CFG0 &= ~RCU_CFG0_SCS;
RCU_CFG0 |= RCU_CKSYSSRC_PLLP;
/* wait until PLL is selected as system clock */
//等待PLL这条系统时钟配置能稳定给系统提供时钟
while(0U == (RCU_CFG0 & RCU_SCSS_PLLP)){
}
//到此处，系统完成了从8M到200M的切换
}
3.4 根据程序中的配置，绘制配置后的时钟路线图
最后，我们来绘制一下程序中配置的路径，其中绿色的是开始配置8M的时钟线路，红色的是配置200M的时钟线路，如下图：
