MCU-芯片时钟与总线和定时器关系，举例QSPI

时钟源：

时钟源为系统时钟提供原始频率信号，系统时钟则通过（分频、倍频、选择器）成为整个芯片的“主时钟”，驱动 CPU 内核、总线（AHB、APB）及外设的运行。

• 内部时钟源：
  • HSI（高速内部时钟）：64 MHz，配合 PLL1 用于系统时钟。
  • HSI48（高速内部时钟）：48 MHz，HSI48 是内部高精度时钟源，频率为 48Mhz，配合 CRS 可以直接作为 USB 的时钟源使用。
  • CSI（低功耗内部时钟）：4 MHz
  • LSI（低速内部时钟）：32 kHz
• 外部时钟源：
  • HSE（高速外部时钟）：4-48 MHz（通常使用25 MHz的外部晶振）
  • LSE（低速外部时钟）：32.768 kHz
• PLL配置： 通过 PLL1 可以将时钟频率提升到最高 400 MHz，用于系统时钟（SYSCLK）。

PLL1 锁相环，该 PLL 主要用到两路输出：pll1_p_ck 和 pll1_q_ck，

pll1_p_ck 一般用于 SYSCLK 的时钟源，最终作为 CPU、 SysTick、 AXI、 AHB1~4 和 APB1~4 等的时钟源；

pll1_q_ck 则可以通过 PKSU 选择作为部分外设的内核时钟（ perx_ker_ck），如 FMC、 QSPI、SDMMC1/2 等。

 

时钟源在芯片中的划分和使用：

• System时钟：系统时钟通常是最高频率的时钟源，用于整个微控制器的核心和外设时钟，包括CPU时钟、外设总线（ APB、AHB 或 AXI）、存储器等，它决定了系统的整体运行速度。系统时钟一般用HSI（高速内部时钟）HSE（高速外部时钟）PLL（锁相环）。
• RTC时钟：主要负责时间和日期的保持，即使在系统断电时也能继续运行。它通常用于日历、闹钟和自动唤醒功能。RTC时钟一般用LSE（低速外部时钟）LSI（低速内部时钟）。
• D1 域，是高性能域，包括 CPU、SysTick、AXI、AHB3 和 APB3等时钟，CPU 可以从 TCM 和 Cache 中提取紧急的或优先级较高的用户程序，在 400M 的主频下执行，确保实现最快速响应。
• D2 域，通信接口域，包括 AHB1、AHB2、APB1 和 APB2 等时钟，定时器的时钟都是在 D2 域进行控制。此域主要进行数据通信工作，减轻 CPU 的负担。
• D3 域，数据批处理域，包括 AHB4 和 APB4 等时钟，此部分中的 ADC 可以在整个系统深度休眠时仍然进行数据处理。在电池驱动的情况下，D3 可以保证在低功耗条件下仍然进行必要的数据处理工作。

定时器：

• SysTick：为操作系统（如 FreeRTOS）提供周期性中断（称为滴答中断），用于任务调度。是 ARM Cortex-M 内核的内置定时器，其时钟源通常直接取自 SYSCLK（或 SYSCLK 的分频）。
• 定时器分为基本定时器（Basic）​、通用定时器（General-purpose）​、高级定时器（Advanced）和低功耗定时器（LPTIM）​
  • 系统时钟（SYSCLK）驱动 CPU 内核和所有定时器：外设定时器（基本、通用、高级）的时钟 ​并非直接来自 SYSCLK，而是通过 ​APB 总线时钟间接驱动。
    • APB 分频系数 = 1：APB 时钟 = SYSCLK。
    • APB 分频系数 ≠1​（如 2/4/8）：APB 时钟 = SYSCLK / 分频系数，但定时器时钟自动 ×2。
  • 基本定时器（Basic）：仅支持内部时钟，无输入/输出，只能生成周期性中断或触发信号。（类似“闹钟”）比如定时触发 DAC 输出更新，用于非精确延时需求。
  • 通用定时器（General-purpose）：测量外部信号的脉冲宽度或频率，输入捕获：测量外部信号的脉冲宽度或频率，输出比较：生成 PWM 波形。
  • 高级定时器（Advanced）：用于高精度时间，比如以太网时间同步IEEE1588，提供高精度时钟源（如100 MHz），驱动ETH的系统时间计数器。
  • 定时器的使用要根据总线连接的外设的频率来设计：

举例 QSPI 总线说明：

1. 使用 HSE（高速外部时钟）RCC_HSE_ON 作为时钟源，频率为 25 MHZ，如果设置 CPU 的频率为 400 MHZ，也就是 pll1_p_ck 输出 400 MHZ，需要设置 PLL1 的分频系数，DIVM1=5， DIVN1=160， DIVP1=2。计算公式如下：

2. CPU的频率是 400 MHZ，操作系统的滴答时钟也是 400 MHZ。

3. 对于通信接口 QSPI，它属于 D1 域的 AHB3 - RCC_AHB3ENR_QSPIEN 总线，我设置 AHB3 的分频系数 RCC_HCLK_DIV2 是 2，所以 AHB3总线的频率是 200 MHZ。（具体根据现实需要设置，要考虑到整个D1域的AHB3频率）

4. 因为 W25Q256 Q-FLASH 最大支持 104 MHZ 的时钟，所以我们需要将 AHB3 总线进行二分频，也就是 QSPI_Handler.Init.ClockPrescaler 等于 1，所以此时 QSPI 的速率是 100 MHZ。

5. 100 MHZ 的 QSPI 总线，他的周期是 1 / （100*10000000） = 10 ns，也就是每个上升沿的周期是 10 ns；片选 QSPI_CS_HIGH_TIME_5_CYCLE 高电平时间为5个时钟(10*5=50ns)，即手册里面的 tSHSL 参数（为了确保QSPI接口在数据传输过程中有足够的时间进行片选信号的切换和稳定）