# 2-STM32F103-复位和时钟控制RCC

2-STM32-复位和时钟控制RCC

摘要

在上一篇文章中，我们讲解了STM32F103C8T6最小系统中复位和时钟硬件部分，在本章中讲解最小系统中的复位和时钟的软件部分。本文章根据《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节复位和时钟为依据，并介绍时钟源选择外部8MHz晶震HSE，通过SystemInit()函数将STM32时钟配置为72HMz的代码，并在最后对比标准库和HAL库对时钟配置的不同。

说明

本系列，将整理STM32F103内置外设的使用，“基于标准库“进行学习开发，并将手册说明与标准库代码进行对应学习，在文章最后提供本系列中参考的文章和工程代码下载链接。

本文参考资料如下：

## 1.硬件平台
STM32F103C8T6最小系统板
## 2.软件平台
MDK5
## 3.参考文档
1.《1-STM32F10x-中文参考手册》
2.《3-STM32F103xCDE数据手册-中文》
3. 《STM32F103C8T6核心板原理图》
4.《Cortex-M3权威指南》

一、STM32最小系统回顾

在上一节STM32最小系统中，讲解了STM32最小系统由：电源、时钟、下载、复位、启动五个部分组成，本文主要讲解时钟和复位两个部分，因为这两个部分和后续编程紧密相连，而电源、下载、启动三个部分相对固定，编程上不需要太多改动。

STM32F103C8T6核心板原理图

图中标红的两个部分，时钟和复位就是本文要讲述的部分。复位使用NRST引脚复位，时钟使用外部晶体震荡器HSE

二、复位

由《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节复位和时钟可知，STM32复位方式有三类：系统复位、上电复位、备份区域复位，其中系统复位包含了：NRST引脚复位。

由系统复位方式可知：一共有5种复位方式，STM32最小系统中的复位就是NRST引脚复位，是硬件复位方式，也是最常用的一种复位方式。其余四种都是软件复位，IWDG、WWDG、SW三种复位方式，在后续看门狗实验时讲解。低功耗复位在低功耗实验时讲解。

三、时钟

根据《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节时钟部分可知，STM32F103有5种时钟源，但是系统时钟源SYSCLK只有三种选择，HSE、HSI、PLL，LSI和LSE两种低速时钟是提供给RTC和IWDG使用。其中HSE和LSE是需要我们自己外接晶振的，HSI和LSI是STM32F103C8T6内置的，PLL是取自HSE或HSI。由于HSI不精确，所以为了系统时钟SYSCLK能达到72MHz，我们只能选择HSE。如果没有外接HSE的话，单片机会自动使用内部8MHz的HSI作为系统时钟SYSCLK，此时系统时钟就只有8MHz，且不精确。

3.1 时钟树

时钟树是《1-STM32F10x-中文参考手册》的第6节时钟的图，此图介绍了5种时钟源是如何提供给单片机内部其它外设的，我们本文主要关心图中红色线：通过外接8MHz晶振，并通过倍频器PLL进行9倍放大后，得到72MHz的系统时钟SYSCLK的过程。外接8MHz晶振我们在STM32最小系统中，我们已经连接了时钟电路，即已经接好了外部8MHz晶振，接下来我们通过SystemInit()函数配置RCC的时钟控制寄存器CR和时钟配置寄存器CFGR，将SYSCLK配置为72MHz。
注：图中梯形表示选择器，矩形表示执行器。

3.2 STM32启动过程

单片机上电后第一行执行的代码是汇编文件startup_stm32f10x_md.s中的Reset_Handler标签，然后执行SystemInit()后才执行main()。所以在执行我们的main()函数之前，单片机会执行SystemInit()函数将单片机时钟配置为72MHz。

; Reset handler
Reset_Handler    PROCEXPORT  Reset_Handler             [WEAK]IMPORT  __mainIMPORT  SystemInitLDR     R0, =SystemInitBLX     R0LDR     R0, =__mainBX      R0ENDP

3.2 SystemInit()函数

在SystemInit()函数中会调用SetSysClock()—>>SetSysClockTo72()，SetSysClockTo72()执行完后STM32系统时钟为72MHz，是8MHz外部高速晶振HSE通过PLL进行9倍频后得到。

void SystemInit (void)
{/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) *//* Set HSION bit */RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CLRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#elseRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */   /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;/* Reset HSEBYP bit */RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;#ifdef STM32F10X_CL/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x00FF0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
#else/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)#ifdef DATA_IN_ExtSRAMSystemInit_ExtMemCtl(); #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif /* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers *//* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */SetSysClock();#ifdef VECT_TAB_SRAMSCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#elseSCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

3.2.1 SystemInit()第1句：

  /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) *//* Set HSION bit */RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

这一行通过位或运算，将RCC->CR寄存器最低位置1，开启HSI时钟。这一句其实我感觉不要也是可以的，因为手册中CR寄存器复位值是0x0000 xx83,即HSION默认值就是1。

3.2.2 SystemInit()第2句：

  /* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CLRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;

其中#ifndef STM32F10X_CL条件成立，因为在STM32F103C8T6标准库中，并没有定义这个宏，因此执行RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;正如备注所示是复位SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits。对照时钟复位寄存器CFGR中说明，0x00转化二进制是0000 0000，即SW[1:0]被置为00，HPRE[3:0]被置为0000，PPRE1[2：0]被置为000，PPRE2[2:0]被置为000，ADCPRE[1:0]被置为00。0xF8转为二进制是1111 1000，即MCO[2:0]被置为000。

3.2.3 SystemInit()第3句：

  /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;/* Reset HSEBYP bit */RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;

这三句和备注一样，对应查看CR寄存器和CFGR寄存器对应位说明，将右边的16进制数转化位二进制后对应查看。

3.3 SetSysClock()函数：

static void SetSysClock(void)
{
#ifdef SYSCLK_FREQ_HSESetSysClockToHSE();
#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHzSetSysClockTo24();
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHzSetSysClockTo36();
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHzSetSysClockTo48();
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHzSetSysClockTo56();  
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHzSetSysClockTo72();
#endif/* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clocksource (default after reset) */ 
}

在system_stm32F10x.c的115行定义了宏SYSCLK_FREQ_72MHz，所以会执行 SetSysClockTo72()。

3.4 SetSysClockTo72()函数：

static void SetSysClockTo72(void)
{__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;/* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/    /* Enable HSE */    RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */do{HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;StartUpCounter++;  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET){HSEStatus = (uint32_t)0x01;}else{HSEStatus = (uint32_t)0x00;}  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01){/* Enable Prefetch Buffer */FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;/* Flash 2 wait state */FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;    /* HCLK = SYSCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;/* PCLK2 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;/* PCLK1 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;#ifdef STM32F10X_CL/* Configure PLLs ------------------------------------------------------*//* PLL2 configuration: PLL2CLK = (HSE / 5) * 8 = 40 MHz *//* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLL2 / 5 = 8 MHz */RCC->CFGR2 &= (uint32_t)~(RCC_CFGR2_PREDIV2 | RCC_CFGR2_PLL2MUL |RCC_CFGR2_PREDIV1 | RCC_CFGR2_PREDIV1SRC);RCC->CFGR2 |= (uint32_t)(RCC_CFGR2_PREDIV2_DIV5 | RCC_CFGR2_PLL2MUL8 |RCC_CFGR2_PREDIV1SRC_PLL2 | RCC_CFGR2_PREDIV1_DIV5);/* Enable PLL2 */RCC->CR |= RCC_CR_PLL2ON;/* Wait till PLL2 is ready */while((RCC->CR & RCC_CR_PLL2RDY) == 0){}/* PLL configuration: PLLCLK = PREDIV1 * 9 = 72 MHz */ RCC->CFGR &= (uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLMULL);RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLMULL9); 
#else    /*  PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |RCC_CFGR_PLLMULL));RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
#endif /* STM32F10X_CL *//* Enable PLL */RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;/* Wait till PLL is ready */while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0){}/* Select PLL as system clock source */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;    /* Wait till PLL is used as system clock source */while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08){}}else{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock configuration. User can add here some code to deal with this error */}
}

在SetSysClockTo72()函数中，开启了HSE，并配置了PLL进行9倍频，然后将SYSCLK配置为72MHz。

3.4.1 SetSysClockTo72()第1句：

  /* Enable HSE */    RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);

时钟控制寄存器CR的bit16是HSEON，将这一位置1，即可开启外部高速时钟HSE。通过按F12跳转到定义发现，在stm32f10x.h中RCC_CR_HSEON定义如下，转换成二进制后，刚好是bit16为1，通过位或运算”|=“将bit16置1，而其它位不变。

#define  RCC_CR_HSEON                        ((uint32_t)0x00010000)        /*!< External High Speed clock enable */

3.4.2 SetSysClockTo72()第2句：

  /* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */do{HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;StartUpCounter++;  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET){HSEStatus = (uint32_t)0x01;}else{HSEStatus = (uint32_t)0x00;}

等待HSE稳定，并设置超时时间HSE_STARTUP_TIMEOUT，HSE稳定后将HSEStatus标志位置1，然后进行后续配置，如果失败置为0，默认使用8MHz的HSI作为系统时钟。

3.4.3 SetSysClockTo72()第3句：

  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01){/* Enable Prefetch Buffer */FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;/* Flash 2 wait state */FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;    

这几句是配置FLASH的等待周期的，详情需要查看《STM32F10xxx闪存编程手册》。

3.4.4 SetSysClockTo72()第4句：

    /* HCLK = SYSCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;/* PCLK2 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;/* PCLK1 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;

这三句配置三条总线HCLK、PCLK2和PCLK1的时钟频率。即将PCLK2=HCLK = SYSCLK，PCLK1=HCLK/2。此时SYSCLK还不是72MHz，因为还没有配置PLL进行9倍频。

3.4.5 SetSysClockTo72()第5句：

    /*  PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |RCC_CFGR_PLLMULL));RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);

这两句将PLL配置为对HSE进行9倍频。此时PLL时钟为72MHz。

3.4.6 SetSysClockTo72()第6句：

    /* Enable PLL */RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;/* Wait till PLL is ready */while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0){}/* Select PLL as system clock source */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;    /* Wait till PLL is used as system clock source */while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08){}

这几句是开启PLL时钟，并将其作为SYSCLK时钟源，等待PLL时钟稳定后，即可退出。此时SYSCLK为72MHz，PCLK2=HCLK = SYSCLK=72MHz，PCLK1=HCLK/2=36MHz。

3.4.7 SetSysClockTo72()第7句：

  else{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock configuration. User can add here some code to deal with this error */}

此段代码是 如果HSE初始化失败，那么默认使用HSI作为SYSCLK时钟，我们也可以在此处进行我们自己的处理，但是通常都不会进行处理。

四、标准库与HAL库区别

共同点：单片机上电后会立即执行启动文件中的Reset_Handler标签，然后调用SystemInit()函数。
不同点：SystemInit()函数实现不一样，HAL库中SystemInit()函数不会调用 SetSysClock()将系统时钟初始化为72MHz,而是需要我们在main()函数中自己初始化为72Mhz。

4.1 HAL库SystemInit()函数

void SystemInit (void)
{/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) *//* Set HSION bit */RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#if !defined(STM32F105xC) && !defined(STM32F107xC)RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#elseRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F105xC */   /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;/* Reset HSEBYP bit */RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;#if defined(STM32F105xC) || defined(STM32F107xC)/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x00FF0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined(STM32F100xB) || defined(STM32F100xE)/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
#else/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F105xC */#if defined(STM32F100xE) || defined(STM32F101xE) || defined(STM32F101xG) || defined(STM32F103xE) || defined(STM32F103xG)#ifdef DATA_IN_ExtSRAMSystemInit_ExtMemCtl(); #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif #ifdef VECT_TAB_SRAMSCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#elseSCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

最后没有调用 SetSysClock();也就不会调用 SetSysClockTo72();

4.1 HAL库配置系统时钟为72MHz函数

int main(void)
{HAL_Init();                    	 	//初始化HAL库    Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9);   	//设置时钟,72Mwhile(1){}
}

需要我们编写 Stm32_Clock_Init()函数。

4.1.1 Stm32_Clock_Init函数

4.1 HAL库配置系统时钟为72MHz函数

void Stm32_Clock_Init(u32 PLL)
{HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStructure; RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStructure;RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;    	//时钟源为HSERCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON;                      	//打开HSERCC_OscInitStructure.HSEPredivValue=RCC_HSE_PREDIV_DIV1;		//HSE预分频RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;					//打开PLLRCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;			//PLL时钟源选择HSERCC_OscInitStructure.PLL.PLLMUL=PLL; 							//主PLL倍频因子ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化if(ret!=HAL_OK) while(1);//选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;		//设置系统时钟时钟源为PLLRCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;				//AHB分频系数为1RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2; 				//APB1分频系数为2RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV1; 				//APB2分频系数为1ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_2);	//同时设置FLASH延时周期为2WS，也就是3个CPU周期。if(ret!=HAL_OK) while(1);
}

调用HAL库HAL_RCC_ClockConfig()函数实现将SYSCLK配置为72MHz。

五、总结

通过标准库和HAL库对比，将STM32系统时钟SYSCLK配置为72MHz既可以在main()函数之前，也可以在main()函数里面，即在使用其它片上外设之前都可以。虽然标准库和HAL库调用的库函数不一样，但是最底层都是配置的RCC的CR和CFGR寄存器，只是封装不同而已，所以我们得熟悉手册对RCC使用的说明，再结合标准库和HAL库进行学习，才能理解得更加透彻。

六、资料连接

https://gitee.com/muzi_wood/stm32-f103