Stm32的时钟系统以及使用SysTick滴答定时器实现延时

前言

• STM32的时钟系统由多个时钟源和时钟树组成
• 时钟源包括主时钟源（HSE）、内部高速时钟源（HSI）、内部低速时钟源（LSI）和外部低速时钟源（LSE）。
• 时钟树由多个时钟分频器和时钟门控器组成，可以将输入时钟源分频得到多个时钟信号，并且根据需要打开或关闭时钟门控器来控制时钟信号的输出。

下面这个是我从AI中查询的，我觉得还是很有参考意义的

STM32的主时钟源为HSE，可以通过外部晶振或者外部时钟信号输入。内部高速时钟源HSI为8MHz，可以通过RCC_CR寄存器控制开关。内部低速时钟源LSI为40kHz，主要用于RTC模块。外部低速时钟源LSE为32.768kHz，同样用于RTC模块。

时钟树主要由以下几个部分组成：

1.系统时钟分频器(SYSCLK)：用于分频主时钟源或者内部高速时钟源，得到系统时钟（SYSCLK）。

2.AHB总线时钟分频器(HCLK)：用于分频系统时钟，得到AHB总线时钟（HCLK）。

3.APB1总线时钟分频器(PCLK1)：用于分频AHB总线时钟，得到APB1总线时钟（PCLK1）。

4.APB2总线时钟分频器(PCLK2)：用于分频AHB总线时钟，得到APB2总线时钟（PCLK2）。

5.时钟门控器：用于控制各个外设的时钟开关，从而节省功耗。

下面对Stm32的时钟系统做一个系统性的复习和总结

Stm32时钟系统

时钟系统,理解时钟，看那个CubeMX时钟配置较为方便，虽然还是比较喜欢使用标准库哈哈

在Stm32中，有五个时钟源，分别为

HSI、HSE、LSI、LSE、PLL

• 从时钟频率来看可以分为高速时钟源和内部时钟源

  HSI、HSE、PLL是高速时钟，LSI和LSE是低速时钟

• 从来源来看分为外部时钟源和内部时钟源

  HSE和LSE是外部时钟源，其他的是内部时钟源

HSI 高速内部时钟

HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为8MHZ

由内部的8MHZ的RC震荡器所产生

可以直接作为系统时钟，或者二分频作为PLL输入

看下图就清楚了

HSE 高速外部时钟

HSE是高速外部时钟，他的时钟信号由以下两种时钟源产生

• HSE外部晶体/陶瓷谐振器，说的简单一些就是晶振
• HSE用户外部时钟

这个频率的范围为4MHZ-16MHZ

一般接8MHZ的晶振

PLL 锁相环倍频输出

PLL是锁相环倍频输出，PLL的输入可选

• HSI二分频后输入
• HSE输入
• HSE二分频后输入

倍频可以选择2-16倍频，但是最大的输出频率不能超过72MHZ

时钟的选择和选择倍频因子必须在其被激活前完成

如果要使用USB口，PLL必须被设置为48或72MHZ的时钟，用于提供48MHZ的USBCLK时钟

LSE 低速外部时钟

LSE是低速外部时钟，接外部晶振，频率为32.768KHZ

它为实时时钟RTC，或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源

LSI 低速内部时钟

LSI是低速内部时钟，RC震荡器，频率为40KHZ,独立看门狗的时钟源只能是LSI,同时LSI是一个低耗的时钟源

它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟

SYSCLK 系统时钟的选择

系统时钟SYSCLK的时钟来源可以是以下几种

• HSI 高速内部时钟 8MHZ
• HSE 高速外部时钟 8MHZ
• PLL 锁相环输出 8MHZ-72MHZ（最大不能超过72MHZ）

系统中所有外设的时钟来源都是来源于SYSCLK,SYSCLK通过AHB时钟分频后，送给各模块使用

其中

• AHB总线、内核、内存和DMA使用的是HCLK时钟
• 8分频至系统时钟，就是systick，滴答时钟
• 至Cortex自由运行时钟FCLK
• APB1外设时钟和定时器2-7
• APB2外设时钟和定时器1和定时器8
• ADC,可分频2、4、6、8分频，ADCCLK最大14MHZ

RTC 实时时钟

RTC实时时钟，有以下三个来源

• HSE 128分频
• LSE 作为RTC时钟的输入
• LSI 作为RTC时钟的输入

CSS 时钟安全系统

一般来说，MCU的时钟基本上来源于外部晶振8MHZ，经过PLL锁相环倍频后，传递给系统时钟

但是如果晶振电路出现了错误，产生不了精确的时钟，那么CSS将会起作用

他会把系统时钟自动切换成HSI内部高速晶振，频率为8MHZ

MCO 内部时钟输出引脚

MCU允许输出时钟信号到外部MCO引脚，这个引脚是PA8

这个MCO时钟输出引脚可以输出

• PLL锁相环2分频
• HSI 内部高速时钟
• HSE 外部高速时钟
• SYSCLK 系统时钟

STM32时钟框图

STM32启动文件的作用以及CL、VL、XL、LD、MD、HD的含义

启动文件的作用，在Stm32f10x_hd.s中，文件注释中已经详细介绍，经过翻译如下

• 设置初始栈顶指针SP
• 设置初始PC,让其初始值为Reset Handler
• 设置除ISR地址外的向量表项
• 配置时钟系统，同时配置外部时钟系统
• 安装在STM3210E-EVAL板上的SRAM作为数据内存使用（可选，由用户决定）
• 在C库中调用main()函数
• 复位后，CortexM3处理器处于线程模式，优先级为Privileged,并且栈Stack设置为Main

总的来说就是

• 初始化栈指针和必要的程序
• 从Systeminit()函数进入到main()函数（对于stm32,定义系统时钟首先在system_stm3210x.c文件中修改宏即可）
• 建立中断服务入口地址（将中断向量和中断服务函数链接起来）

CL、VL、XL、LD、MD、HD 文件的含义

Stm32根据不同的使用场景和FLASH的大小，分为了不同的产品，不同的产品的缩写不同

• CL : 互联型产品，Stm32F105/107 系列
• VL ：超值型产品，Stm32F100系列
• XL : 超高精度产品，Stm32F101/103系列
• LD : 低密度产品，FLASH小于64k
• MD : 中密度产品，FLASH等于64K或者128K
• HD : 高密度产品， FLASH大于128K

SysTick 滴答定时器

SysTick主要用来延时，或者是实时系统的心跳时钟，这样可以节省MCU的资源,不用浪费一个定时器

• SysTick是一个24位的到倒计数定时器，当计数到0时，将从RELOAD寄存器中自动重装载定时初值，开始新一轮计数。只要不把SysTick控制及状态寄存器中的使能位清除，就永不停息

• 即使在睡眠状态下也能工作运行

使用SysTick来实现延时，极大的节省了系统资源

• SysTick定时器被捆绑在NVIC中断，用于产生SYSTICK中断（中断号为15）

SysTick的中断优先级也可以设置

在Stm32F10xxx参考手册中 ,系统滴答校准值为9000，当系统滴答时钟设定为9MHZ，为HCLK/8的最大值时，产生1ms的基准

CM3为SysTick提供两个时钟源

• 内核的自由运行时钟FCLK（这个就是HCLK时钟）
  • 自由表现在不来自于系统时钟HCLK
  • 在系统时钟停止时，FCLK也继续运行
• 外部参考时钟STCLK （这个一般是HCLK,AHB总线的1/8，9MHZ）

SysTick滴答定时器，在FreeRTOS中，就是使用SysTick滴答定时器来推动任务的切换和时间的管理

固件库中SysTick的配置在misc.c和core_cm3.h文件中

• 其中SysTick的时钟源选择在misc.c文件中
• 初始化SysTick在在core_cm3.h文件中

SysTick的时钟源选择
​

SysTick的初始化

开启SysTick中断，并且使能SysTick中断，以及SysTick中断的时间间隔

简单的说ticks的值就是relaod的值，中断会在val==0的时候产生，两次中断就是val的值从reload到0的时间

从初始值开始，向下计数，计数到0，产生中断，如此反复

使用SysTick实现延时

选择外部时钟HCLK，八分频，此时时钟为9MHZ

我们在上面已经说过,当系统滴答时钟设定为9MHZ，为HCLK/8的最大值时，产生1ms的基准

初始化完成后，即可实现延时

将延时加载到LOAD寄存器中，并且清空计数器，等待时间到达，关闭计数器，清空计数器

间间隔

简单的说ticks的值就是relaod的值，中断会在val==0的时候产生，两次中断就是val的值从reload到0的时间

从初始值开始，向下计数，计数到0，产生中断，如此反复

使用SysTick实现延时

选择外部时钟HCLK，八分频，此时时钟为9MHZ

初始化完成后，即可实现延时

将延时加载到LOAD寄存器中，并且清空计数器，等待时间到达，关闭计数器，清空计数器