MCU（一） 时钟详解 —— 以 GD32E103 时钟树结构为例
微控制器 (MCU) 的时钟系统是系统运行的核心，它提供了各模块所需的时钟信号。本文以 GD32E103 系列 MCU 为例，详细讲解其 时钟树结构（Clock Tree）。通过理解时钟源、分配与预分频器设置，可以灵活配置系统时钟以实现高性能与低功耗平衡。
因为最近发现纯软件实现的AI应用并没什么竞争力，或者说被抄袭的成本比较低，复制也比较简单，于是重新开始上课学习MCU，顺便记录一点东西
在前面的文章如何在资源受限例如1核和1G内存的设备上运行一个合适的向量存储库及如何优化 有简单测试了下可能性，后续我会慢慢实现，做一个只能的玩偶~
时钟源
GD32E103 支持多种时钟源，提供不同的频率和应用场景：
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HSI (High-Speed Internal)
- 内部高速RC振荡器，频率为 8MHz。
- 默认的系统启动时钟源，启动速度快。
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HSE (High-Speed External)
- 外部高速晶振（通常为 4~32MHz）。
- 提供精确、稳定的时钟信号，适合对频率精度要求高的场景。
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LSI (Low-Speed Internal)
- 内部低速RC振荡器，频率为 40kHz。
- 用于低功耗模式或独立的 RTC（实时时钟）功能。
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LSE (Low-Speed External)
- 外部低速晶振（通常为 32.768kHz）。
- 主要用于 RTC 的时间保持。
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PLL (Phase-Locked Loop)
- 相位锁定环倍频器，支持输入时钟的多倍频输出。
- 倍频后可生成高达 120MHz 的主系统时钟，适合高速运算场景。
时钟分配与分频
时钟源经过分配和分频器后被用于不同模块：
1. 系统时钟路径
- 系统时钟（CK_SYS）通过多路选择器选择以下来源：
- HSI
- HSE
- PLL 输出
- GD32E103 的系统时钟最高支持 120MHz。
2. 预分频器
系统时钟通过预分频器分配到不同总线和外设：
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AHB（Advanced High-Performance Bus）
- 主总线，连接 CPU、SRAM、DMA 等核心模块。
- 最大频率：120MHz。
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APB1（Advanced Peripheral Bus 1）
- 低速外设总线（如 USART、I2C、定时器等）。
- 最大频率：60MHz。
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APB2（Advanced Peripheral Bus 2）
- 高速外设总线（如 GPIO、SPI 等）。
- 最大频率：120MHz。
3. 外设分频器
部分外设的时钟需要进一步调整：
- 定时器
- 可直接使用倍频后的 PLL 时钟。
- ADC 分频器
- 降低时钟频率以满足 ADC 的 40MHz 输入限制。
特殊用途的时钟
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USB 时钟
- USB 模块需要精确的 48MHz 时钟。
- 由 PLL 倍频输出的专用通道生成，确保符合 USB 协议。
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RTC 时钟
- RTC 可选择 LSE、LSI 或 HSE 的低频分频信号作为时钟源。
- 支持低功耗时间保持功能。
时钟配置举例：生成 120MHz 系统时钟
以下是实现 120MHz 系统时钟的一般步骤：
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选择 HSE 作为输入时钟
- 假设外部晶振频率为 8MHz。
- 配置 PLLPRESEL = 1（选择 HSE）。
- 配置 PREVDIVSEL = 1（无分频，直接进入 PLL）。
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设置 PLL 倍频系数
- 设置 PLLMF = 15。
- PLL 输出频率为：
[
8 , \text{MHz} \times 15 = 120 , \text{MHz}
]
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配置系统时钟选择器
- 将系统时钟选择器设置为 10，选择 PLL 输出作为系统时钟。
动态切换时钟源
GD32E103 支持在运行时通过控制信号动态切换时钟源：
- 00：HSI
- 01：HSE
- 10：PLL
例如，当外部晶振失效时，系统可自动切换到内部 HSI，保障时钟连续性。
总结
GD32E103 的时钟树结构设计灵活，能满足多种应用场景：
- 高速运算： 通过 PLL 提供高达 120MHz 的系统主频。
- 低功耗模式： 支持低速 RC 振荡器 (LSI) 和低速晶振 (LSE)。
- 外设优化： AHB、APB1、APB2 总线分频器实现不同频率的精确匹配。
理解时钟树结构和时钟配置方式是优化系统性能和功耗的关键。
做了一些个练习，几乎所有的控制一开始就需要设置时钟，而且用逻辑分析仪分析I2C等数据传输时，也有单独的时钟线。据我目前唤醒的记忆理解，时钟应该是一切行为的最小周期（至少数字或编程层面吧），而不同的时钟频率也就对应了不同的速率。某些电机的控制需要脉冲信号的，我记得大概一个脉冲某些个时钟周期内给出一个高电平的1信号