【STM32】RCC系统时钟

一、什么是系统时钟

系统时钟是MCU所有外设和内核运行的时钟源，决定了CPU、总线和外设的工作频率。STM32通常支持多时钟源，并通过时钟树配置分频/倍频。

二、RCC系统时钟和系统时钟的关系

RCC系统时钟是配置层，负责时钟源管理和分配。

系统时钟-SYSCLK是执行层，直接影响CPU性能和外设时序。

（RCC）Reset and Clock Control，复位和时钟控制, 负责管理整个芯片的时钟和复位

时钟系统相当于芯片的心跳, 负责整个系统的稳定动作和节奏

三、RCC介绍

RCC的作用

1. 系统时钟配置（HSE、HSI、PLL等时钟源选择）
2. 外设时钟管理（为 GPIO、USART、SPI、I2C、ADC 等模块提供时钟）
3. 复位控制（对外设或整个系统进行复位）
4. 低功耗管理（控制低功耗模式下的时钟）

RCC的主要时钟源

• HSE（High-Speed External）：外部高速晶振（通常 8MHz、25MHz）
• HSI（High-Speed Internal）：内部高速时钟（如 STM32F4 默认 16MHz）
• LSE（Low-Speed External）：外部低速晶振（通常 32.768kHz，用于 RTC）
• LSI（Low-Speed Internal）：内部低速时钟（约 32kHz）
• PLL（Phase-Locked Loop）：锁相环，用于倍频，提高主频

相关寄存器

四、RCC复位和系统复位

RCC复位

• 作用范围：主要针对时钟系统（如HSE/HSI/PLL配置异常、时钟源切换失败等），属于时钟树相关的局部复位。
• 触发条件：
  • 时钟就绪超时（如HSE启动失败）。
  • PLL解锁（PLL配置错误或失锁）。
  • 时钟安全系统（CSS）检测到外部时钟故障。
• 影响：通常不会导致整个系统复位，但可能引发时钟中断（如CSS中断），需软件干预恢复。

系统复位

• 作用范围：全局复位（CPU、外设、内存等全部重置）
  如：
  • 上电复位（POR）。
  • 看门狗复位（IWDG/WWDG）。
  • 软件复位（NVIC_SystemReset()）。
  • 硬件引脚复位（NRST引脚低电平）。
• 触发条件：更广泛，包含所有导致系统重启的硬件/软件事件。

对于嵌入式芯片来说, 系统复位就是指重启

重启之后, 所有寄存器会恢复初始状态(初始值查阅手册) , 软件会重新从头运行

1. 重新上电

开关机

2. 硬件复位

STM32有一个专门的NRST引脚, 作为复位引脚, 上电状态下, NRST拉低 (电压低于0.8V, 时间持续100ns) 会导致系统硬件复位

典型电路

3. 独立看门狗（IWDG）复位

• STM32 内部的 独立看门狗（IWDG） 可用于系统异常时自动复位。
• 如果开启了看门狗功能, 需要软件定期喂狗，否则 MCU 认为程序失控，自动复位

4. 软件复位

执行 NVIC_SystemReset();函数复位, 这是ARM内核提供的一个函数, 实际是控制一个中断寄存器来复位

相比硬件复位, 软件复位会重新回到main()执行, 而不是bootloader, 另外不是所有的寄存器都复位

五、时钟

时钟树

这个直接看懵
一张图解决

只有这三种时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)：
● HSI振荡器时钟
● HSE振荡器时钟
● PLL时钟

而其他时钟源（如LSI、LSE）通常不被直接用作SYSCLK，主要原因包括频率范围、稳定性、精度以及系统设计需求。

分频关系:

• SYSCLK 最大72M

• AHB时钟HCLK = SYSCLK / AHB预分频器, 最大72M

• APB1时钟PCLK1 = SYSCLK / APB1预分频器, 最大36M

• APB2时钟PCLK2 = SYSCLK / APB2预分频器, 最大72M

六、配置时钟

• 初始状态使用HSI作为时钟源, 为8M

• 我们使用的工程使用的是ARM提供的默认初始代码, 将其设置为72M(HSE+PLL)

• 设置和调整时钟使用RCC相关函数, 调整RCC相关寄存器

• RCC库中重要的标准库函数

  函数	作用
  RCC_DeInit	将外设 RCC 寄存器重设为缺省值
  RCC_HSEConfig	设置外部高速晶振（HSE）
  RCC_WaitForHSEStartUp	等待 HSE 起振
  RCC_HSICmd	使能或者失能内部高速晶振（HSI）
  RCC_PLLConfig	设置 PLL 时钟源及倍频系数
  RCC_PLLCmd	使能或者失能 PLL
  RCC_SYSCLKConfig	设置系统时钟（SYSCLK）
  RCC_HCLKConfig	设置 AHB 时钟（HCLK）
  RCC_PCLK1Config	设置低速 AHB 时钟（PCLK1）
  RCC_PCLK2Config	设置高速 AHB 时钟（PCLK2）
  RCC_AHBPeriphClockCmd	使能或者失能 AHB 外设时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd	使能或者失能 APB2 外设时钟
  RCC_APB1PeriphClockCmd	使能或者失能 APB1 外设时钟
  RCC_APB2PeriphResetCmd	强制或者释放高速 APB（APB2）外设复位
  RCC_APB1PeriphResetCmd	强制或者释放低速 APB（APB1）外设复位
  RCC_GetFlagStatus	检查指定的 RCC 标志位设置与否
  RCC_ClearFlag	清除 RCC 的复位标志位

• 我们想要设置的方案, 比如: 使用外部8M高速晶振, 不分频后, 经过锁相环PLL进行9倍频, 形成系统时钟

示例代码

#include "drv_rcc.h"

void MYRCC_Init(void)
{
    // 配置为新时钟之前，将旧时钟初始化为缺省值
    RCC_DeInit();  //将RCC（复位和时钟控制）寄存器恢复为默认状态（时钟源切换为内部HSI，其他配置清零）。

    // 1. 使能外部晶振（HSE）
    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);
    // 等待HSE稳定
    if (ERROR == RCC_WaitForHSEStartUp())
    {
        // 如果配置出错，直接进入死循环
        while (1)
        {
        }
    }
    // 2. 配置PLL（HSE作为输入，倍频到72MHz）
    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); // 8MHz * 9 = 72MHz
    // 3. 使能PLL并等待就绪
    RCC_PLLCmd(ENABLE);
    // 等待PLL稳定
    // 没有单独的函数，只能自己手动写
    while (SET != RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY))
    {
    }
    // 4. 设置系统时钟源为PLL
    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
    
    // 等待sysclk稳定
    while (0x08 != RCC_GetSYSCLKSource())
    {
    }
    // 5. 配置APB1和APB2分频（APB1最大36MHz，APB2最大72MHz）
    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); // AHB = 72MHz
    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);  // APB1 = 36MHz
    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);  // APB2 = 72MHz
}