《STM32MP1 M4裸机CubeIDE开发指南》第九章 STM32MP1时钟系统

第九章时钟系统​

如果让你用一句话来形容时钟，你会怎么说？​

A同学说：“时钟是单片机的心脏”；​

B同学说：“军训方队训练时的121”；​

C同学说：“时钟是单片机的能量”；​

D同学说：“早上的闹铃”；​

......​

可见，时钟是多么的重要。​

本章节我们来了解STM32MP1的时钟系统，并分析HAL库中和时钟相关的API函数，然后通过STM32CubeMX插件生成时钟初始化代码，通过分析工程代码去学习STM32MP1的系统时钟初始化步骤。​

本章将分为如下几个小节：​

9.1、认识时钟树；​

9.2、RCC寄存器介绍；​

9.3、时钟相关API函数；​

9.4、配置系统时钟实验；​

9.5、实验代码分析；​

9.1 认识时钟树​

时钟是单片机运行的基础，相当于心跳，没有时钟，单片机就无法工作。为什么这么说呢？我们知道，寄存器是CPU内部的元件，由锁存器或触发器构成，触发器的置1、清0和置数的功能是靠其外部提供的时钟脉冲来产生跳变的，如果没有这个脉冲信号，电路就没有数字跳变，也就没有时序，单片机也就没有工作。时钟就像是人的心脏，这个恰当的比喻把时钟的重要性概括的淋漓尽致。​

听说过时钟，但时钟树又是啥？前面我们说单片机的运行需要时钟脉冲来驱动，这个脉冲由源始晶体振荡器提供时钟输入，经过各级电路的处理，最终传输给各个设备，设备获得一定时钟频率以后开始工作。时钟的这种传输过程就好比一棵大树的养分供给给其它分支，树上的主干和树枝就好比时钟的总线，树叶就像是外设，时钟就是通过总线传输给设备的。​

9.1.1时钟源​

51单片机的一个系统时钟就可以解决一切，但STM32不一样，STM32有5个输入时钟源（Input Clock）可以用，分为2个外部时钟和3个内部时钟。​

下面我们看看这几种时钟源。​

（1）2个外部时钟源：​

• 高速外部振荡器​ 可通过外接有源或者无源晶振驱动，支持 4 MHz 到 48 MHz 频率范围内的晶振。如果要使用外部晶振，在STM32CubeIDE上配置的时候，请根据板子上外部焊接的晶振频率来配置，正点原子STM32MP157开发板的核心板上外接了24MHz有源晶振。​
• 低速外部振荡器​ 可通过外接晶振驱动，固件库中默认配置32.768 kHz（​​见7.4.1小节）​​。正点原子STM32MP157开发板的核心板上外接了32.768KHz无源晶振，主要用于驱动RTC 实时时钟和唤醒功能。​
  （2）3个内部时钟源：​
• 高速内部振荡器​ 频率约为8、16、32、64 MHz，在固件库中默认配置为64 MHz。HSI比HSE具有更快的启动时间，大约几微秒。​
• 低速内部振荡器​ 频率约为32 kHz，实际值可能会因为电压和温度而变化。主要用于看门狗。​
• 低功耗内部振荡器频率约是为4MHz，主要用于低功耗。
  以上2个外部时钟源都是由芯片外部晶振产生时钟频率，其精度较高，而内部的时钟源可能因为受到温度的变化，频率发生变化，也就是存在“温飘”的情况，即使经过校准以后，精度也比外部晶振低，对于日常普通的短时间计时，使用内部时钟相差不大，对于较长时间计时就不建议使用内部时钟了。使用内部时钟可以降低成本，例如在一些白色家电中，一些家电产品为了降低成本，把电路板上外接的晶振去掉，程序改用内部时钟来工作。
  大家可能会问，为什么STM32 要有多个时钟源呢？
  我们知道，在同一个电路中，外设开的越多以及频率越高，功耗就越大，同时抗电磁干扰能力也会越弱。在实际的使用中我们并不是所有外设都会用到，有时候只是用到其中的某几个功能，如果打开用不到的外设，功耗会变大，而对于用到的外设，有的外设可能用不到系统时钟那么高的频率，例如看门狗或者RTC只需要几十KHz的时钟就可以工作了。ST在设计芯片的时候也是考虑到了这一点，对复杂的MCU采用多时钟源的方法来解决，并用时钟树来管理，将所有的外设时钟都关掉，用到什么外设，就使能对应的外设时钟即可。下面，我们来看看STM32MP1的时钟树。

9.1.2时钟树​

图9.1.2. 1时钟树框图​

注：​

①图中的

表示动态时钟选择器，图中的D符号

表示动态选择开关，即时钟选择器允许即时重新配置选择输入的时钟源，两个输入之间的过渡无干扰。仅当目标时钟源准备就绪（启动延迟或PLL锁定后时钟稳定）时，才从一个时钟源切换到另一时钟源。如果选择了尚未准备好的时钟源，则在时钟源准备就绪时进行切换。​

②图中的部分时钟命名：​

hse_ck​	HSE时钟​	lse_ck​	LSE时钟​	hsi_ck​	HSI时钟​	csi_ck​	CSI时钟​
lsi_ck​	LSI时钟​	axiss_ck​	AXI子系统时钟​	mcuss_ck​	MCU子系统时钟​	mpuss_ck​	MPU子系统时钟​

表9.1.2. 1时钟命名​

1. 外部时钟输入​

图中①处是外部时钟输入引脚，当使用HSE时，HSE在OSC_IN引脚接收外部时钟源，当使用LSE时，LSE在OSC32_IN引脚接收外部时钟源。​

外部时钟​	Pin name​	外部时钟​	Pin name​
OSC_IN​	PH0-OSC_IN​	OSC32_IN​	PC14-OSC32_IN​
OSC_OUT​	PH1-OSC_OUT​	OSC32_OUT​	PC15-OSC32_OUT​

表9.1.2. 2外部时钟输入引脚​

2. MCO时钟输出​

②处是MCO微控制器时钟输出（microcontroller clock output）部分。​

• MCO1和MCO2是时钟输出，通过芯片引脚可以给外部的芯片提供时钟，可以节省晶振，节约成本。MCO1和MCO2时钟输出通过配置RCC_MCO1CFGR寄存器来实现，具体配置可以参考手册详细说明。

时钟输出​	Pin name​
MCO1​	PA13、PI11、PA8​
MCO2​	PA14、PG2、PC12​

• 
  

表9.1.2. 3 MCO时钟输出引脚​

• MCO1SEL和MCO2SEL是时钟源选择器，分别选择MCO1和MCO2的时钟来源；​
• MCO1DIV和MCO2DIV是时钟分频器（也叫预分频器），取值范围是1~16；​
• MCO1时钟源来自hse_ck、lse_ck、his_ck、lsi_ck和csi_ck，用于输出HSI，HSE，CSI，LSI或LSE时钟。​
• MCO2时钟源来自mpuss_ck、axiss_ck、mcuss_ck、pll4_p_ck、hse_ck和hsi_ck，用于输出MPUSS、AXISS、MCUSS、PLL4（PLL4_P）、HSE或HSI时钟。

3. 锁相环PLL​

③处是和锁相环有关部分。​

PLL(Phase Locked Loop)锁相环路，其作用是使外部的输入信号与内部的振荡信号的相位同步，在STM32中主要用于分频和倍频。STM32MP1有4个锁相环，分别为PLL1、PLL2、PLL3和PLL4：​

• PLL1，用于向MPU子系统提供时钟；​
• PLL2，用于向AXI子系统、DDR和GPU提供时钟；​
• PLL3，用于向MCU子系统提供时钟并为外设生成内核时钟；​
• PLL4，用于生成外设的内核时钟。​

④是PLL时钟源选择器。​

锁相环输入时钟源有三个：his_ck、hse_ck 和csi_ck，分别对应HSI、HSE和CSI的时钟。我们可以配置某个锁相环选择对应的时钟源。​

⑤是PLL时钟源分频器​

DIVM1、DIVM2和DIVM3和DIVM4分别是PLL1、PLL2、PLL3和PLL4的分频器，取值范围都是1~64，表示将输入时钟源进行分频。​

⑥是锁相环​

其中PLL1是一个输入一个输出，PLL2、PLL3和PLL4是一个输入三个输出。​

我们以PLL3为例子分析一下锁相环的内部结构：​

• VCO表示输出频率；​
• DIVN表示VCO的倍数；​
• DIVP、DIVQ和DIVR表示预分频器；​
• SSCG扩频时钟发生器，可以减少EMI峰值的数量，一般不用设置；​
• FRACV是分数倍频系数，它和DIVN一起组成PLL的倍频系数，当FRACV等于0的时候表示在整数模式下，大于0的时候表示在小数（或者说分数）模式下。​

PLL输出的频率有两种计算方法，我们以PLL3输出pll3_p_ck为例，其它锁相环的输出计算方法类似，时钟源默认使用HSI，即64MHz。​

在整数模式下使用PLL：​

在小数模式下使用PLL：​

注：​

手册中公式的(DIVN + 1)其实就相当于我们上面公式中的DIVN，因为STM32CubeMX插件中是这样计算的，我们的公式中就跟STM32CubeMX插件的计算方式一致。​

图9.1.2. 2参考手册上的公式​

例如，在整数模式下（FRACV为0），当设置分频器DIVM3为4，DIVN为26，预分频器DIVP为2时，计算出pll3_p_ck为208MHz。如果再设置FRACV的值为10，根据上述计算出pll3_p_ck约为208.009766MHz。在STM32CubeMX插件上，我们手动配置这几个参数，结果和我们计算的结果一致，如下图所示：​

图9.1.2. 3整数模式​

图9.1.2. 4分数模式​

4. 子系统时钟

⑦处是子系统时钟，RCC处理三个子系统时钟：mpuss_ck、axiss_ck和mcuss_ck。其中mpuss_ck给MPU提供时钟，axiss_ck给AXI互联矩阵提供时钟，mcuss_ck给MCU提供时钟。上电复位后，所有的PLL和CSI以及HSE关闭，默认将HSI选择为整个系统的主时钟，因此，子系统时钟默认来自HSI。当系统运行时，用户可以选择子系统的时钟源。​

我们来查看子系统部分的详细框图：​

图9.1.2. 5子系统框图​

mpuss_ck的频率最大可以是650MHz或者800MHz，这个根据所用的器件型号决定，STM32MP157A的MOU主频为650MHz，STM32MP157D的MPU主频为800MHz。 axiss_ck时钟最大是266 MHz，其经过AXIDIV分频器分频后分流为几路，给总线提供时钟。mcuss_ck时钟最大为209 MHz，经过MCUDIV分频器分频以后也是分成了几路。​

pclk4和pclk5最大为133 MHz，pclk1、pclk2、pclk3最大为104.5 MHz。​

子系统时钟汇总如下表格所示：​

子系统​	时钟来源​	分频器​	总线时钟​	用途​	最大值​
mpuss_ck​	HSI​ HSE​ pll1_p_ck​ -pll1_p_ck/MPUDIV​			MPU（CA7_SS）时钟​	650MHz​ 或​ 800MHz​
axiss_ck​	HSI​HSE​ pll2_p_ck​	AXIDIV​	aclk​	AXI桥接器和外设时钟​	266MHz​
			hclk5​	AHB5桥接器和外设时钟​
			hclk6​	AHB6桥接器和外设时钟​
			pclk4​	APB4桥接器和外设时钟​	133MHz​
			pclk5​	APB5桥接器和外设时钟​
mcuss_ck​	HSI​ HSE​ CSI​ pll3_p_ck​	MCUDIV​	mcu_ck​	MCU时钟​	209MHz​
			fclk_ck​
			mcu_systick_ck​	Systick的时钟​
			hclk4​	AHB4桥接器和外设时钟​
			mlhclk_ck, hclk[3:1]_ck​	AHB1、AHB2、AHB3桥接器和外设时钟​
			pclk1​	APB1桥接器和外设时钟​	104.5MHz​
			pclk2​	APB2桥接器和外设时钟​
			pclk3​	APB3桥接器和外设时钟​

表9.1.2. 4子系统时钟信息表​

5. CPU、AXI总线矩阵和外设时钟

在STM32CubeMX插件上，我们可以看更具体的时钟树框图，如下图：​

• A处是时钟源，可选外部时钟或者内部时钟，要用外部时钟的话，必选先使能外部时钟；​
• B处是锁相环PLL；​
• C处是内部时钟输出MCO1和MCO2；​
• 黄色区域是子系统时钟；​
• 紫色区域是专门给CA7外设提供时钟的总线时钟，分别是AXI、AHB5、AHB6、APB4、APB5，；​
• 蓝色区域是给MPU和MCU提供时钟，其中，MPU时钟最大是650或800MHz，MCU时钟最大是209MHz，MCU有一个内核外设Systick，频率最大也是209MHz；​
• 绿色区域中AHB1-4、APB1-3 是提供给 CM4 外设使用的；​
• 红色区域是内核外设时钟具体配置部分，默认没有使能，是灰色，只要在 STM32CubeMX 使能了对应的外设，对应外设的时钟就会由灰色变成蓝色。​

注：​

RCC为整个电路提供时钟，为了避免造成误解，和参考手册一致，使用以下术语：​

•外设时钟：​

外设时钟是RCC提供给外设的时钟，可以为外围设备提供两种时钟：​

–总线接口时钟​

–内核时钟​

这里的外设有分普通的外设和内核外设。外设将从RCC接收一个或多个总线接口时钟，该时钟通常是AHB，APB或AXI总线接口时钟，具体取决于外围设备连接的总线。 ​

某些外设仅需要总线接口时钟（例如GPIOx、ETZPC、EXTI 、IPCC 、WWDG1、DMAx ...）。
一些外设可能还需要专用时钟来处理接口功能，该时钟称为内核时钟。例如，诸如SAI、ETH、FMC、GPU等这些的外设需要生成特定且准确的主时钟频率，这需要专用的内核时钟频率。​

•CPU时钟​

CPU时钟是提供给CPU的时钟mpuss_ck。MCU时钟是mpuss_ck。​

•总线矩阵时钟​

总线矩阵时钟是提供给不同桥（APB，AHB或AXI）的时钟。​

图中，

表示APB总线的分频器，里边的数值表示分频因子。

表示是时钟源选择器。​

STM32CubeMX插件上的时钟树比较形象，很好理解，图中的一些符号可能和我们参考手册上看到的不一样，不过根据字面上的意思可以知道大概对应了哪些设备。我们可以通过STM32CubeMX插件来配置时钟，然后自动生成时钟的初始化代码。​

图9.1.2. 6时钟树​

对于内核外设时钟，我们以SPI为例子来说明一下：​

图9.1.2. 7时钟框图​

PKCS (Peripheral Kernel Clock Selection)是外设内核时钟选择单元，用于选择某个外设的内核时钟来源。PCKE(Peripheral ClocKs Enable)是外设时钟使能单元，用于是否启用时钟输出到外设中。​

如上图，SPI6的内核时钟源来自于APB5总线（pclk5）、PLL（PLL3和PLL4）、HSI、CSI和HSE中的某一个，具体是哪一个由PKCS决定。其中，HSI和CSI用于低功耗中，PLL4在需要时具有更高的灵活性，例如，它允许通过PLL3更改MCU总线的频率，而不会影响某些串行接口的速度。​

SPI6的PCKE有两个时钟部分，一个是来自于APB5总线接口的spi_pclk，一个是来自于内核时钟spi_ker_ck。PCKE决定是否启用SPI6的时钟，其它内核外设也是通过PCKE来开启的。由此可见，各个外设时钟基本都是可控的，不用的外设，就关闭对应的时钟，用到的外设，就根据分频器来配置，选择一个适合频率的时钟源，然后再开启外设时钟，这样的设计大大降低了功耗。​

根据STM32CubeMX插件上的时钟树，ST给出了一张总线框图，如下图，从图中可以看出哪些外设挂在哪根总线上，以及总线的最大时钟频率是多少等信息。​

下图中，AXI互联矩阵主要用于Cortex-A7 CPU子系统和高带宽的设备（USBH、ETH、SDMMC1/2、MDMA、GPU和 LTDC等）。MLAHB高性能总线主要用于Cortex-M4子系统和相关的设备（GPIO、ADC、SRAM、OTG、DMA1/2和SDMMC3等）。APB低速总线主要用于低带宽的周边外设（如UART、USB、SPI、I2C等）之间的连接，也称之为外围总线。​

图9.1.2. 8 STM32MP157A/D系统总架构图​

6. 时钟安全系统（CSS）

如果启用外部时钟HSE和LSE的话，硬件将启用HSE或者LSE上的CSS。我们在上面的框图以及STM32CubeMX插件上的时钟树均可以看到CSS模块。如下图，右边的是框图中的部分截图，右边的是STM32CubeMX插件上具体的截图。图中配置HSE为PLL3的时钟来源，在并将pll3_p_ck（PLL3P）作为MCU子系统的时钟源，可以看到Enable CSS模块自动变为深蓝色，表示使能了CSS。而没有使用的LSE，对应的Enable CSS模块颜色为灰色。​

图9.1.2. 9外部时钟CSS​

RCC具有时钟安全系统（CSS），允许应用程序检测外部时钟（HSE、LSE）是否由于意外原因而停止翻转。​

如果使用的是HSE，在检测到故障的情况下，CSS将生成系统重置，并保护BKPSRAM的敏感数据。时钟安全系统可以由应用软件通过HSECSSON位激活，（但无法通过软件清除HSECSSON位），即使将HSEON设置为0，也可以激活HSECSSON位。 当启用并准备好HSE并且HSECSSON设置为“ 1”时，硬件将启用HSE上的CSS。当禁用HSE时， HSE上的CSS会被禁用。​

如果使用的是LSE，如果检测到故障，CSS将生成故障事件，禁用提供给RTC的时钟并保护BKPSRAM的敏感数据。也可以通过应用程序将RCC_BDCR寄存器的LSECSSON位置1来激活LSE上的时钟安全系统（CSS），但必须按照以下顺序在LSE上激活CSS：​

①将LSEON设置为'1'，并等待LSERDY ='1'；​

②通过RTCSRC字段选择LSE时钟；​

③设置LSECSSON 到“ 1”。​

关于CSS，我们这里不做深入研究，感兴趣的可以查阅参考手册以及ST官网相关介绍。​

9.2 RCC寄存器介绍

下面我们来看看RCC相关的寄存器。RCC寄存器分为RCC TrustZone相关寄存器，RCC振荡器时钟相关寄存器，HSI、CSI、MCO1和MCO2、AXI、AHB、APB、PLL、MPU和MCU相关寄存器，还有外设的内核时钟选择寄存器。这么多寄存器，我们要配置哪个寄存器就查看对应寄存器即可，这里就不一一介绍所有的寄存器了。而且HAL库已经将这些寄存器封装好了，调用HAL库即可控制这些寄存器。​

9.2.1 寄存器分类介绍

1. RCC振荡器时钟相关寄存器

RCC振荡器时钟寄存器有RCC_OCENSETR、RCC_OCENCLRR、RCC_OCRDYR。​

（1）RCC振荡器时钟使能设置寄存器（RCC_OCENSETR）​

图9.2.1.1 RCC_OCENSETR寄存器​

RCC_OCENSETR时钟用于使能（HSE、HSI、CSI）时钟，向该寄存器写入0无效，将对应的位置1则开启对应的时钟。如果TZEN = MCKPROT ='1'，则只能在安全模式下修改此寄存器。在时钟恢复序列期间，不允许对该寄存器进行写访问。​

该寄存器配置也比较简单，以HSE为例，如要开启HSE，则先将第8位HSEON置1来开启HSE时钟，再根据是否使用旁路模式来配置第10位HSEBYP，如果使用安全模式，则配置HSECSSON。​

（2）RCC振荡器时钟使能清除寄存器（RCC_OCENCLRR）​

图9.2.1.2 RCC_OCENCLRR寄存器​

该寄存器用于清除寄存器对应的位，对位写0无效操作，写1表示清除设置的位，也就是关闭对应的时钟。如果TZEN = 1，则只能在安全模式下修改此寄存器。 在时钟恢复序列期间，不允许对该寄存器进行写访问。​

例如，要关闭HSE，则将HSEON位写1即可。其它寄存器操作也类似。 ​

（3）RCC振荡器时钟就绪寄存器（RCC_OCRDYR）​

图9.2.1.3 RCC_OCRDYR寄存器​

该寄存器是一个只读访问寄存器，它包含振荡器的状态标志，写该寄存器的话是没有效果的。如果读取某位为0的话，表示该时钟未准备就绪，如果读取某位为1的话，表示该时钟已经准备就绪。例如，如果读取HSERDY为0，表示HSE时钟未准备就绪，如果为1，表示HSE时钟已经准备就绪。​

2. MCO1和MCO2配置寄存器

MCO1和MO2用于配置MCO1和MCO2输出，两个寄存器的配置类似，我们以MCO1为例：​

图9.2.1.4 RCC_MCO1CFGR寄存器​

MCO1SEL[2:0]:为MCO1时钟输出选择位，由软件设置和清除。时钟源选择可能会在MCO1上产生毛刺，所以建议仅在复位后配置这些位，然后再使能外部振荡器和PLL。将该位：​

0x0:选择HSI时钟（hsi_ck）作为输出；​

0x1：选择HSE时钟（hse_ck）作为输出；​

0x2：选择CSI时钟（csi_ck）作为输出；​

0x3：选择LSI时钟（lsi_ck）作为输出；​

0x4：选择LSE时钟（lse_ck）作为输出；​

MCO1DIV[3:0]位用于配置MCO1的预分频器，对该位配置：​

0x0：旁路模式；​

0x1：分频值为2；​

0x2：分频值为3；​

...​

0xF：分频值为16.​

MCO1ON位用于控制MCO1输出，将该位写0则关闭MCO1输出，写1则开启MCO1输出。​

3. MPU和MCU时钟源选择寄存器

STM32MP157有两个A7内核和一个M4内核，RCC_MPCKSELR和RCC_MSSCKSELR分别用于选择MPU和MCU的时钟源。我们以MCU为例：​

（1）RCC MCU子系统时钟选择寄存器（RCC_MSSCKSELR）​

图9.2.1.5 RCC_MSSCKSELR寄存器​

MCUSSRC[1:0]位用于选择MCU子系统的时钟（MCUSS）来源，通过配置该位可以选择MCUSS可以来自：​

0x0: 配置MCUSS时钟源来自HSI时钟(hsi_ck)；​

0x1: 配置MCUSS时钟源来自HSE (hse_ck)；​

0x2：配置MCUSS时钟源来自CSI (csi_ck)；​

0x3：配置MCUSS时钟来自PLL3 (pll3_p_ck)​

MCUSSRCRDY属于只读位，读取该位为1，表示MCUSS已经准备好，可以切换到MCUSSRC配置的时钟；读取该位为0表示MCUSS未准备好。​

通过软件置1和清除，以配置MCO1的预分频器。 修改该预分频器可能会在MCO1上产生毛刺。 强烈建议仅在复位后才更改该预分频器，然后再使能外部振荡器和PLL。​

有关详细信息，请参见第10.4.4节：时钟输出生成（MCO1和MCO2）。​

（2）RCC MCU时钟分频器寄存器（RCC_MCUDIVR）​

图9.2.1.6 RCC_MCUDIVR寄存器​

MCUDIV[3:0]用于配置MCU时钟的分频值，配置该位：​

0x0：MCU子系统时钟（也可以写为MCUSS或者mcuss_ck）不分频；​

0x1：2分频；​

0x2：4分频；​

0x3：8分频；​

...​

0x8：256分频。​

其它配置：512分频​

MCUDIVRDY属于只读位，用于指示是否考虑了新的分频系数，该位：​

：尚未考虑新的除法系数；​

：考虑新的除法系数。（重置后的默认值）​

4. HSI/CSI时钟配置寄存器

HSI和CSI时钟配置寄存器由RCC_HSICFGR和RCC_CSICFGR来控制，用于配置HSI和CSI的时钟源选择和分频器分频值等。​

（1）RCC HSI配置寄存器（RCC_HSICFGR）​

图9.2.1.7 RCC_HSICFGR寄存器​

HSIDIV[1:0]用于配置HSI的时钟分频值：​

0x0：配置HSI为1分频，hsi_ck (hsi_ker_ck) = 64 MHz；​

0x1：配置HSI为2分频，hsi_ck (hsi_ker_ck) = 32 MHz；​

0x2：配置HSI为4分频，hsi_ck (hsi_ker_ck) = 16 MHz；​

0x3：配置HSI为8分频，hsi_ck (hsi_ker_ck) = 8 MHz；​

HSICAL[11:0]和HSITRIM[6:0]:用于配置时钟校准调整值，这两位我们可以不用管。​

5. AXI/PLL1/PLL2/PLL3/PLL4时钟选择

AXI/PLL1/PLL2/PLL3/PLL4都有对应的时钟选择寄存器，用于选择其时钟源。​

AXI子系统的时钟可以选择HSI、HSE、PLL2；​

PLL1和PLL2时钟可以来自HSI、HSE；​

PLL3时钟可以来自HSI、HSE、CSI；​

PLL4时钟可以来自HSI、HSE、CSI和I2S_CKIN。​

以上相关时钟源选择配置寄存器的配置也比较简单，我们就不一一举例子了，如需要，大家按照要求来配置即可。​

5. APB、AXI分频寄存器

APB1~APB5以及AXI都有时钟分频器，可以设置时钟分频值。AXI时钟分频器可以配置分频值为1、2、3和4。APB1~APB5分频器的分频值可以配置为2、4、8和16。相关寄存器的配置也比较简单，我们这里就不一一介绍了。​

6. PLL控制和配置寄存器

PLL1~PLL4有专门的控制寄存器和配置寄存器，我们这里以PLL1为例进行介绍。​

（1）RCC PLL1控制寄存器（RCC_PLL1CR）​

图9.2.1.8 RCC_PLL1CR寄存器​

PLLON位用于使能PLL1，将该位置1表示使能PLL1，复位表示将PLL1关闭；​

PLL1RDY表示PLL1时钟就绪标志位，属于只读位。该位为1表示PLL1处于锁的状态，为0表示PLL1处于未锁的状态；​

DIVPEN表示PLL1 DIVP分频器输出使能位，通过软件置1和复位，以使能PLL1的pll1_p_ck输出。该位为0，表示pll1_p_ck输出被禁用，为1，表示pll1_p_ck输出启用。为了节省功耗，当不需要pll1_p_ck时，必须将DIVPEN和DIVP设置为'0'。​

DIVQEN是PLL1 DIVQ分频器输出使能位，该位为0，表示pll1_q_ck输出被禁用；该位为1，表示设置pll1_q_ck输出已启用。​

DIVREN表示PLL1 DIVR分频器输出使能位，该位为0，表示pll1_r_ck输出被禁用；该位为1，表示设置pll1_r_ck输出启用。​

（2）PLL1配置寄存器（RCC_PLL1CFGR1和RCC_PLL1CFGR2）​

PLL1配置寄存器有2个，其它PLL配置寄存器也是有2个。PLL1配置寄存器1（RCC_PLL1CFGR1）如下：​

图9.2.1.9 RCC_PLL1CFGR1寄存器​

DIVN[8:0]位用于配置PLL1 VCO的倍数，将该位配置为：​

0x18：分频比为25；​

0x19:分频比为；​

...​

0x31: 分频比为50 (default after reset)；​

...​

0x63: 分频比为100。​

PLL1配置寄存器1（RCC_PLL1CFGR2）如下：​

图9.2.1.10 RCC_PLL1CFGR2寄存器​

DIVP[6:0]位、DIVQ[6:0]位和DIVR[6:0]位分别用于配置PLL1 DIVP、PLL1 DIVQ和PLL1 DIVR的分频系数，要配置为什么样的分频值，根据手册来配置即可。​

7. PLL小数寄存器

我们前面也说过，锁相环PLL的 FRACV是分数倍频系数，它和DIVN一起组成PLL的倍频系数，当FRACV等于0的时候表示在整数模式下，大于0的时候表示在小数（或者说分数）模式下。每个PLL都有其配置小数寄存器。我们以PLL1为例子。RCC PLL1小数寄存器（RCC_PLL1FRACR）如下：​

图9.2.1.11 RCC_PLL1FRACR寄存器​

FRACLE是PLL1分数使能位，该位必须先设置为0然后设置为1，这样，通过从0到“1”的转换将FRACV的内容传输到调制器中。​

FRACV[12:0]是PLL1的乘法因子的小数部分。FRACV可介于0和2¹³-1之间。​

​

9.2.2 外设时钟使能和关闭

我们要注意，STM32MP1外设的时钟在上电复位以后默认处于关闭状态，即这些外设都不可用，这么做的目的就是为了降低功耗，如果我们要使用某个外设，必须要先打开外设的时钟才可以对外设进行操作。​

在RCC外设相关寄存器中，我们会看到有两种寄存器，一个是以“SETR”结尾的寄存器，一个是以“CLRR”结尾的寄存器，前者是使能寄存器，后者是关闭寄存器。​

例如，APB1总线挂载的设备有窗口看门狗（WWDG）、I2C1~ I2C3、USART2、UART8和TIM2~TIM7等等外设，如果要使用WWDG，就必须先开启WWDG的时钟。对于MCU，APB1外设的时钟由RCC_MC_APB1ENSETR寄存器来开启，其第28位是WWDG时钟使能位，对该位：​

• 写'0'表示无效操作，读取该位，读到'0'则表示该外设时钟已经被关闭；​
• 写'1'表示开启外设时钟，读取该位，读取到'1'意味着外设时钟已经开启了。​

图9.2.2.1 MC_APB1ENSETR寄存器​

另外一个寄存器RCC_MP_APB1ENCLRR用于关闭APB1外设的时钟，我们看看此寄存器：​

图9.2.2.2 MP_APB1ENCLRR寄存器​

可以发现，并没有看到控制WWDG的时钟位，第28位是保留的，而其它外设，例如I2C1~ I2C3、USART2、UART8等对应的位有看到，对这些位：​

• 写'0'表示无效操作，读取到'0'表示已经关闭外设的时钟了；​
• 写'1'表示关闭外设时钟，读取到'1'表示已经开启外设时钟了；​

为什么窗口看门狗（WWDG）在RCC_MC_APB1ENCLRR寄存器中没有对应的时钟操作位呢？因为WWDG这个外设比较特殊，只要开启窗口看门狗以后就不能将其关闭了，必须等到系统重置以后才可以禁用窗口看门狗，而其它外设就不一样了，其它外设可以通过对时钟操作位写1来将其时钟关闭。​

在HAL库的stm32mp1xx_hal_rcc.h头文件中有所有外设时钟开启或者关闭宏定义：​

图9.2.2.3 外设时钟使能/禁用宏定义​

例如，WWDG部分：​

1 #define __HAL_RCC_WWDG1_CLK_ENABLE() (RCC->MC_APB1ENSETR = \              RCC_MC_APB1ENSETR_WWDG1EN)​
2 #define __HAL_RCC_WWDG1_CLK_DISABLE() (RCC->MC_APB1ENCLRR = \              RCC_MC_APB1ENCLRR_WWDG1EN)​

RCC_MC_APB1ENSETR_WWDG1EN和RCC_MC_APB1ENCLRR_WWDG1EN在stm32mp157axx_cm4.h头文件中有定义：​

#define RCC_MC_APB1ENSETR_WWDG1EN  B(28)​
#define RCC_MC_APB1ENCLRR_WWDG1EN  B(28)​

B(28)则表示将第28位置1，所以(RCC->MC_APB1ENSETR = RCC_MC_APB1ENSETR_WWDG1EN)就表示将RCC_MC_APB1ENSETR寄存器的第28位写1，也就是开启WWDG这个外设的时钟。在代码中，要开启WWDG的时钟的话，直接调用__HAL_RCC_WWDG1_CLK_ENABLE()这个宏就可以实现，其它的所有外设的时钟开启都可以类推。​

同理，(RCC->MC_APB1ENCLRR = RCC_MC_APB1ENCLRR_WWDG1EN)表示关闭WWDG的时钟，不过因为WWDG特殊，系统运行的时候是不能将WWDG时钟关闭的，所以寄存器RCC_MC_APB1ENCLRR并没有针对WWDG的操作位，所以调用__HAL_RCC_WWDG1_CLK_DISABLE()这个宏是没什么实际意义的，不过对于其它一般的外设，例如I2C3、USART2、UART8等，调用对应的宏就可以将外设时钟关闭了。​

又例如GPIOA~GPIOK是挂在AHB4总线上的，在HAL库的stm32mp1xx_hal_rcc.h头文件中同样有GPIO时钟开启和关闭宏定义，操作方法也和上面的外设类似。​

图9.2.2.4 外设时钟使能/禁用宏定义​

事实上，用STM32CubeMX插件生成的初始化代码中，也就是通过调用这些宏来开启外设时钟的。​

​

9.3 时钟相关API函数

头文件：stm32mp1xx_hal_rcc.h。​

stm32mp1xx_hal_rcc.c是RCC相关的HAL模块驱动程序文件，主要管理复位、初始化、取消初始化和外设时钟控制的功能。​

复位后，设备从内部高速时钟（HSI 64MHz）运行，并且所有外设均关闭，但内部SRAM1，SRAM2，SRAM3和PWR除外。高速（AHB）和低速（APB）总线上没有预分频，这些总线上映射的所有外设均以HSI速度运行。​

设备复位后，如果用户需要更高的频率/性能，需要进行如下操作：​

①选择用于驱动MPU、AXI和MCU子系统的时钟源；​

②配置AHB和APB总线分频器；​

③对于那些不是从总线获得时钟的内核外设需要配置内核时钟源；​

④启用要使用的外设的时钟。​

不管使用哪个时钟源，都是通过软件对相关寄存器的操作来实现的，我们直接通过HAL库的API函数来实现控制寄存器操作，下面，我们来分析一下stm32mp1xx_hal_rcc.c文件中的API函数。​

​

9.3.1 函数HAL_RCC_DeInit

1. 函数功能：主要就是将RCC时钟配置为默认重置状态，主要做了以下操作：​ ①将HSION位置1，将HSI用作系统时钟源；​
   ②将MCO1、MCO2HSE、PLL1、PLL2、PLL3和PLL4关闭；​
   ③AHB，APB总线预分频器设置为1；​
   ④禁止所有中断（从CSTOP中断允许唤醒除外）。​
2. 函数返回值：​枚举型，HAL_OK(成功)、HAL_ERROR（错误）、HAL_BUSY（忙碌）、HAL_TIMEOUT（超时）​
   
3. 注意：此功能不会修改外设、LSI、 LSE 和 RTC时钟，不会更改HSECSS（HSE时钟安全系统HSE Clock security system）和LSECSS（LSE Clock security system）。函数HAL_RCC_DeInit的部分代码如下，因为代码很多，我们省略掉了部分代码。1 HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_DeInit(void)2{3uint32_t tickstart;45/* 将HSION位置1，使能HSI振荡器 */6 SET_BIT(RCC->OCENSETR, RCC_OCENSETR_HSION);78/* 获取全局变量uwTick当前计算值 */9 tickstart = HAL_GetTick();1011/* 等待HSI准备就绪 */12while((RCC->OCRDYR & RCC_OCRDYR_HSIRDY)==0U)13{14if((HAL_GetTick()- tickstart)> HSI_TIMEOUT_VALUE)15{16return HAL_TIMEOUT;17}18}1920/*21省略掉代码......22 关闭MCO1、MCO2HSE、PLL1、PLL2、PLL3和PLL423 */2425/* 等待HSIDIV分频器就绪*/26while((RCC->OCRDYR & RCC_OCRDYR_HSIDIVRDY)==0U)27{28if((HAL_GetTick()- tickstart)> HSI_TIMEOUT_VALUE)29{30return HAL_TIMEOUT;31}32}33/******省略掉代码******/34/* 更新SystemCoreClock全局变量 */35 SystemCoreClock = HSI_VALUE;3637/* 调整Systick中断时间 */38if(HAL_InitTick(uwTickPrio)!= HAL_OK)39{40return HAL_ERROR;41}4243return HAL_OK;44}我们简单分析这部分代码：第6行，通过SET_BIT置位操作，将RCC_OCENSETR寄存器的HSEON位置1，表示使能HSI振荡器。第9到，先获取全局变量uwTick当前计算值。第12行，等待HSI是否已经就绪。注：RCC_OCRDYR是振荡器时钟就绪寄存器①第0位HSIRDY是HSI时钟就绪标志，由硬件置1，以指示HSI振荡器稳定，如果此位为0，表示HSI时钟未准备好，如果此位为1，表示HSI时钟已准备好。②第2位HSIDIVRDY是分频器就绪标志位，由硬件置位和复位。如果此位为0，表示新的分频比尚未传播到hsi_ck（hsi_ker_ck）（复位后默认），如果此位为1，表示hsi_ck（hsi_ker_ck）时钟频率反映了新的HSIDIV值，即分频器已经准备好。③第4位CSIRDY是CSI时钟就绪标志，由硬件置1，以指示CSI振荡器稳定。如果此位为0，表示CSI时钟未准备好（复位后的默认值），如果此位为1，表示CSI时钟已准备好。④第8位HSERDY表示HSE时钟就绪标志由硬件置1，指示HSE振荡器稳定。如果此位为0，表示HSE时钟未准备好（复位后的默认值），如果此位为1，HSE时钟已准备好。



4. 图9.3.1. 1寄存器代码中，RCC_OCRDYR_HSIRDY值为0x00000001。如果(RCC->OCRDYR & RCC_OCRDYR_HSIRDY)==，表示HSI振荡器未稳定，程序会卡在while循环中。如果两次取得的全局变量uwTick的差值大于HSI_TIMEOUT_VALUE（100ms），表示HSI超时，程序返回HAL_TIMEOUT标志并退出while循环。第26到第32行，表示等待HSIDIV分频器就绪。第35行，更新SystemCoreClock全局变量的值为HSI_VALUE。SystemCoreClock变量用于存储系统时钟频率，可以用来设置SysTick定时器或配置其他参数，每次时钟变化时，都应该更新它，这样也是为了保证SystemCoreClock的准确性。我们在第​​6.3.4小节​​system_stm32mp1xx.c文件中有分析过。第38到第41行，调用HAL_InitTick函数更新Systick中断时间（1ms），因为很多地方要用systick作为时基源，所以时钟源变化后，要将其更新。如果HAL_InitTick函数没有运行成功，程序将返回HAL_ERROR。HAL_InitTick函数我们在​​7.4.2小节​​的stm32mp1xx_hal.c文件中有分析过。
​

9.3.2函数HAL_RCC_OscConfig

1. 函数功能：主要就是配置 HSE、HSI、LSI、LSE 和 PLL（PLL1、PLL2、PLL3和PLL4）。​
2. 函数返回值：枚举型，HAL_OK(成功)、HAL_ERROR（错误）、HAL_BUSY（忙碌）、HAL_TIMEOUT（超时）

• 注意：当PLL用作系统时钟时，PLL不会被禁用。函数部分代码如下：

1 __weak HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_OscConfig(RCC_OscInitTypeDef\ *RCC_OscInitStruct)
2{
3uint32_t tickstart;
4 HAL_StatusTypeDef result = HAL_OK;
5
6/* 检查是否是空指针 */
7if(RCC_OscInitStruct ==NULL)
8{
9return HAL_ERROR;
10}
11
12/* 使用断言检查参数 */
13assert_param(IS_RCC_OSCILLATORTYPE(RCC_OscInitStruct->OscillatorType));
14
15/******省略HSE、HSI、CSI、LSI、LSE、PLL配置代码 ******/
16return HAL_OK;
17}
18

• weak表示函数是弱定义，用户可以在其它地方重新定义一个同名的函数。函数参数是RCC_OscInitTypeDef 类型结构体变量，主要对RCC内部/外部振荡器（HSE，HSI，CSI，LSE和LSI）配置的结构定义，RCC_OscInitStruct是指向RCC_OscInitTypeDef结构的指针，RCC_OscInitTypeDef 类型结构体声明如下，通过指针可以操作结构体中的成员变量。例如，如果要选择HSE为振荡器：①设置OscillatorType的值为RCC_OSCILLATORTYPE_HSE；②然后设置HSEState的值为RCC_HSE_ON开启HSE；③如果用到PLL，则配置对应PLL的参数。对于其它的时钟源（HSI、LSI、LSE和CSI）配置方法类似。stm32mp1xx_hal_rcc.h文件代码

typedefstruct
{
uint32_t OscillatorType;/* 要配置的振荡器 */
uint32_t HSEState;/* HSE的新状态 */
uint32_t LSEState;/* LSE的新状态 */
uint32_t HSIState;/* HSI的新状态 */
uint32_t HSICalibrationValue;/* 校准调整值 */
uint32_t HSIDivValue;/* HSI的分频系数 */
uint32_t LSIState;/* LSI的新状态 */
uint32_t CSIState;/* CSI的新状态 */
uint32_t CSICalibrationValue;/* 校准调整值 */
 RCC_PLLInitTypeDef PLL;/* PLL1结构参数： */
 RCC_PLLInitTypeDef PLL2;    /* PLL2结构参数 */
 RCC_PLLInitTypeDef PLL3;/* PLL3结构参数 */
 RCC_PLLInitTypeDef PLL4;/* PLL4结构参数 */
} RCC_OscInitTypeDef;

• 我们查看PLL的RCC_PLLInitTypeDef结构参数有哪些，如下，此结构体定义了锁相环PLL中用到的DIVM、DIVP、DIVQ、DIVR、FRACV等参数变量，通过给这些结构体成员赋值即可配置PLL的时钟。stm32mp1xx_hal_rcc.h文件代码

typedefstruct
{
uint32_t PLLState;/* PLL的新状态 */
uint32_t PLLSource;/* PLL输入时钟源 */
uint32_t PLLM;/* PLL VCO输入时钟的分频系数DIVM */
uint32_t PLLN;/* PLL VCO输出时钟的倍数DIVN */
uint32_t PLLP;/* 分频因子DIVP */
uint32_t PLLQ;/* 分频因子DIVQ */
uint32_t PLLR;/* 分频因子DIVR */
uint32_t PLLRGE;/* PLL3和PLL4的PLL输入频率范围 */
uint32_t PLLFRACV;/* PLL1 VCO乘数的小数部分FRACV */
uint32_t PLLMODE;/* 使用PLL模式 */
uint32_t MOD_PER;/* 调制周期调整 */
uint32_t RPDFN_DIS;/* 抖动的RPDF噪音控制 */
uint32_t TPDFN_DIS;/* 抖动的TPDF噪声控制 */
uint32_t SSCG_MODE;/* 扩频时钟发生器模式 */
uint32_t INC_STEP;/* 调制深度调整*/
} RCC_PLLInitTypeDef;

• 
  在HSE、HSI、CSI、LSI、LSE、PLL配置代码部分，我们主要分析HSE、HSI和PLL配置部分。

1. HSE配置部分

1 if (((RCC_OscInitStruct->OscillatorType) & RCC_OSCILLATORTYPE_HSE) \​
            == RCC_OSCILLATORTYPE_HSE)​
2 {​
3 /* 使用断言检查检查参数 */​
4 assert_param(IS_RCC_HSE(RCC_OscInitStruct->HSEState));​
5 /* 当HSE在系统中的某处使用时，将不会被禁用 */​
6 if (IS_HSE_IN_USE())​
7 {​
8 if ((__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY) != RESET) && \          (RCC_OscInitStruct->HSEState != RCC_HSE_ON))​
9 {​
10 return HAL_ERROR;​
11 }​
12 }​
13 else​
14 {​
15 /* 配置HSE振荡器 */​
16 result = HAL_RCC_HSEConfig(RCC_OscInitStruct->HSEState);​
17 if (result != HAL_OK)​
18 {​
19 return result;​
20 }​
21 }​
22 }​

第1行，通过RCC_OscInitStruct指针判断振荡器是否选中了HSE，如果选中了HSE，将进行后续的配置操作。​

第4行，使用断言检查HSE参数的状态设置是否正确。​

第6到第12行，判断HSE是否有在使用中，如果有在使用，则不会被禁用。 (__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY) != RESET)用于判断​​RCC_OCRDYR​​振荡器时钟就绪寄存器中的HSERDY位是否为0，为0的话表示HSE时钟未准备好（复位后的默认值也是0）。​

(RCC_OscInitStruct->HSEState != RCC_HSE_ON)表示HSE的状态没有被开启。​

如果HSERDY位为0，且HSE的状态没有开启，那么HSE没有被使用，程序返回HAL_ERROR。是否已经开启HSE，这取决于用户，所以程序要通过判断HSERDY位以及用户的设置状态来判断到底HSE用还是没用。​

第16行，调用HAL_RCC_HSEConfig函数完成HSE振荡器的初始化。​

程序中主要实现操作3个寄存器，一个是上面提到的​​RCC_OCRDYR​​，另外两个是RCC_OCENCLRR核RCC_OCENSETR寄存器。​

注：​

RCC_OCENCLRR寄存器用于控制振荡器，向该寄存器写入0无效，写入1将清除相应的位。​

第0位，HSION：写1表示清除HSION位，禁用HSI。​

第4位，CSION：写1表示清除CSION位，禁用CSI。​

第7位，DIGBYP：当连接到OSC_IN的外部时钟为低摆幅信号时，软件将其清零。写1表示清除DIGBYP位（模拟旁路），禁用​

第8位，HSEON：写1表示清除HSEON位，禁用HSE。​

RCC_OCENSETR寄存器的功能和RCC_OCENCLRR寄存器的功能相反，RCC_OCENSETR寄存器表示开启对应的功能。​

图9.3.2. 1寄存器​

代码中附上了详细的注释，通过注释可以知道程序的实现过程：​

①在配置HSE前，先关闭HSE，如果已经使用了HSE，应先切换成别的时钟源，然后再关闭HSE，最后才可以配置HSE。​

②程序中通过将RCC振荡器时钟使能清除寄存器（RCC_OCENCLRR）的HSEON位写入“ 1”来禁用HSE。​

③通过验证RCC_OCRDYR的HSERDY位是否设置为'0'，检查HSE是否被禁用。​

④通过将RCC振荡器时钟使能清除寄存器（RCC_OCENCLRR）的HSEBYP位写入'1'，禁用HSE旁路模式。​

⑤通过将RCC振荡器时钟使能设置寄存器（RCC_OCENSETR）的HSEON位写入“ 1”来再次使能HSE​

⑥检查RCC_OCRDYR的HSERDY位是否设置为“ 1”，然后准备使用HSE。​

1 /**​
2根据指定的参数初始化RCC HSE振荡器。​
3 在更改HSE配置之前，请注意不要将HSE振荡器用作时钟，也就是要先关闭HSE，​
4 *  如果使用了HSE，则必须选择另一个源时钟，然后更改HSE状态（例如：禁用它）。 ​
5 *@note  进入STOP和STANDBY模式时，HSE由硬件停止。​
6 *@note  此功能会重置CSSON位，因此，如果先前启用了时钟安全系统（CSS），​
7  则必须在调用此功能后再次启用CCS。​
8  *@param  状态包含RCC HSE振荡器的配置。​
9 *  此参数可以是下列值之一：​
10 *  @arg RCC_HSE_OFF：​
11 *  关闭HSE振荡器​
12 *  @arg RCC_HSE_ON： ​
13 *  打开HSE振荡器​
14 *  @arg RCC_HSE_BYPASS：​
15  *  使用提供给OSC_IN的低摆幅模拟信号（旁路时钟），​
16   HSE振荡器被外部时钟旁路​
17 *  @arg RCC_HSE_BYPASS_DIG：​
18 *  使用提供给OSC_IN的全摆幅数字信号（数字旁路时钟），​
19  HSE振荡器被外部时钟旁路​
20 * @retval HAL status​
21 */​
22 HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_HSEConfig(uint32_t State)​
23 {​
24 uint32_t tickstart;​
25 ​
26 /* 检查参数 */​
27 assert_param(IS_RCC_HSE(State));​
28 ​
29 /* 在配置HSE之前禁用HSEON */​
30 WRITE_REG(RCC->OCENCLRR, RCC_OCENCLRR_HSEON);​
31 ​
32 /* 获取全局变量uwTick当前计算值 */​
33 tickstart = HAL_GetTick();​
34 ​
35 /* 等待直到禁用HSE */​
36 while (__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY) != RESET)​
37 {​
38 if ((HAL_GetTick() - tickstart) > HSE_TIMEOUT_VALUE)​
39 {​
40 return HAL_TIMEOUT;​
41 }​
42 }​
43 ​
44 /* 清除剩余的位 */​
45 WRITE_REG(RCC->OCENCLRR, (RCC_OCENCLRR_DIGBYP | \  RCC_OCENSETR_HSEBYP));​
46 ​
47 /* 如果需要，启用HSE */​
48 if (State != RCC_HSE_OFF)​
49 {​
50 /* 如果设置的是旁路时钟，则启用旁路模式 */​
51 if (State == RCC_HSE_BYPASS)​
52 {​
53 SET_BIT(RCC->OCENSETR, RCC_OCENSETR_HSEBYP);​
54 }​
55 /* 如果设置的是数字旁路时钟，则启用数字旁路模式 */​
56 else if (State == RCC_HSE_BYPASS_DIG)​
57 {​
58 SET_BIT(RCC->OCENSETR, RCC_OCENCLRR_DIGBYP);​
59 SET_BIT(RCC->OCENSETR, RCC_OCENSETR_HSEBYP);​
60 }​
61 ​
62 /* 启用HSE */​
63 SET_BIT(RCC->OCENSETR, RCC_OCENSETR_HSEON);​
64 ​
65 /* 获取全局变量uwTick当前计算值 */​
66 tickstart = HAL_GetTick();​
67 ​
68 /* 等待HSE准备就绪 */​
69 while (__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET)​
70 {​
71 if ((HAL_GetTick() - tickstart) > HSE_TIMEOUT_VALUE)​
72 {​
73 return HAL_TIMEOUT;​
74 }​
75 }​
76 }​
77 ​
78 return HAL_OK;​
79 }​

2. HSI配置部分

关于HSI的配置部分，有以下两点：​

①RCC_OCRDYR寄存器的HSIRDY标志指示HSI是否稳定。 启动时，在硬件将HSIRDY位置1之前，不会释放HSI输出时钟。应用程序还可以通过位于RCC振荡器时钟使能设置寄存器（RCC_OCENSETR）和RCC振荡器时钟使能清除寄存器（RCC_OCENCLRR）中的HSION位来控制HSI激活。​

②HSI的预分频器由位于HSI配置寄存器RCC_HSICFGR中的HSIDIV位控制。RCC振荡器时钟就绪寄存器RCC_OCRDYR可以使用标志HSIDIVRDY位来检查硬件何时考虑新的分频比。HSIDIV值可以即时更改，并且HSI将考虑新的分频比，但是，必须考虑：​

• 如果HSI当前用作PLL的参考时钟，则不允许更改HSIDIV。​
• 如果当前将HSI时钟用作某些外围设备的内核时钟，则应用程序必须确保HSI频率变化不会干扰外围设备。​

配置部分的代码框架如下，代码比较多，这里省略了代码。​

1 if (((RCC_OscInitStruct->OscillatorType) & RCC_OSCILLATORTYPE_HSI) \​
             == RCC_OSCILLATORTYPE_HSI)​
2 {​
3 /* 使用断言检查检查参数是否符合范围*/​
4 /****** 省略部分代码 ******/​
5 /* ​
6当HSI被使用时（在AXI、MPU、MCU和PLL1~pLL4使用），它不会被禁用，允许校准。​
7、如果HSI当前用作PLL的参考时钟，则不允许更改HSIDIV的置。​
8、如果HSI没有被当做PLL的参考时钟，则更新HSIDIV值，​
9同时，更新SystemCoreClock全局变量。​
10 */​
11 if (IS_HSI_IN_USE())​
12 {​
13 /****** 省略部分代码 ******/​
14 }​
15 /* ​
16如果HSI没有在AXI、MPU、MCU和PLL1~pLL4使用：​
17、确定HSI没有被使用，如果检查到HSIState为开启状态(一般是用户开启），先启​
18用HSI，等待HSI准备就绪后，更新HSIDIV值，然后整内部高速振荡器（HSI）校准值。​
19 * ​
20、如果如果检查到HSIState为关闭状态（一般是用户关闭），则禁用HSI。​
21 */​
22 else​
23 {​
24 /****** 省略部分代码 ******/​
25 }​
26 }​

3. PLL配置部分

在启用PLL之前，必须先完成以下PLL配置：​

• 选择PLL时钟输入（HSI或CSI或HSE）​
• PLL时钟频率输入范围（配置DIVM参数）​
• 一旦启用了PLL，DIVMx，DIVNx，DIVPx，DIVQx和DIVRx这些参数就无法更改如果用户想要更改PLL参数，则他必须禁用相关的PLL（PLLxON = 0），并等待PLLxRDY标志为0才可以（这里的x等于1~4）。​

配置PLL部分主要是通过调用RCC_PLL1_Config、RCC_PLL2_Config、RCC_PLL3_Config、RCC_PLL4_Config函数来实现，函数的参数RCC_OscInitStruct用于指定配置哪一个PLL。通过对PLL的RCC_PLLInitTypeDef结构体成员赋值可以配置PLL中用到的DIVM、DIVP、DIVQ、DIVR、FRACV等参数。​

1 /* 配置PLL1 */​
2 result = RCC_PLL1_Config(&(RCC_OscInitStruct->PLL));​
3 if (result != HAL_OK)​
4 {​
5 return result;​
6 }​
7 ​
8 /* 配置PLL2 */​
9 result = RCCEx_PLL2_Config(&(RCC_OscInitStruct->PLL2));​
10 if (result != HAL_OK)​
11 {​
12 return result;​
13 }​
14​
15 /* 配置PLL3 */​
16 result = RCCEx_PLL3_Config(&(RCC_OscInitStruct->PLL3));​
17 if (result != HAL_OK)​
18 {​
19 return result;​
20 }​
21​
22 /* 配置PLL4 */​
23 result = RCCEx_PLL4_Config(&(RCC_OscInitStruct->PLL4));​
24 if (result != HAL_OK)​
25 {​
26 return result;​
27 }​

9.3.3函数HAL_RCC_ClockConfig

1. 函数功能：根据RCC_ClkInitStruct中指定的参数初始化MPU，AXI，AHB和APB总线时钟。​
2. 函数返回值：枚举型，HAL_OK(成功)、HAL_ERROR（错误）、HAL_BUSY（忙碌）、HAL_TIMEOUT（超时）

• 注意：​

①系统从上电复位、停机或者待机唤醒以后，或者在HSE发生故障的情况下，则直接或间接将HSI直接或间接用作系统时钟。​

②仅当目标时钟源准备就绪（启动延迟或PLL锁定后时钟稳定）时，才会从一个时钟源切换到另一时钟源。如果选择了尚未准备好的时钟源，则当时钟源准备就绪时将进行切换。​

③根据设备电压范围，软件必须正确设置HPRE [3：0]位以确保HCLK不超过最大允许频率。​

1 HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef \  *RCC_ClkInitStruct)​
2 {​
3 ​
4 HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;​
5 uint32_t tickstart;​
6 ​
7 /* 检查是否是检查空指针 */​
8 if (RCC_ClkInitStruct == NULL)​
9 {​
10 return HAL_ERROR;​
11 }​
12​
13 assert_param(IS_RCC_CLOCKTYPETYPE(RCC_ClkInitStruct->ClockType));​
14 /******省略 MPU、AXISS模块配置代码******/​
15 /******省略 APB1~APB5总线的分频器APB1DIV~APBDIV5的代码******/​
16 ​
17 return HAL_OK;​
18 }​

参数RCC_ClkInitStruct是指向RCC_ClkInitTypeDef结构的指针，我们查看此结构体。如下，此结构体主要用于设置时钟源以及MPU、AXI子系统、MCU子系统和APB1~APB5的分频系数。​

stm32mp1xx_hal_rcc.h文件代码​

typedef struct​
 {​
 uint32_t ClockType;  /* 时钟源选择 */ ​
 RCC_MPUInitTypeDef MPUInit;  /* MPU结构参数(时钟源和分频数) */ ​
 RCC_AXISSInitTypeDef AXISSInit; /* AXI结构参数(时钟源和分频数)*/ ​
 RCC_MCUInitTypeDef MCUInit;  /* APB4分频数 */ ​
 uint32_t APB4_Div;  /* APB4分频数 */ ​
 uint32_t APB5_Div;  /* APB5分频数 */ ​
 uint32_t APB1_Div;  /* APB1分频数 */ ​
 uint32_t APB2_Div;  /* APB2分频数 */ ​
 uint32_t APB3_Div;  /* APB3分频数 */ ​
 } RCC_ClkInitTypeDef;​

9.3.4 函数HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq

1. 函数功能：根据所选的时钟源以及预定义的常量来返回系统核心频率。​
2. 函数返回值：MCU或者MPU时钟频率。

• 注意：​

①我们说的系统时钟频率，其实就是MCU或者MPU的时钟频率。​

②每次MCU/MPU更改时，必须调用此函数以更新正确的值，否则，基于此功能的任何配置都将不正确。我们前面说的SystemCoreClock全局变量就是通过此函数来获取最新的系统时钟频率的：​

SystemCoreClock = HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq();​

我们后面的实验会通过HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq函数来获取系统时钟频率。，函数如下。函数中，通过宏定义CORE_CA7来选择MPU或者MCU的时钟，其中HAL_RCC_GetMPUSSFreq函数返回MPU的时钟，HAL_RCC_GetMCUFreq函数返回MCU的时钟。​

1 uint32_t HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq(void)​
2 {​
3 #ifdef CORE_CA7​
4 return HAL_RCC_GetMPUSSFreq();​
5 #else /* CORE_CM4 */​
6 return HAL_RCC_GetMCUFreq();​
7 #endif​
8 }​

9.3.5 HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig

1. 函数功能：根据RCC_PeriphCLKInitTypeDef中的指定参数初始化RCC外设时钟。​
2. 函数返回值：​

枚举型，HAL_OK(成功)、HAL_ERROR（错误）、HAL_BUSY（忙碌）、HAL_TIMEOUT（超时）​

可以通过此函数可以指定配置哪个外设以及外设的时钟源是哪个，后面的外设实验中，我们会接触此函数。该函数声明如下：​

HAL_StatusTypeDef HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(RCC_PeriphCLKInitTypeDef​

*PeriphClkInit)​

PeriphClkInit是指向包含字段PeriphClockSelection的RCC_PeriphCLKInitTypeDef结构的指针，该字段可以指定是哪个外设。例如，RCC_PERIPHCLK_UART24指定USART2和UART4，RCC_PERIPHCLK_I2C12指定I2C1和I2C2。​

typedef struct​
{​
 uint64_t PeriphClockSelection; /* 外设时钟源选择 */​
 RCC_PLLInitTypeDef PLL2;  /* PLL2结构参数 */ ​
 RCC_PLLInitTypeDef PLL3;  /* PLL3结构参数 */​
 RCC_PLLInitTypeDef PLL4;  /* PLL4结构参数 */​
 /* 指定I2C1/2时钟源，该参数可以是RCC_PERIPHCLK_I2C12 */​
 uint32_t I2c12ClockSelection; ​
/********* 省略部分代码 *********/​
/* 指定UART2/4时钟源，该参数可以是RCCEx_UART24_Clock_Source */​
 uint32_t Uart24ClockSelection; ​
/* 指定UART3/5时钟源，该参数可以是RCCEx_UART35_Clock_Source */ ​
 uint32_t Uart35ClockSelection; ​
/* 指定UART6时钟源，该参数可以是RCCEx_USART6_Clock_Source */ ​
 uint32_t Usart6ClockSelection; ​
/* 指定UART7/8时钟源，该参数可以是RCCEx_UART78_Clock_Source */ ​
 uint32_t Uart78ClockSelection; ​
 /* 指定RNG1时钟源，该参数可以是RCCEx_RNG1_Clock_Source */ ​
 uint32_t Rng1ClockSelection; ​
/* 指定RTC时钟源，该参数可以是RCC_RTC_Clock_Source */ ​
 uint32_t RTCClockSelection; ​
/********* 省略部分代码 *********/​
/* 指定TIM2时钟源，该参数可以是RCCEx_TIMG2_Prescaler_Selection */ ​
 uint32_t TIMG2PresSelection; ​
} RCC_PeriphCLKInitTypeDef;​

RCC_PLLInitTypeDef结构体我们前面已经分析过，其声明了锁相环PLL中用到的DIVM、DIVP、DIVQ、DIVR、FRACV等参数变量。​

9.3.6 其它函数

函数名​	函数说明​
HAL_RCC_HSEConfig​	初始化RCC HSE振荡器时钟函数​
RCC_AXISSConfig​	初始化AXISS时钟函数​
RCC_MCUConfig​	初始化MCU时钟函数​
HAL_RCC_MCOConfig​	选择要在MCO1引脚或MCO2引脚上输出的时钟源​
HAL_RCC_GetOscConfig​	根据内部RCC配置寄存器配置RCC_OscInitStruct​
HAL_RCC_GetClockConfig​	根据内部RCC配置寄存器配置RCC_ClkInitStruct​
HAL_RCC_GetPLL1ClockFreq​	获取PLL1时钟频率：PLL1_P_Frequency、PLL1_R_Frequency和PLL1_Q_Frequency​
HAL_RCC_GetPCLK1Freq​	返回PCLK1的频率。同样地，还有HAL_RCC_GetACLKFreq和HAL_RCC_GetHCLK1Freq函数，根据函数名字可以推测函数的作用。​
HAL_RCC_GetMPUSSFreq​	返回MPUSS频率，同样的，还有HAL_RCC_GetAXISSFreq和HAL_RCC_GetMCUSSFreq函数，根据函数名字可以推测函数的作用。​
HAL_RCC_IRQHandler​	处理RCC全局中断函数​
HAL_RCC_Callback​	RCC全局中断回调函数​
HAL_RCC_WAKEUP_IRQHandler​	处理RCC唤醒中断函数​
HAL_RCC_WAKEUP_Callback​	RCC唤醒中断回调函数​

表9.3.5. 1其它API函数​

9.4 配置系统时钟实验

根据前面的分析以及ST官方给的总线框图，MCU时钟最大是209MHz，MCU有一个内核外设Systick，频率最大也是209MHz。下面我们分别使用HSE、HSI时钟源，通过配置时钟树来实现设置MCU最大的频率值，并通过程序读取MCU的时钟频率值和验证Systick的时钟频率。​

9.4.1 使用HSE

本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\11、M4 CubeIDE裸机驱动例程\CubeIDE_project\2-1 MCU_HSE。​

1. 硬件原理设计

正点原子STM32MP157开发板的核心板上外接了24MHz有源晶振，所以HSE为24MHz。​

图9.4.1. 1晶振原理图截图​

2. 软件配置

我们新建一个工程MCU_HSE，然后在STM32CubeMX插件上开启HSE，注意，要用外部时钟源HSE和LSE的话，一定要先将他们开启。如下图所示，会有4个选项：​

①Disable 关闭外部时钟​

②BYPASS Clock Source 旁路时钟​

③DIGBYPASS Clock Source 数字时钟（数字信号提供时钟）​

④Crystal/Ceramic Resonator 晶体/陶瓷谐振器​

图9.4.1. 2时钟模式选择​

旁路时钟是指使用外部晶振时，不需要芯片内部时钟驱动组件，直接从外部导入时钟信号，就好比芯片内部的驱动组件被旁路了，这种模式的话，一般接有源晶振。​

晶体/陶瓷谐振器选项是指，使用外部晶振时，时钟源是由外部晶振体与MCU内部时钟驱动电路共同配合形成，有一定的启动时间，精度较高，可以接无源晶振或者有源晶振。​

无源晶振自身是无法起振的，如果使用的是无源晶振的话，需要芯片上电跑起来以后，芯片内部的供电电路给无源晶振供电以后才可以起振。如果配置成BYPASS Clock Source模式的话，无源晶振就没法工作了，所以必须配置成Crystal/Ceramic Resonator模式。​

如果使用有源晶振，只要外部电路一上电，有源晶振就起振了，所以可以选BYPASS Clock Source或者Crystal/Ceramic Resonator模式都是可以的。​

如下图，将HSE配置成旁路时钟和晶体/陶瓷谐振器的差别，旁路时钟是单向信号，晶体/陶瓷谐振器是双向信号。​

图9.4.1. 3旁路时钟​

图9.4.1. 4晶体/陶瓷谐振器​

我们这里就选Crystal/Ceramic Resonator模式（选BYPASS Clock Source模式也可以）：​

图9.4.1. 5选Crystal/Ceramic Resonator模式​

在Clock Configuration处选择HSE时钟作为时钟源。由24MHz倍频到209MHz的话，需要通过PLL3配置分频系数和倍频系数来实现。具体配置步骤为：​

①选择HSE作为PLL3的时钟源；​

②选择PLL3P（也就是pll3_p_ck）作为mcuss_ck的输入时钟源；​

③手动输入209并按下回车，最大也只能输入209了，如果输入大于209并回车以后，系统系会频率超出范围。​

④输入209以后，STM32CubeMX会动态计算PLL3的倍频和分频系数，其中：​

DIVM3=2，DIVN3=52，fracv3=2048，DIVP3=3​

我们将上面的参数代入前面的计算公式中，计算pll3_p_ck结果也刚好是209MHz。​

图9.4.1. 6手动输入参数​

⑤STM32CubeMX动态计算MCU、AHB1~ AHB4以及APB1~ APB3桥接器和外设时钟。我们看到PCLK1~PCLK3后面显示红色，红色表示数值超出范围，并且窗口有一个叉提示配置异常：​

图9.4.1. 7配置异常提示​

根据前面​​9.1.2小节​​有提到，pclk1、pclk2、pclk3最大为104.5 MHz，所以我们要修改这部分的参数。APB1DIV~APB3DIV参数可选1/2/4/8/16，我们随便选其中一个，下图选参数2，刚好满足最大频率为104.5 MHz：​

图9.4.1. 8修改APB1DIV~APB3DIV​

查看上述配置，MCU和Systick的时钟频率均为209MHz，是否真的是这样呢？我们后面会通过HAL库函数读取它们的值。​

按下“Ctrl+S”保存配置，系统生成初始化代码。这里提一下，系统时钟（MCU）的代码默认是在main.c文件中的，所以在Project Manager窗口的Code Generator处勾选“Generate peripheral initialization as a pair of'.c/.h' files per peripheral”以后是不会专门生成时钟代码的.c和.h文件的，这点我们在​​第4.1.2小节​​说过。所以这里就不选了：​

图9.4.1. 9窗口配置​

系统生成工程如下：​

图9.4.1. 10生成MCU_HSE工程​

3. 添加用户代码

我们在main.c文件中添加如下代码：​

main.c文件代码​

static uint32_t mcu_freq = 0;​
 static uint32_t Systick_freq = 0;​
 mcu_freq=HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq();  /* 获取MCU的时钟频率 */​
 Systick_freq=SysTick->LOAD;    /* 获取Systick的LOAD寄存器的值 */​

4. 编译、调试

保存修改，编译工程无报错，先在while循环处添加一个断点，然后按照第​​4.1.6小节​​连接好开发板和ST-Link，进入Debug模式。​

进入Debug模式以后，程序停在HAL_Init函数处，此时变量的值为0​

图9.4.1. 11进入Debug模式​

点击运行按钮

，程序运行到断点处停止，观察此时mcu_freq的值为209000128，Systick_freq的值为208999。​

图9.4.1. 12运行调试​

5. 实验结果分析

根据上面的调试结果，我们看到mcu_freq的值为209000128，约等于209MHz，说明此时的系统时钟（MCU时钟）是209MHz，与前面的配置一致。​

Systick_freq的值为208999，约等于209000，此值我们是读取SysTick定时器中的LOAD寄存器的值。我们根据此结果逆推一下，SysTick每次计209000下就发生中断，如果要确保每1ms的中断周期的话，那么频率必须为209MHz。​

注：​

SysTick一个24位向下递减计数器，启动后，LOAD寄存器的值赋给VAL 寄存器，VAL寄存器递减，当递减到0的时候，会产生一次中断，然后再从LOAD寄存器取值，然后再从所得值开始递减，递减到0的时候又产生一次中断，如此反复，从而实现计时。我们在前面的​​7.4.2小节​​有讲过。​

前面我们提到，SystemCoreClock全局变量也是通过HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq()函数来获取最新的系统时钟频率的，那么他的值应该也是209000128。我们在STM32CubeIDE上查看此变量的值：​

图9.4.1. 13打开表达式窗口​

如下图，添加要观察的SystemCoreClock全局变量，其值为209000128。​

图9.4.1. 14观察值​

9.4.2 使用HSI

本实验配置好的实验工程已经放到了开发板光盘中，路径为：开发板光盘A-基础资料\1、程序源码\11、M4 CubeIDE裸机驱动例程\CubeIDE_project\2-2 MCU_HSI。​

新建一个工程，工程名字为MCU_HSI，进入时钟配置窗口以后，mcuss_ck默认是64MHz，我们手动输入209然后按下回车键，STM32CubeMX会自动计算各个参数，如下图所示：​

图9.4.1. 15手动配置参数​

红色部分提示pclk1、pclk2和pclk3的频率数值超出范围，我们调整一下，将分频值由1改为2：​

图9.4.1. 16手动调整参数​

配置好以后，我们看到各个参数：​

①默认选择HSI作为PLL3的时钟源；​

②默认选择PLL3P（也就是pll3_p_ck）作为mcuss_ck的输入时钟源；​

④输入209以后，STM32CubeMX会动态计算PLL3的倍频和分频系数，其中：​

DIVM3=4，DIVN3=26，fracv3=1024，DIVP3=2​

我们将上面的参数代入前面的计算公式中，计算pll3_p_ck结果也刚好是209MHz。​

按下“Ctrl+S”保存配置，STM32CubeIDE自动生成工程：​

我们在main.c文件中添加如下代码：​

main.c文件代码​

static uint32_t mcu_freq = 0;​
 static uint32_t Systick_freq = 0;​
 mcu_freq=HAL_RCC_GetSystemCoreClockFreq();/* 获取MCU的时钟频率 */​
 Systick_freq=SysTick->LOAD;    /* 获取Systick的LOAD寄存器的值 */​

图9.4.1. 17添加的代码​

保存修改，编译工程无报错，先在while循环处添加一个断点，然后按照第​​4.1.6小节​​连接好开发板和ST-Link，进入Debug模式。注意不要选错前面的MCU_HSE的工程，可以在Debug配置界面处确认一下：​

图9.4.1. 18确认调试的工程​

进入Debug模式以后，程序停在HAL_Init函数处，此时变量的值为0。​

图9.4.1. 19进入Debug模式​

点击运行按钮

，程序运行到断点处停止，观察此时mcu_freq的值为209000128，Systick_freq的值为208999。实验结果和上面MCU_HSE工程结果一样。实验分析请查看前面的MCU_HSE工程部分。​

图9.4.1. 20运行调试​

9.5 实验代码分析

实验虽然验证完毕了，虽然是STM32CubeIDE自动生成的初始化代码，但我们还是有必要分析一下工程代码，这对HAL库的理解还是很有好处的。我们以MCU_HSE工程为例子，分析一下代码的实现过程。​

9.5.1 配置HSE相关宏定义

此部分主要是在stm32mp1xx_hal_conf.h文件中完成的，在第​​7.4.1小节​​有分析过此文件。​

1. 选择HSE相关模块

在stm32mp1xx_hal_conf.h文件中使能HAL驱动程序中要使用的模块的列表，实验中用到了RCC：​

stm32mp1xx_hal_conf.h文件代码​

#define HAL_MODULE_ENABLED​
 /*#define HAL_HASH_MODULE_ENABLED */​
 #define HAL_HSEM_MODULE_ENABLED​
 /*#define HAL_WWDG_MODULE_ENABLED */​
 #define HAL_GPIO_MODULE_ENABLED​
 #define HAL_EXTI_MODULE_ENABLED​
 #define HAL_DMA_MODULE_ENABLED​
 #define HAL_MDMA_MODULE_ENABLED​
 #define HAL_RCC_MODULE_ENABLED​
 #define HAL_PWR_MODULE_ENABLED​
 #define HAL_CORTEX_MODULE_ENABLED​

2. 包含HSE相关模块的头文件

stm32mp1xx_hal_conf.h文件代码​

#ifdef HAL_RCC_MODULE_ENABLED​
  #include "stm32mp1xx_hal_rcc.h"​
 #endif /* HAL_RCC_MODULE_ENABLED */​

 #ifdef HAL_EXTI_MODULE_ENABLED​
 #include "stm32mp1xx_hal_exti.h"​
 #endif /* HAL_EXTI_MODULE_ENABLED */​

 #ifdef HAL_GPIO_MODULE_ENABLED​
 #include "stm32mp1xx_hal_gpio.h"​
 #endif /* HAL_GPIO_MODULE_ENABLED */​

 #ifdef HAL_HSEM_MODULE_ENABLED​
  #include "stm32mp1xx_hal_hsem.h"​
 #endif /* HAL_HSEM_MODULE_ENABLED */​
 /****** 省略部分代码 *******/​

3. 配置HSE_VALUE

宏定义HSE_VALUE匹配我们实际硬件的高速晶振频率（这里是24MHz），代码如下：​

stm32mp1xx_hal_conf.h文件代码​

#if !defined (HSE_VALUE)​
 #define HSE_VALUE (24000000U) ​
 #endif ​

9.5.2 系统时钟设置函数

1. 函数代码实现

gpio.c文件代码很简单，主要就是开启GPIOH时钟，因为HSE的两个时钟引脚挂在GPIOH上：​

#include "gpio.h"​

void MX_GPIO_Init(void)​
{​
 /* 开启GPIOH时钟，因为HSE的两个引脚PH0-OSC_IN和PH1-OSC_OUT挂在GPIOH上 */​
 __HAL_RCC_GPIOH_CLK_ENABLE();​
}​

下面，我们重点来看看main.c文件中系统时钟初始化代码。如下图是系统时钟设置函数SystemClock_Config的代码。代码主要分成三部分：​

①第一部分，是定义并初始化RCC_OscInitStruct、RCC_ClkInitStruct结构体变量，初始值默认为0，即将HSE、HSI、LSE、LSE、CSI和PLL1~PLL4均关闭；​

②第二部分，通过RCC_OscInitStruct结构体变量开启时钟源HSI、HSE、LSI和PLL3，并设置PLL3的分频和倍频参数，从而使pll3_p_ck输出频率为209MHz。​

③第三部分，通过RCC_ClkInitStruct结构体变量完成AXI、MCU和APB1~APB5的配置，实现AXI、MCU、APB1~APB3和APB4~APB5时钟频率分别为64MHz、209MHz、64MHz和104.5MHz。​

main.c文件代码​

1 /**​
2 * @brief主频时钟设置函数，也就是设置PLL3​
3 * @ note倍频系数(PLL倍频), 取值范围: 25~200.​
4 *  预分频系数(进PLL之前的分频), 取值范围: 1~64.​
5  *  pllp: PLL3的p分频系数(PLL之后的分频), 分频后作为系统时钟, 取     值范围: 1~128.(且必须是2的倍数)​
6  *    pllq: PLL3的q分频系数(PLL之后的分频), 取值范围: 1~128.​
7  * ​
8使用HSE时钟的时候，默认最高配置为:​
9 频率(mcu_ck) = MLHCLK = PLL3P / 1 = 209Mhz​
10 * hclk = MLHCLK = 209Mhz​
11 * AHB1/2/3/4 = hclk = 209Mhz​
12 * APB1/2/3 = MLHCLK / 2 = 104.5Mhz​
13 * @retval无;​
14 */​
15 void SystemClock_Config(void)​
16 {​
17 /* 定义RCC_OscInitStruct、RCC_ClkInitStruct结构体变量，并初始化为0 */​
18 RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};​
19 RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};​
20​
21 /*给RCC_OscInitTypeDef结构中的成员变量赋值完成初始化RCC振荡器 */​
22 RCC_OscInitStruct.OscillatorType = \     RCC_OSCILLATORTYPE_HSI|RCC_OSCILLATORTYPE_LSI​
23 |RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;​
24 RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;   /* 打开HSE */​
25 RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;   /* 打开HSI */​
26 RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = 16;  /* 校准HSI值 */​
27 RCC_OscInitStruct.HSIDivValue = RCC_HSI_DIV1; /* 设置HSI分频值为1 */​
28 ​
29 RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_ON;   /* 开启LSI */​
30 RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE; /* 没有PLL的状态 */​
31 RCC_OscInitStruct.PLL2.PLLState = RCC_PLL_NONE; /* 没有PLL2的状态 */​
32 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLState = RCC_PLL_ON; /* 开启PLL3 */​
33 /* PLL3输入时钟源为HSE */ ​
34 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLSource = RCC_PLL3SOURCE_HSE;​
35 /*​
36配置锁相环PLL3的分频和倍频参数，也就是：​
37，DIVN3=52，DIVP3=3，DIVQ3=2，DIVR3=2，FRACV=2048​
38则PLL3的pll3_p_ck输出频率为：​
39 * pll3_p_ck=
=209MHz​
40  */​
41 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLM = 2;   /* DIVM3=2 */​
42 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLN = 52;   /* DIVN3=52 */​
43 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLP = 3;   /* DIVP3=3 */​
44 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLQ = 2;   /* DIVQ3=2 */​
45 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLR = 2;   /* DIVR3=2 */​
46 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLRGE = RCC_PLL3IFRANGE_1;​
47 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLFRACV = 2048; /* FRACV=2048 */​
48 RCC_OscInitStruct.PLL3.PLLMODE = RCC_PLL_FRACTIONAL;/* 分数模式 */​
49 RCC_OscInitStruct.PLL4.PLLState = RCC_PLL_NONE; /* PLL4没有状态 */​
50 ​
51 /* 调用的HAL_RCC_OscConfig函数用于判断 HSE、HSI、LSI、LSE 和​
52（PLL1、PLL2、PLL3和PLL4）是否配置完成，配置完成则返回HAL_OK。​
53如果没有配置完成，发生错误的话就会进入Error_Handler函数（空循环）。​
54 */​
55 if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)​
56 {​
57 Error_Handler();​
58 }​
59 /*​
60给RCC_ClkInitStruct结构体成员赋值来配置RCC时钟，也就是：​
61配置AXI的时钟源和分频器分频值（也就是配置ACLK）；​
62配置MCU的时钟源和分频器分频值；​
63 配置APB1~APB5的分频值（也就是配置PCLK1~5）。​
64  */​
65 RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_ACLK​
66 |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2​
67 |RCC_CLOCKTYPE_PCLK3|RCC_CLOCKTYPE_PCLK4​
68 |RCC_CLOCKTYPE_PCLK5;​
69 /* 配置AXI时钟源为HSI */ ​
70 RCC_ClkInitStruct.AXISSInit.AXI_Clock = RCC_AXISSOURCE_HSI;​
71 /* 配置AXI分频器为1分频=ACLK=64MHz */ ​
72 RCC_ClkInitStruct.AXISSInit.AXI_Div = RCC_AXI_DIV1;​
73 /* 配置MCU时钟源来自PLL3=209MHz */​
74 RCC_ClkInitStruct.MCUInit.MCU_Clock = RCC_MCUSSOURCE_PLL3;​
75 /* 配置MCU分频器为1分频=MCU=209MHz */​
76 RCC_ClkInitStruct.MCUInit.MCU_Div = RCC_MCU_DIV1;​
77 /* 配置APB4分频器为1分频=PCLK4=64MHz*/​
78 RCC_ClkInitStruct.APB4_Div = RCC_APB4_DIV1;​
79 /* 配置APB5分频器为2分频=PCLK5=64MHz */​
80 RCC_ClkInitStruct.APB5_Div = RCC_APB5_DIV1;​
81 /* 配置APB1分频器为2分频=PCLK1=104.5MHz */​
82 RCC_ClkInitStruct.APB1_Div = RCC_APB1_DIV2;​
83 /* 配置APB2分频器为2分频=PCLK2=104.5MHz */​
84 RCC_ClkInitStruct.APB2_Div = RCC_APB2_DIV2;​
85 /* 配置APB3分频器为2分频=PCLK3=104.5MHz */​
86 RCC_ClkInitStruct.APB3_Div = RCC_APB3_DIV2;​
87 /*​
88调用HAL_RCC_ClockConfig函数，根据RCC_ClkInitStruct中​
89 指定的参数初始化MPU，AXI，AHB和APB总线时钟，如果初始化​
90不成功，则进入Error_Handler空循环函数。​
91 */​
92 if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct) != HAL_OK)​
93 {​
94 Error_Handler();​
95 }​
96 /* 设置RTC时钟的HSE分频因子 */​
97 __HAL_RCC_RTC_HSEDIV(1);​
98 }​

2. 函数代码分析

下面，我们来分析SystemClock_Config函数的代码实现过程。​

第18行，定义RCC_OscInitTypeDef类型结构体变量RCC_OscInitStruct，并初始化为0，表示将HSE、HSI、LSE、LSE、CSI和PLL1~PLL4均关闭。​

以上结构体在stm32mp1xx_hal_rcc.h文件中有定义，我们在前面也有详细介绍过，为了大家不总是跳跃看代码，这里还是贴出代码了，如下。​

RCC_OscInitTypeDef主要对RCC内部/外部振荡器（HSE，HSI，CSI，LSE和LSI）配置的结构定义，主要是定义要配置的振荡器、时钟源的状态、校准值和PLL的参数。通过给结构体成员赋值即可开或者关对应的时钟，并可以配置PLL的参数。​

stm32mp1xx_hal_rcc.h文件代码​

typedef struct​
 {​
 uint32_t OscillatorType;    /* 要配置的振荡器 */ ​
 uint32_t HSEState;     /* HSE的新状态 */ ​
 uint32_t LSEState;      /* LSE的新状态 */ ​
 uint32_t HSIState;     /* HSI的新状态 */ ​
 uint32_t HSICalibrationValue;   /* 校准调整值 */ ​
 uint32_t HSIDivValue;     /* HSI的分频系数 */ ​
 uint32_t LSIState;     /* LSI的新状态 */ ​
 uint32_t CSIState;     /* CSI的新状态 */ ​
 uint32_t CSICalibrationValue;   /* 校准调整值 */ ​
 RCC_PLLInitTypeDef PLL;    /* PLL1结构参数 */ ​
 RCC_PLLInitTypeDef PLL2;   /* PLL2结构参数 */ ​
 RCC_PLLInitTypeDef PLL3;    /* PLL3结构参数 */ ​
 RCC_PLLInitTypeDef PLL4;    /* PLL4结构参数 */ ​
 } RCC_OscInitTypeDef;​

我们查看PLL的结构参数有哪些，如下，此结构体定义了锁相环PLL中用到的DIVM、DIVP、DIVQ、DIVR、FRACV等参数变量，通过给这些结构体成员赋值即可配置PLL的时钟。​

stm32mp1xx_hal_rcc.h文件代码​

typedef struct​
 {​
 uint32_t PLLState;   /* PLL的新状态 */ ​
 uint32_t PLLSource;   /* PLL输入时钟源 */ ​
 uint32_t PLLM;   /* PLL VCO输入时钟的分频系数DIVM */ ​
 uint32_t PLLN;   /* PLL VCO输出时钟的倍数DIVN */ ​
 uint32_t PLLP;   /* 分频因子DIVP */ ​
 uint32_t PLLQ;   /* 分频因子DIVQ */ ​
 uint32_t PLLR;   /* 分频因子DIVR */ ​
 uint32_t PLLRGE;   /* PLL3和PLL4的PLL输入频率范围 */ ​
 uint32_t PLLFRACV;   /* PLL VCO乘数的小数部分FRACV */ ​
 uint32_t PLLMODE;   /* 使用PLL模式 */ ​
 uint32_t MOD_PER;   /* 调制周期调整 */ ​
 uint32_t RPDFN_DIS;   /* 抖动的RPDF噪音控制 */ ​
 uint32_t TPDFN_DIS;   /* 抖动的TPDF噪声控制 */ ​
 uint32_t SSCG_MODE;   /* 扩频时钟发生器模式 */ ​
 uint32_t INC_STEP;   /* 调制深度调整*/ ​
 } RCC_PLLInitTypeDef;​

第19行，定义RCC_ClkInitTypeDef类型结构体变量，并初始化为0，即AXI子系统、MCU子系统时钟源默认来自HSI，且AXI时钟和MCU时钟以及APB1~APB5时钟的分频器的分频值为0（没有分频）。​

RCC_ClkInitStruct此结构体我们在前面也有讲解过。RCC_ClkInitTypeDef结构体定义如下，主要是定义AXI和MPU的时钟源以及分频系数，还有APB1~APB5的分频系数，通过给结构体成员赋值即可实现对MPU、AXI和APB进行分频。​

stm32mp1xx_hal_rcc.h文件代码​

typedef struct​
 {​
 uint32_t ClockType;  /* 时钟源选择 */ ​
 RCC_MPUInitTypeDef MPUInit;  /* MPU结构参数(时钟源和分频数) */ ​
 RCC_AXISSInitTypeDef AXISSInit; /* AXI结构参数(时钟源和分频数)*/ ​
 RCC_MCUInitTypeDef MCUInit;  /* APB4分频数 */ ​
 uint32_t APB4_Div;  /* APB4分频数 */ ​
 uint32_t APB5_Div;  /* APB5分频数 */ ​
 uint32_t APB1_Div;  /* APB1分频数 */ ​
 uint32_t APB2_Div;  /* APB2分频数 */ ​
 uint32_t APB3_Div;  /* APB3分频数 */ ​
 } RCC_ClkInitTypeDef;​

分析完了结构体，整个系统时钟初始化就大概明白了，需要哪个时钟源，要用那个PLL以及PLL的各个参数，要对那根总线进行分频以及分频系数是多少等等，我们都可以通过给结构体成员赋值来实现。SystemClock_Config函数其实也是这么做的，我们接着分析此函数剩下的代码。​

第21到第34行，给RCC_OscInitTypeDef结构中的成员变量赋值完成初始化RCC振荡器，开启了HSE，配置PLL3为209MHz。​

第55到58行，调用HAL_RCC_OscConfig函数真正完成HSE、HSI、LSI 和 PLL3的配置。​

第65到第86行，给RCC_ClkInitStruct结构体成员赋值，完成AXI、MCU和APB的时钟分配。其中：​

• AXI时钟源来自HSI，经过1分频后最终频率为64MHz；​
• MCU时钟源来自PLL3，经过1分频后最终频率为209MHz；​
• 确定了AXI的时钟，那么APB4和APB5的时钟源也就确定了。APB4和APB5经过1分频后最终频率为64MHz；​
• 确定了MCU的时钟，那么APB1~APB5的时钟源也就确定了。APB1~APB2经过1分频后最终时钟频率为104.5MHz。​

可能大家会问，为啥没看到AHB1~AHB6相关的代码呢？这个系统就默认配置好了，因为他们不需要经过分频器。AHB1~AHB4的时钟直接通过mcuss_ck获得，为64MHz。AHB5~AHB6的时钟直接通过axiss_ck获得，为209MHz。​

9.5.3 main函数调用

在main函数中调用系统时钟配置函数的代码：​

if(IS_ENGINEERING_BOOT_MODE())​
 {​
 SystemClock_Config();​
 }​

其中，先判断IS_ENGINEERING_BOOT_MODE()函数的返回值，如果为TRUE 则初始化系统时钟，如果为FALSE，条件不成立，if语句不执行。我们来看看IS_ENGINEERING_BOOT_MODE函数：​

stm32mp157dxx_cm4.h文件代码​

#define IS_ENGINEERING_BOOT_MODE() (((SYSCFG->BOOTR) & \ (SYSCFG_BOOTR_BOOT2|SYSCFG_BOOTR_BOOT1|SYSCFG_BOOTR_BOOT0)) == \ (SYSCFG_BOOTR_BOOT2))​

函数IS_ENGINEERING_BOOT_MODE通过判断引脚BOOT2是否为1，为1的话表示从MCU启动（ST官方叫做工程启动模式），然后调用IS_ENGINEERING_BOOT_MODE函数来初始化系统时钟。​

大家可以分析一下第二个工程MCU_HSI的系统时钟代码，对比看看它们的区别。​

关于外设时钟初始化部分，下面的章节小结有总，我们也会在对应的外设实验章节进行讲解。​

9.5.4 HAL_Delay的计时

关于HAL_Delay是怎么实现计时的，我们在前面​​第7.4.2小节​​有分析过，关于Systick我们后面会有专门的实验章节做讲解。默认情况下，STM32CubeMX使用Systick作为时基给其它程序提供计时，例如HAL_Delay延时函数，以及串口程序中的Timeout 超时机制等等。​

图9.5.2. 1插件默认配置​