AT32F403A/407時鐘配置指南

簡介

時鐘是芯片正確高效運行的基礎(chǔ)，正確的時鐘配置是芯片能正確運行的必要條件，其重要性不言而喻。AT32各系列產(chǎn)品的時鐘配置部分可能存在細微的差異和需要注意的事項，本文檔就著重針對各系列的情況來詳細介紹如何結(jié)合雅特力提供的V2.x.x的板級支持包（BSP）來配置時鐘。

以下介紹時鐘配置的方法主要分兩種：

1、以手動編寫代碼調(diào)用BSP中提供的驅(qū)動函數(shù)接口來進行時鐘配置。

2、采用時鐘工具來配置并生成相應的源碼文件。

時鐘樹

在進行時鐘配置之前，應充分了解對應芯片的時鐘樹結(jié)構(gòu)，這樣在進行時鐘配置時才會游刃有余。對于系統(tǒng)時鐘頻率及路徑的配置我們需要關(guān)注時鐘源、倍頻及系統(tǒng)時鐘部分。類似如下圖：

圖1. 時鐘框圖

可由圖中得到以下幾個關(guān)鍵信息：

1) SCLKSEL：系統(tǒng)時鐘可以由HEXT、PLLCLK、HICK三大時鐘源提供。
2) HEXT：HEXT是外部高速時鐘，其可以外接范圍是4~25 MHz的晶振或時鐘源。
3) HICK：HICK RC是內(nèi)部高速振蕩器，頻率為48MHz。HICK時鐘由內(nèi)部振蕩器給出，但在初始情況下由HICKDIV控制并默認6分頻后為8MHz，亦可配置為不分頻，保持48MHz的頻率。
4) PLLCLK：PLL時鐘=PLL輸入時鐘*PLL倍頻系數(shù)。
5) PLL輸入時鐘：PLL的輸入時鐘由PLLRCS及PLLHEXTDIV共同決定，其細分可分為三個來源：HICK 4MHz、HEXT和HEXTDIV，HEXTDIV由HEXT分頻系數(shù)決定，默認為2分頻。

代碼配置解析

以下將以庫函數(shù)接口為核心來對時鐘配置流程和方法進行說明。

函數(shù)接口

各系列產(chǎn)品對應提供的BSP中對硬件的時鐘設置部分已封裝好接口函數(shù)以供調(diào)用，以下羅列出時鐘配置常用的函數(shù)接口，各函數(shù)的具體參數(shù)及返回值類型等請參考at32f403a_407_crm.c/.h文件。 ? ?

時鐘配置流程

按常規(guī)應用來講解時鐘配置流程，其內(nèi)容可大致分為如下步驟：

圖2. 時鐘配置流程圖
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復位（CRM Reset）

首先按規(guī)范流程應復位CRM配置參數(shù)，其主要是將系統(tǒng)時鐘切換到HICK，其余的系統(tǒng)時鐘配置寄存器寫入默認值，待后續(xù)進行新配置參數(shù)的寫入。函數(shù)調(diào)用的代碼實現(xiàn)如下：
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時鐘源配置（Clock Source Configuration）

與系統(tǒng)時鐘相關(guān)的高速時鐘源主要包括HEXT和HICK，PLL也是使用以上時鐘源來進行倍頻。需要在配置使能PLL前將所使用的PLL參考時鐘源開啟并等待其穩(wěn)定。

HEXT

外部高速時鐘如采用外接有源時鐘的方式時，可開啟旁路模式來進行使用，采用晶振時，不能開啟旁路模式，旁路模式應在外部高速時鐘源使能前進行設定，其默認情況為關(guān)閉。旁路模式使能代碼實現(xiàn)如下：
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使能HEXT時鐘源并等待HEXT時鐘穩(wěn)定，代碼實現(xiàn)如下：

HEXT

內(nèi)部高速時鐘是由芯片內(nèi)部振蕩器提供，使能HICK時鐘源并等待HICK時鐘穩(wěn)定，代碼實現(xiàn)如下：
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PLL配置（PLL Configuration）

PLL配置主要包括：PLL時鐘源、PLL倍頻系數(shù)、PLL倍頻頻率范圍等的設置。倍頻時鐘公式為： PLLCLK=PLL輸入時鐘*PLL倍頻系數(shù)。

PLL時鐘源

PLL時鐘源細分有三個來源：1、HICK（4 MHz），2、HEXT，3、HEXT分頻時鐘，PLL時鐘源應在PLL配置使能前開啟并等待穩(wěn)定。以上PLL時鐘源在crm_pll_config函數(shù)中對應的參數(shù)定義如下： ?
當選擇PLL時鐘源為CRM_PLL_SOURCE_HEXT_DIV時，HEXT的分頻系數(shù)可以通過函數(shù)crm_hext_clock_div_set進行設置，其默認分頻系數(shù)為2分頻。

PLL倍頻系數(shù)

倍頻系數(shù)為2~64倍可選，但應該注意最高主頻限制，以此按實際情況來合適選擇倍頻系數(shù)，如8倍頻使用參數(shù)CRM_PLL_MULT_8。

PLL頻率范圍

頻率范圍主要以倍頻后的PLLCLK頻率來做設定，其范圍參數(shù)以72MHz為界限設定，如下：
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當PLL參數(shù)設置完成后，即可開啟PLL并等待PLL穩(wěn)定。示例：外部時鐘晶振8MHz，采用HEXT2分頻時鐘作為PLL時鐘源，PLLCLK倍頻到240MHz的代碼實現(xiàn)如下： ? ?
總線分頻（Set Bus Frequency Division）

總線分頻包含SCLK到AHBCLK分頻、AHBCLK到APB1CLK分頻、AHBCLK到APB2CLK分頻。AHB總線1分頻、APB1/APB2總線2分頻的代碼實現(xiàn)如下： ? ?
切換系統(tǒng)時鐘（Switch System Clock）

系統(tǒng)時鐘來源主要有三個：HICK、HEXT、PLLCLK。在切換系統(tǒng)時鐘到如上時鐘源時應提前確保對 應時鐘源已穩(wěn)定。

順滑模式

時鐘順滑模式是為了確保整個系統(tǒng)時鐘切換過程的穩(wěn)定而設計，當即將切換為系統(tǒng)時鐘的目標時鐘頻率大于108MHz時應開啟時鐘順滑模式，所以其主要應用對象為PLLCLK用作系統(tǒng)時鐘時的場景。通常使用方法是在系統(tǒng)時鐘切換前開始，切換成功后關(guān)閉。代碼實現(xiàn)如下：

HICK系統(tǒng)時鐘

內(nèi)部高速時鐘在系統(tǒng)復位重新運行時默認作為系統(tǒng)時鐘，后期代碼進行設定時，可有兩種頻率值來進行設定（8MHz和48MHz）。如圖1所述HICK默認情況下用的是8MHz，可配置為48 MHz。HICK 8MHz用作系統(tǒng)時鐘的代碼實現(xiàn)如下： ?
HICK 48 MHz用作系統(tǒng)時鐘的代碼實現(xiàn)如下：

HEXT系統(tǒng)時鐘

外部高速時鐘用作系統(tǒng)時鐘時，其系統(tǒng)時鐘頻率以實際使用的外部時鐘頻率為準，范圍為4~25MHz。HEXT用作系統(tǒng)時鐘的代碼實現(xiàn)如下：

PLLCLK系統(tǒng)時鐘

PLLCLK用作系統(tǒng)時鐘時，其系統(tǒng)時鐘頻率以實際的PLL倍頻結(jié)果為準。其最高頻率應滿足芯片規(guī)格為基礎(chǔ)。PLLCLK用作系統(tǒng)時鐘的代碼實現(xiàn)如下：

更新核心頻率（Update Core Frequency）

提供的BSP中，其代碼框架內(nèi)保留了一個表示系統(tǒng)核心頻率的參數(shù)值system_core_clock，其保存的是CPU核心的運行頻率值，應該在每次系統(tǒng)時鐘配置完成后來進行更新。為的是在整個代碼框架下，各外設驅(qū)動的頻率配置能很快獲取到當前核心運行頻率值并使用。代碼實現(xiàn)如下：

時鐘配置示例

以下將以完整的時鐘配置流程來進行說明，示例：由8MHz外部時鐘晶振作為時鐘源，其2分頻路徑經(jīng)PLL倍頻到240MHz并用做系統(tǒng)時鐘，AHB不分頻，APB1/APB2采用2分頻。函數(shù)system_clock_config代碼實現(xiàn)如下：

時鐘工具

時鐘配置工具是雅特力科技為方便對AT32系列MCU進行時鐘配置而開發(fā)的一個圖形化配置工具，其主旨是使用戶清晰了解時鐘路徑和配置出期望的時鐘頻率并生成源碼文件。

環(huán)境要求

軟件要求

需要Windows7及以上操作系統(tǒng)支持。

安裝

軟件安裝

本軟件不需要安裝，只需直接運行可執(zhí)行程序AT32_New_Clock_Configuration.exe。

功能介紹

本章節(jié)將介紹此工具的基本操作，其主要的啟動界面和配置界面如下所示

圖3. 啟動界面
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圖4. 配置界面
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菜單欄

菜單欄內(nèi)容如圖所示：

圖5. 菜單欄

“項目”（Project）菜單：

新建：新建時鐘配置項目 打開：打開已存在的配置項目 保存：保存已打開的配置項目

“語言”（Language）菜單：

English：選擇English作為顯示語言 簡體中文：選擇簡體中文作為顯示語言

“生成代碼”（General code）菜單：

當在對應型號的操作配置界面將所期望的時鐘路徑和時鐘頻率配置完成之后，可點擊“生成代碼”菜單來選擇源碼文件的存儲路徑并生成相應的源碼文件。

“幫助”（Help）菜單：

新版本下載：聯(lián)網(wǎng)進行新版本下載 版本：查看當前版本

新建配置項目

雙擊打開時鐘配置工具，可看到圖示的啟動界面，可點擊“項目”菜單-->“新建”，進行配置項目的新建，在新建配置項目的過程中需要對芯片的系列所屬進行選擇，操作方法如下圖所示

圖6. MCU選擇界面

MCU系列的選擇，可點擊下拉框來進行選擇，當選擇好MCU后點擊“確定”可進入到時鐘配置界面。

配置界面的使用

配置界面主要用來進行時鐘路徑及參數(shù)的配置，以下的介紹將以 AT32F403A 系列作為示例來展開進行，其余系列的配置方法與此類似。

整個配置界面主要可以分為四個大塊，如下圖所示

圖7. 配置界面框架
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1. 標題部分：用于展示當前配置項目所選擇的MCU系列。
2. 配置部分：用于對時鐘路徑和時鐘參數(shù)進行選擇和配置，以達到期望的應用需求。
3. 輸出部分：用于時鐘輸出（CLKOUT）的配置。
4. 在SCLK欄也可在選中PLL為系統(tǒng)時鐘時作為輸入框，可輸入期望的系統(tǒng)時鐘頻率來反向自動配置出倍頻參數(shù)。
5. 結(jié)果部分：用于顯示當前外設所使用的時鐘頻率及總線上的外設。
接下來就著重介紹一下配置部分的使用。配置部分的流程界面是對應著MCU時鐘樹來進行的，各系列MCU的此部分可能存在著差異，但使用方式大同小異。時鐘路徑的配置可按流程對各開關(guān)進行點選來進行選擇，配置部分如下圖所示，將逐個流程點的功能及其注意事項進行介紹。

圖8. 時鐘配置框

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1. rtc使能：rtc時鐘代碼配置的使能下拉框。
2. rtcsel：點選框，rtc時鐘源選擇。當rtc使能開啟后，此點選框可配置。
3. lext bypass：外部低速時鐘的旁路使能。
4. hext：此為輸入框，8MHz為所采用外部時鐘源的默認頻率，用戶可根據(jù)實際使用的外部時鐘源頻率進行修改。（注：此8MHz被修改為其他頻率值時，對應的BSP中demo目錄下的inc/at32f403a_407_conf.h文件內(nèi)的HEXT_VALUE宏定義也應該一致修改，也可以采用工具生成的at32f403a_407_conf.h文件來進行使用）。
5. hext bypass：高速外部時鐘的旁路使能。
6. hextdiv：下拉框，當HEXT的分頻路徑作為PLL時鐘源時，可配置輸入源HEXT的分頻系數(shù)。
7. pllhextdiv：點選框，當HEXT作為PLL時鐘源時，可配置輸入頻率為HEXT分頻或HEXT不分頻。
8. pllrcs：點選框，可配置PLL時鐘源為HEXT或HICK。
9. 倍頻系數(shù)：使用PLL_MULT參數(shù)進行倍頻，計算公式為：PLLCLK=PLL輸入時鐘*PLL_MU LT。為了用戶的使用方便，在選定PLL輸入時鐘源后，結(jié)果部分的sclk框中輸入目標時鐘并按下鍵盤“Enter”鍵，會自動計算一組倍頻參數(shù)以滿足用戶期望或相近的時鐘頻率。 10. sclk select：點選框，可配置HEXT、PLL或HICK作為系統(tǒng)時鐘。
11. sclk頻率：當采用正向配置時，此作為系統(tǒng)時鐘頻率的配置結(jié)果顯示，當將其用作輸入框時，輸入期望的頻率后點擊回車鍵，會根據(jù)此輸入值反向計算一組合適的或最接近期望值的PLL配置參數(shù)。
12. hick to sclk：點選框，當sclk select選擇HICK作為系統(tǒng)時鐘時，可配置HICK的8MHz或48MHz到系統(tǒng)時鐘（注：當選擇48 MHz HICK到系統(tǒng)時鐘后，CLKOUT輸出HICK時的頻率也為48MHz）。
13. usbdiv：下拉框。當PLL時鐘被選作為USB的時鐘來源時，此處配置PLL時鐘到USB時鐘的分頻系數(shù)。
14. hick to usb：點選框，可配置USB時鐘由PLL時鐘或HICK 48 MHz提供，USB時鐘配置代碼由下拉框to usb來進行選擇控制。因USB時鐘需要的是固定48MHz，所以在usbdiv可分頻參數(shù)為前提下，PLL倍頻出來的頻率可能不滿足USB 48 MHz的時鐘需求。
15. USB使能：USB時鐘代碼配置的使能下拉框。
16. USB時鐘頻率的顯示。此顯示欄會實時計算USB時鐘的頻率并顯示，如果配置出來的USB時鐘不等于48MHz時，顯示出來的USB時鐘頻率會標注為紅色，而實際應用中沒有用到USB時選擇disable則不會顯示。
（注：此部分只針對USB時鐘頻率的配置，USB外設時鐘使能需自行額外打開）

生成代碼

當時鐘配置完成后，可點擊生成代碼，然后選擇代碼生成的路徑并確認，最后會在所選目錄下生成兩個文件夾inc和src，源文件存放在src文件夾下，頭文件存放在inc文件夾下。這些文件可結(jié)合到BSP_V2.x.x內(nèi)的工程來進行使用?？梢圆捎眯律傻臅r鐘代碼文件（at32f4xx_clock.c/at32f4xx_clock.h/ at32f4xx_conf.h）將原BSP demo中的對應文件替換，在main函數(shù)中進行system_clock_config函數(shù)調(diào)用即可。

注意事項

外部時鐘源(HEXT)修改

因本文檔所示例的demo和配置工具都默認采用的8MHz外部時鐘頻率，當實際硬件使用的外部時鐘源是非8MHz頻率時需注意以下幾點。

代碼修改

1、以實際的外部時鐘頻率按文中時鐘配置流程章節(jié)所描述的時鐘配置流程及方法來編寫相應的代碼，配置出期望的時鐘配置及時鐘路徑。

2、修改對應demo工程中at32f4xx_conf.h文件的HEXT_VALUE值，以實際使用的外部時鐘源頻率值來進行修改。如實際外部高速時鐘使用12.288MHz的晶振或時鐘源時，at32f4xx_conf.h文件應修改如下：

工具修改

1、在時鐘配置工具中的HEXT輸入框內(nèi)填入外部時鐘源實際頻率值并按“Enter”鍵確認。

2、配置好所需的時鐘路徑及時鐘頻率，生成代碼。采用新生成的時鐘代碼文件（at32f4xx_clock.c/at32f4xx_clock.h/at32f4xx_conf.h）將原BSP demo中的對應文件替換或取其中函數(shù)內(nèi)容進行替換，在main函數(shù)中進行system_clock_config函數(shù)調(diào)用即可。

工具使用

在使用本時鐘配置工具時需注意：

1. 此工具生成的時鐘配置源碼文件需結(jié)合雅特力科技提供的BSP_V2.x.x進行使用。

2. 不同系列所生成的時鐘配置源碼文件不能型號混用，只能在相對應的工程項目中進行調(diào)用。 3. 配置工具中各輸入框參數(shù)修改后，請以“Enter”鍵結(jié)束。

案例 系統(tǒng)時鐘

功能簡介

在系統(tǒng)運行過程中來進行系統(tǒng)時鐘切換。

資源準備

1) 硬件環(huán)境 對應產(chǎn)品型號的AT-START BOARD 2) 軟件環(huán)境 projectat_start_f403aexamplescrmsysclk_switch

軟件設計

1) 配置流程

初始化按鍵。

配置clkout時鐘輸出pll 4分頻。

編寫從hick經(jīng)pll倍頻64MHz到系統(tǒng)時鐘的配置代碼。

編寫從hext 2分頻經(jīng)pll倍頻96MHz到系統(tǒng)時鐘的配置代碼。

2) 代碼介紹

main函數(shù)代碼描述
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hick經(jīng)pll倍頻64MHz到系統(tǒng)時鐘的代碼描述

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hext 2分頻經(jīng)pll倍頻96MHz到系統(tǒng)時鐘的代碼描述

實驗效果

上電運行led2以間隔100ms時間進行閃爍，clkout（PA8）輸出60MHz。

每次USER按鍵按下，系統(tǒng)時鐘在64MHz與96MHz之間進行交替切換，clkout輸出對應的4分頻頻率，led4 toggle一次。

案例 時鐘失效檢測

功能簡介

在當HEXT時鐘直接或間接作為系統(tǒng)時鐘時，當HEXT時鐘出現(xiàn)故障，且時鐘失效模塊偵測到失效后，時鐘失效事件將產(chǎn)生NMI中斷，在此中斷中可完成系統(tǒng)的營救操作。

資源準備

1) 硬件環(huán)境 對應產(chǎn)品型號的AT-START BOARD 2) 軟件環(huán)境 projectat_start_f403aexamplescrmclock_failure_detection

軟件設計

1) 配置流程

配置clkout時鐘輸出pll 4分頻。

開啟時鐘失效檢測，并完善void NMI_Handler(void)函數(shù)。

編寫從hick經(jīng)pll倍頻240MHz到系統(tǒng)時鐘的配置代碼。

2) 代碼介紹

main函數(shù)代碼描述
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hick經(jīng)pll倍頻240MHz到系統(tǒng)時鐘的代碼描述
?
NMI中斷實現(xiàn)

實驗效果

在運行過程中將晶振拔掉或晶振腳接地，產(chǎn)生時鐘失效。通常來說hext比hick更穩(wěn)定，可觀測clkout（PA8）的輸出，可發(fā)現(xiàn)時鐘拯救回來后hick作為源時的頻率上存在細微波動。

審核編輯：湯梓紅