01.自己动手配置时钟树

01.自己动手配置时钟树

在上一期，我们已经成功搭建了一个STM32F103的工程模板，基于BSP-SYSTEM-HARDWARE-APP四层架构实现，这一期，我们将要自己动手配置时钟树。

一、为什么要配置时钟树？

为什么需要自己动手配置时钟树？因为时钟是单片机运行的基础，时钟配置不正确的话，单片机运行会产生各种各样的问题，为了避免后期踩坑，前期加强对单片机时钟树的理解是必要的。

时钟是单片机的“心跳”。所有的 CPU 内核、外设、总线、定时器 都依赖时钟运行。
如果时钟配置错误，常见问题包括：

• 串口波特率不对（通信失败）
• SysTick 延时不准（RTOS 任务调度混乱）
• 外设（ADC、PWM、CAN、USB 等）速率异常
• MCU 超频 / 欠频运行，导致死机或性能不足

因此，正确配置时钟树是稳定运行的基础。

二、STM32F103 时钟树结构概览

STM32F103 的时钟系统主要由以下部分组成：

1. 时钟源
   • HSI：高速内部时钟（8 MHz）
   • HSE：高速外部时钟（常用 8 MHz 或 16 MHz 晶振）
   • PLL：锁相环，可倍频（最大输出 72 MHz）
2. 总线时钟
   • SYSCLK：系统时钟（由 HSI/HSE/PLL 选择）
   • AHB：高级总线（驱动 CPU、DMA、SRAM）
   • APB1：低速外设总线（USART2/3、I2C、CAN 等）
   • APB2：高速外设总线（GPIO、USART1、ADC 等）
3. 外设时钟
   • 每个外设的工作频率由对应的 APB1/APB2 分频决定。

三、目标时钟配置

在 STM32F103 中，常见的几种系统时钟配置方案如下：

1. 使用外部 8MHz 晶振 HSE → PLL → 72MHz SYSCLK
   • 最常用方案，外部晶振精度高，系统稳定。
2. 使用外部 16MHz 晶振 HSE → PLL → 72MHz SYSCLK
   • 一些开发板（比如野火、正点原子）如采用 16MHz 晶振，同样需要通过 PLL 倍频到 72MHz。
3. 使用内部 HSI 8MHz → PLL → 64MHz SYSCLK
   • 不依赖外部晶振，成本低，但内部 RC 振荡器精度有限，适合对时钟要求不高的场景。
4. 使用内部 HSI 8MHz 直通 SYSCLK
   • 系统直接运行在 8MHz，最低功耗，通常用于低速调试。

四、系统时钟配置代码实现

我们在 System 层编写了 sys.c 模块，用于统一管理系统时钟。
代码结构如下：

void systemclock_config(void)
{
   
   
    //USE_SYSTEM_CLOCK这个宏定义可在bsp_config.h文件中定义
    if (USE_SYSTEM_CLOCK == 64000000)
    {
   
   
         systemclock_hsi_64m_hclk1();
    }
    else if (USE_SYSTEM_CLOCK == 8000000)
    {
   
   
         systemclock_hsi_8m();
    }
    else
    {
   
   
        systemclock_hse_72m();
    }
}

通过配置 USE_SYSTEM_CLOCK 宏，我们就可以灵活切换不同的时钟方案，而不用修改底层实现。

关键实现思路

1.HSE 配置并倍频到 72MHz

void systemclock_8m_hse_32k_lsi_72m_hclk1(void)
{
   
   
  // 复位RCC寄存器，恢复默认值
    RCC_DeInit();

    // 开启外部高速晶振 HSE 
    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

    // 等待 HSE 启动稳定
    while (RCC_WaitForHSEStartUp() == ERROR);
     
    // 使能 Flash 预取缓存
    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

    // 设置 Flash 延时周期：72MHz 时需设置为 2
    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
 
    // AHB = HCLK = SYSCLK / 1 = 72MHz
    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

    // APB1 = PCLK1 = HCLK /2 = 36MHz
    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

    
    // APB2 = PCLK2 = HCLK = 72MHz
    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
 
    // PLLCLK = HSE * 9 = 72MHz
    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9);

    // 开启PLL
    RCC_PLLCmd(ENABLE);

    // 等待PLL就绪 */
    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

    // 选择PLL作为系统时钟源
    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

    //等待PLL作为系统时钟源
    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

    //更新系统时钟
    SystemCoreClockUpdate();
      
}

void systemclock_16m_hse_32k_lsi_72m_hclk1(void)
{
   
   
     
    // 复位RCC寄存器，恢复默认值
    RCC_DeInit();

    // 开启外部高速晶振 HSE 
    RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

    // 等待 HSE 启动稳定
    while (RCC_WaitForHSEStartUp() == ERROR);
     
    // 使能 Flash 预取缓存
    FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable);

    // 设置 Flash 延时周期：72MHz 时需设置为 2
    FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2);
 
    // AHB = HCLK = SYSCLK / 1 = 72MHz
    RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1);

    // APB1 = PCLK1 = HCLK /2 = 36MHz
    RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2);

    
    // APB2 = PCLK2 = HCLK = 72MHz
    RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1);
 
    // PLLCLK = HSE * 9 = 72MHz
    RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div2, RCC_PLLMul_9);

    // 开启PLL
    RCC_PLLCmd(ENABLE);

    // 等待PLL就绪 */
    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

    // 选择PLL作为系统时钟源
    RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

    //等待PLL作为系统时钟源
    while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

    //更新系统时钟