GD32F103时钟配置分析

weixin_44501991

已于 2024-10-23 15:54:22 修改

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分类专栏： GD32F103 文章标签：单片机嵌入式硬件

于 2024-10-23 15:48:59 首次发布

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一，时钟树

1.1、介绍几个关键字含义（由红色方框框选）：

IRC8M:高速内部时钟（这个是芯片自带的内部时钟，精度较低，一般很少使用）

HXTAL:高速外部时钟（外部晶振，精度高）

LXTAL :低速内部时钟（外部低速晶振,精度高，常用于看门狗）

IRC40K:低速内部时钟（精度低，常用于看门狗，一般很少使用）

1.2、淡蓝方框框选的表示寄存器名称

1.3、紫色箭头表示时钟最大频率，这里可以看到AHB最大时钟时108MHz

1.4、绿色线路表示我程序初始化的线路

从上面时钟树我们要配置时钟，选择HXTAL（外部高速振荡器）作为时钟源步骤如下：

PREDV0（分频因子）->PLLSEL(时钟源选择)->PLLMF时钟倍频因子(这里需要注意PLLMF寄存器不是在连续的寄存器上，是由PLLMF[3:0]+PLLMF[4]<<4=PLLMF寄存器)->系统时钟选择(SCS)->AHB预分频选择->APB1预分频选择，APB2预分频选择

1.5、蓝色椭圆框选定时器，这里需要注意

TIMER1，2，3，4，5，6，11，12，13 if(APB1 prescale = 1)×1 else ×2

这里的意思是TIMER1，2，3…..13 如果APB1分频系数为1，定时器时钟频率就是APB1的频率，如果APB1分频系数不为1，定时器频率是APB1的两倍

二、基础寄存器介绍

RCU基地址：0x4002 1000

2.1、控制寄存器(RCU_CTL)

位/位域	名称	描述
[31:26]	保留	必须保持复位值。https://www.gd32mcu.com/cn/
[25]	PLLSTB	PLL时钟稳定标志位硬件置1来表示PLL输出时钟是否稳定待用 0：PLL未稳定 1：PLL已稳定
[24]	PLLEN	PLL使能软件置位或复位，当PLL时钟做为系统时钟时该为不能被复位。当进入深度睡眠或待机模式时有硬件复位 0：PLL被关闭 1：PLL被打开
[23:20]	保留	必须保持复位值
[19]	CKMEN	HXTAL时钟监视器使能 0：禁用高速4~16MHz晶振振荡器(HXTAL)时钟监视器 1：使能高速4~16MHz晶振振荡器(HXTAL)时钟监视器当硬件检测到HXTAL时钟被阻塞在低或高状态时，内部硬件自动切换系统时钟到IRC8M时钟。恢复原来系统时钟的方式有以下几种：外部复位，上电复位，软件清CKMIF位。注意：使能HXTAL时钟监视器以后，硬件无视控制位IRC8MEN的状态，自动使能IRC8M时钟。
[18]	HXTALBPS	高速晶体振荡器(HXTAL)时钟旁路模式使能只有在HXTALEN位为0时HXTALBPS位才可写 0：禁用HXTAL旁路模式 1：使能HXTAL旁路模式 HXTAL输出时钟等于输入时钟
[17]	HXTALSTB	高速晶体振荡器（HXTAL）时钟稳定标志位硬件置‘1’来子时HXTAL振荡器时钟是否稳定待用 0：HXTAL振荡器未稳定 1：HXTAL振荡器已稳定
[16]	HXTALEN	高速晶体振荡器（XTAL）使能软件置位或复位，如果HXTAL时钟作为系统时钟或者当PLL时钟做为系统时钟时，其作为PLL的输入时钟，该位不能被复位。进入深度睡眠或待机模式时硬件自动复位 0：高速4~16MHz晶体振荡器被关闭 1：高速4~16MHz晶体振荡器被打开
[15:8]	IRC8MCALIB[7:0]	内部8MHz RC振荡器校准值寄存器上电时自动加载这些位
[7:3]	IRC8MADJ[4:0]	内部8MHz RC振荡器时钟调整值这些位由软件置位，最终调整值为IRC8MADJ[4:0]位域的当前值加上IRC8MCALIB[7:0]位域的值。最终调整值应该调整IRC8M到8MHz ± 1％
[2]	保留	必须保持复位值
[1]	IRC8MSTB	IRC8M内部8MHz RC振荡器稳定标志位硬件置‘1’来指示IRC8M振荡器时钟是否稳定待用 0：IRC8M振荡器未稳定 1：IRC8M振荡器已稳定
[0]	IRC8MEN	内部8MHz RC振荡器使能软件置位或复位，如果IRC8M时钟作为系统时钟时，该位不能被复位。当从深度睡眠或待机模式返回，或当CKMEN置位同时用作系统时钟的HXTAL振荡器发生故障时，该位由硬件置1来启动IRC8M振荡器 0：内部8MHz RC振荡器被关闭 1：内部8MHz RC振荡器被打开

2.2、时钟配置寄存器0 （RCU_CFG0）

位/位域

名称

描述

[31:29]

保留

必须保持复位值

[28]

ADCPSC[2]

ADCPSC的第2位

参考寄存器RCU_CFG0的14到15位

[27]

PLLMF[4]

PLLMF的第四位

参考寄存器RCU_CFG0的18到21位

[26:24]

CKOUT0SEL[2:0]

CKOUT0时钟源选择

由软件置位或清零

0xx：无时钟输出

100：选择系统时钟CK_SYS

101：选择内部8M RC振荡器时钟

110：选择高速晶体振荡器时钟（HXTAL）

111：选择（CK_PLL/2）时钟

[23:22]

USBDPSC[1:0]

USBD的时钟分频系数

由软件置位或清零。USBD的时钟必须为48MHz，当USBD时钟使能的时候，这些位无法修改

00：CKUSBD=CK_PLL/1.5

01：CKUSBD=CK_PLL

10：CKUSBD=CK_PLL/2.5

11：CKUSBD=CK_PLL/2

[21:18]

PLLMF[3:0]

PLL时钟倍频因子

与寄存器RCU_CFG0的27位共同构成倍频因子，由软件置位或清零

注意：PLL输出时钟频率不能超过108MHz

00000：（PLL源时钟*2）

00001：（PLL源时钟*3）

00010：（PLL源时钟*4）

00011：（PLL源时钟*5）

00100：（PLL源时钟*6）

00101：（PLL源时钟*7）

00110：（PLL源时钟*8）

00111：（PLL源时钟*9）

01000：（PLL源时钟*10）

01001：（PLL源时钟*11）

01010：（PLL源时钟*12）

01011：（PLL源时钟*13）

01100：（PLL源时钟*14）

01101：（PLL源时钟*6.5）

01110：（PLL源时钟*16）

01111：（PLL源时钟*16）

10000：（PLL源时钟*17）

10001：（PLL源时钟*18）

10010：（PLL源时钟*19）

10011：（PLL源时钟*20）

10100：（PLL源时钟*21）

10101：（PLL源时钟*22）

10110：（PLL源时钟*23）

10111：（PLL源时钟*24）

11000：（PLL源时钟*25）

11001：（PLL源时钟*26）

11010：（PLL源时钟*27）

11011：（PLL源时钟*28）

11100：（PLL源时钟*29）

11101：（PLL源时钟*30）

11110：（PLL源时钟*31）

11111：（PLL源时钟*32）

[17]

PREDV0

PREDV0分频因子

由软件置位或清零，PLL未使能时，可以修改这些位

0：PREDV0输入源时钟未分频

1：PREDV0输入源时钟2分频

[16]

PLLSEL

PLL时钟源选择

由软件置位或复位，控制PLL时钟源

0：（IRC8M/2)被选择为PLL时钟的时钟源

1：HXTAL时钟被选择为PLL时钟的时钟源

[15:14]

ADCPSC[1:0]

ADC的时钟分频系数

与寄存器RCU_CFG0的28为共同构成分频因子，由软件置位或清零

000：CK_ADC=CK_APB2/2

001：CK_ADC=CK_APB2/4

010：CK_ADC=CK_APB2/6

011：CK_ADC=CK_APB2/8

100：CK_ADC=CK_APB2/2

101：CK_ADC=CK_APB2/12

110：CK_ADC=CK_APB2/8

111：CK_ADC=CK_APB2/16

[13:11]

APB2PSC[2:0]

APB2预分频选择

由软件置位或清零，控制APB2时钟分频因子

0xx：选择CK_AHB时钟不分频

100：选择CK_AHB时钟2分频

101：选择CK_AHB时钟4分频

110：选择CK_AHB时钟8分频

111：选择CK_AHB时钟16分频

[10:8]

AHB1PSC[2:0]

APB1预分频选择

由软件置位或清零，控制APB1时钟分频因子

0xx：选择CK_AHB时钟不分频

100：选择CK_AHB时钟2分频

101：选择CK_AHB时钟4分频

110：选择CK_AHB时钟8分频

111：选择CK_AHB时钟16分频

[7:4]

AHBPSC[3:0]

AHB预分频选择

由软件置位或清零，控制AHB时钟分频因子

0xxx：选择CK_SYS时钟不分频

1000：选择CK_SYS时钟2分频

1001：选择CK_SYS时钟4分频

1010：选择CK_SYS时钟8分频

1011：选择CK_SYS时钟16分频

1100：选择CK_SYS时钟64分频

1101：选择CK_SYS时钟128分频

1110：选择CK_SYS时钟256分频

1111：选择CK_SYS时钟512分频

[3:2]

SCSS[1:0]

系统时钟选择状态

由硬件置位或清零，标识当前系统时钟的时钟源

00：选择CK_IRC8M时钟作为CK_SYS时钟源

01：选择CK_HXTAL时钟作为CK_SYS时钟源

10：选择CK_PLL时钟作为CK_SYS时钟源

11：保留

[1:0]

SCS[1:0]

系统时钟选择

由软件配置选择系统时钟源。由于CK_SYS的改变存在固有的延迟，因此软件应当读SCSS位来确保时钟源切换是否结束。在从深度睡眠或待机模式中返回时，以及当HXTAL直接或间接作为系统时钟同时HXTAL时钟监视器检测到HXTAL故障时，强制选择IRC8M作为系统时钟。

00：选择CK_IRC8M时钟作为CK_SYS时钟源

01：选择CK_HXTAL时钟作为CK_SYS时钟源

10：选择CK_PLL时钟作为CK_SYS时钟源

11：保留

三、系统时钟初始化代码(SystemClock_Config)

这里外部高速晶振是8MHz 我们根据上述函数来计算我们系统时钟是多少,

8MHz/PREDV0*PLLMF=CK_PLL=CK_SYS

CK_SYS=8MHz/1*9=72MHz,所以我们这里配置的系统时钟频率时72MHz

CK_AHB=CK_SYS/1=72MHz,所以我们这里配置的AHB总线时钟频率时72MHz

CK_APB1=CK_AHB/2=36MHz, APB1总线时钟频率是36MHz

CK_APB2=CK_AHB/1=72MHz, APB2总线时钟频率是72MHz

下面我们来看下rcu_osci_on(RCU_HXTAL);这个函数是怎么实现的

3.1、先查看RCU_HXTAL这个传参是多少

由于代码我们查找对应参数如上，经过替换可以得到

RCU_HXTAL = RCU_REGIDX_BIT(0x00,16U);

=(((uint32_t)(regidx)<<6) | (uint32_t)(bitpos))

=(((uint32_t)(0x00)<<6) | (uint32_t)(16U))

=((0x0000 0000<<6) | (0x0000 0010)

=0x0000 0010

所以RCU_HXTAL =0x0000 0010也就是16

3.2、rcu_osci_on函数实现

这里先看右边，RCU_HXTAL=0x0000 0010所以osci=0x0000 0010，

所以RCU_BIT_POS(osci)=0x0000 0010 & 0x1F

= 0x0000 0010

=16

BIT(RCU_BIT_POS(osci)) = BIT(16)

= 0x0000 0001 << 16

= 0x0001 0000

RCU这里嵌套了很多层，这里就不详细描述，RCU = 0x4002 1000

左边RCU_REG_VAL(osci) = RCU_REG_VAL(0x0000 0010)

= REG32(RCU + (0x0000 0010 >> 6))

= REG32(0x4002 1000 +0x0000 0000)

= REG32(0x4002 1000)

REG32(addr)这个宏定义就是把addr这个数转换成地址

所以最后RCU_REG_VAL(osci) |= BIT(RCU_BIT_POS(osci))

REG32(0x4002 1000) |= 0x0001 0000

也就是把0x0001 0000写入0x4002 1000这个地址中，由于0x4002 1000这个地址是RCU基地址，RCU_CTL偏移地址为0，0x4002 1000这个地址就是RCU_CTL的地址，这个语句就是往RCU_CTL这个寄存器写入0x0001 0000，把RCU_CTL这个寄存器16位写入1，这里查看RCU_CTL寄存器描述，可以得到这个语句就是打开（4 ~ 16Mhz晶体振荡器）

其他函数不详细介绍，请按照“下面我们来看下rcu_osci_on(RCU_HXTAL);这个函数是怎么实现的”步骤来进行分析。