硬體設計篇3:STM32MP1微處理器之時鐘篇

2020-12-08 騰訊網

本文涉及的內容主要包含在以下幾個文檔中，文檔可從ST官方網站與意法半導體stm32中國下載。

RCC(Reset and Clock Control)復位與時鐘控制系統用於STM32MP1處理器系統與外設的時鐘產生與控制，在時鐘源選擇上具備很高的靈活性。通過不同時鐘比率，改進功率消耗。RCC時鐘輸入部分包含2個外部振蕩器（HSE、LSE）、3個內部振蕩器（HSI, CSI and LSI）：

●外部振蕩器：

- 64MHz HSI(High Speed Internal高速內部時鐘，精準度1%）。

- 4MHz CSI RC(Low-power internal oscillator內部的低速振蕩器，頻率4MHz)。

- 32kHz LSI (Low Speed Internal低速內部時鐘)。

●內部振蕩器：

- 8-48MHz HSE(High Speed External高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或接外部時鐘源）。

- 32.768kHz LSE(Low Speed External低速外部時鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體)。

RCC提供4個PLL（Phase Locked Loop鎖相環倍頻分頻輸出）：

●PLL1是專用於MPU時鐘

●PLL2主要用於：

- AXI-SS（Sub-System）總線時鐘（包含APB4, APB5, AHB5 and AHB6總線時鐘）。

-DDR時鐘

-GPU時鐘

●PLL3主要用於：

-MCU時鐘以及它們的總線時鐘（APB1, APB2, APB3, AHB1, AHB2, AHB3 and AHB4總線時鐘）。注意在MCU時鐘部分保留了時鐘安全系統CSS（Clock Security System）。

-外圍設備的內核時鐘

●PLL4主要用於各種外圍設備的內核時鐘

系統在HIS時鐘啟動後，用戶可通過應用程式進行時鐘選擇。

通過RCC時鐘框圖可以進一步了解這些時鐘，如下圖所示：

高速外部時鐘信號(HSE)可以由兩種可能的時鐘源產生:

●HSE外部時鐘(參見圖10)

●HSE外部晶體/陶瓷諧振器(參見圖11)

官方推薦的HSE時鐘設計參考與取值：

FS-MP1A開發板的HSE時鐘配置（採用外部有源時鐘，HSE旁路模式）：

外部時鐘源(HSE旁路)：

在這個模式中，必須為OSC_IN引腳提供外部時鐘，它的頻率範圍為8 MHz ~50MHz（需要參考STM32MP15x數據手冊的真實值），外部數字(VIL/VIH)或模擬(振幅為200 mV pk-pk最小)時鐘信號佔空比約為50%。

為了允許USB引導啟動，啟動階段BootROM通過檢查OSC_OUT連接自動選擇HSE模式(位於NRST上升沿):

- OSC_OUT連接GND (max 1 Kohm): HSE數字旁路(FS-MP1A開發板的模式)

- OSC_OUT連接VDD (max 1 Kohm): HSE模擬旁路

- OSC_OUT高阻抗或連接到晶體/陶瓷諧振器:HSE晶體/陶瓷諧振器模式。

當使用旁路時，可以通過PWR_ON啟用外部時鐘發生器以節省電能(待機狀態下禁用)。在這種情況下，在PWR_ON上升沿出現後，OSC_IN時鐘輸入應該在10毫秒內穩定。

低速外部時鐘信號(LSE)可以由兩種可能的時鐘源產生:

●LSE外部時鐘(參見圖12)

●LSE外部晶體/陶瓷諧振器(參見圖13)

FS-MP1A開發板的LSE時鐘配置（採用外部晶體振蕩器）：

外部時鐘源(LSE旁路)：在這個模式中，必須為OSC32_IN引腳提供外部時鐘，它的頻率可到1MHz，外部數字(VIL/VIH)或模擬(振幅為200 mV pk-pk最小)時鐘信號佔空比約為50%。而OSC32_OUT引腳必須保持高阻抗(參見圖12)。旁路模式的配置以及數字和模擬之間的選擇是在RCC寄存器內完成。

LSE晶體是一個32.768 kHz低速外置晶體或陶瓷諧振器。它的優點是為實時時鐘外設(RTC)提供低功耗，但高度精確的時鐘源，用於時鐘/日曆或其他計時功能。

諧振器和負載電容器必須連接到儘可能接近的振蕩器引腳，以減少輸出失真和啟動穩定時間。負載電容值CL1和CL2必須根據所選振蕩器進行調整。

請參閱ST微控制器專用應用說明(AN2867)中的振蕩器設計指南和產品數據表中的電氣特性章節了解更多細節，有關於晶振部分的PCB Layout指導說明。

時鐘設計方面的知識點相對較多，單純的電路設計按照相關ST參考設計指導就可以完成，需要對時鐘部分相關知識點深入了解的工程師可以詳細閱讀相關英文手冊，本篇的講解就到此為止了，文中若有不準確的地方，請以ST官方文檔為主。

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