【STM32F103】RCC复位和时钟控制-编程知识

前言

之前介绍外设的时候总是没有提到RCC，但其实我们使用STM32的外设之前都需要做的一步就是打开外设时钟。原本想着没什么可说的，就是用什么外设的时候就在开头加一行代码打开外设时钟就好了。直到最近写到了TIM定时器，我才开始觉得应该说一说跟时钟相关的内容了，并且在官方参考手册中也有单独为RCC开一个章节，因此就有了今天这篇博文。

RCC

RCC（Reset and Clock Control ）也就是复位和时钟控制。不过我们通常说RCC主要是说它的时钟部分，它的重点就是在于时钟部分。

复位

STM32的复位方式有以下几种：

按键复位

NRST引脚置低电平（外部复位按键）

就是左侧那两个跳线帽下面那个按钮，我们通过下面的原理图也可以得知，我们一旦按下这个按钮，NRST引脚就会和GND导通，也就是低电平，从而导致系统复位。而我们不按按钮的时候，是通过一个上拉电阻保持高电平的。

看门狗复位

看门狗又分为独立看门狗和窗口看门狗。

看门狗我后续会介绍，这里就简单说明一下看门狗的作用。

独立看门狗一旦启动之后，我们就需要持续不断地“喂狗”，也就是执行一段特定程序，并且我们可以设置两次喂狗之间的间隔，如果喂狗的时间超过了我们设置的时间，那么看门狗就会认为系统出现了异常，从而将系统重置。

窗口看门狗和独立看门狗其实差不多，只不过窗口看门狗对于喂狗时间的要求会更高，我们可以设置一段窗口期，也就是两个距离上次喂狗的时间点，我们只有在这两个时间点内喂狗才有效，喂早喂晚都不行，都会导致系统重启。

软件复位

我们使用下面代码也可以让STM32进行复位。第二行是使系统复位，但是在函数调用到真正复位之前有一小段时间差，在这段时间里处理器依旧可以处理来自中断的请求，为了避免意外发生，我们需要在这之前加入拒绝中断的代码，也就是第一行。

__set_FAULTMASK(1);
NVIC_SystemReset();

低功耗结束进入复位

STM32的低功耗一共有三种模式：睡眠，停止，待机。低功耗水平按照先后顺序依次增高。

在最高级别的待机模式下唤醒后，程序会从头开始执行，也就是复位了。

时钟树

下图截自《STM32F10xxx参考手册（中文）》第五十六页。

STM32里有很多种时钟，当不被使用时，任一个时钟源都可被独立地启动或关闭，由此优化系统功耗。可驱动系统时钟的有三种时钟源：HSI振荡器时钟，HSE振荡器时钟，PLL时钟（自己本身并不产生时钟源）。可以从下面从上图截出来的部分看出：

HSI

HSI（High Speed Internal）高速内部时钟。

HSI时钟信号由内部8MHz的RC振荡器产生，可直接作为系统时钟或在2分频后作为PLL输入。

HSI RC振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟。它的启动时间比HSE晶体振荡器短。然而，即使在校准之后它的时钟频率精度仍较差。

如果HSE晶体振荡器失效，HSI时钟会被作为备用时钟源。

小小地总结一下，HSI分为两种用途，第一种是作为PLL时钟的时钟源，另一种是作为备用的系统时钟时钟源。

HSE

HSE（High Speed External）高速外部时钟。

就是下图中红圈圈出来的。

对于HSE，官方建议的是4MHz~16MHz，不过我们买的核心板一般都是8MHz的无源晶振。

下图可以看出HSE有三种用途：第一种是直接作为系统时钟的时钟源，第二种是作为PLL时钟的时钟源，第三种是作为RTC时钟。

PLL

PLL（Phase Locked Loop），锁相环倍频输出。

内部PLL可以用来倍频HSI的输出时钟或HSE晶体输出时钟。PLL的设置(选择HIS振荡器除2或HSE振荡器为PLL的输入时钟，和选择倍频因子)必须在其被激活前完成。一旦PLL被激活，这些参数就不能被改动。

一般来说，系统时钟就是用的PLL时钟。

而PLL一般来说用的是HSE，因为HSI是内部的时钟信号，容易受到温度的影响，所以一般不作为PLL的时钟来源。

官方推荐的稳定运行时钟为72MHz，所以我们使用的是PLLMUL进行9倍频，也就是8MHz×9=72MHz。如果想要更高的频率，PLLMUL最高支持16倍频，不过一般我们不去做。

LSI

LSI（Low Speed Internal）低速内部时钟。
LSI担当一个低功耗时钟源的角色，它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。

LSI担当一个低功耗时钟源的角色，它可以在停机和待机模式下保持运行，为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。

也就是说LSI有两种用途：一种是作为RTC时钟，另一种是为独立看门狗服务。一般是为独立看门狗提供时钟。

LSE

LSE（Low Speed External）低速外部时钟。

就是HSE边上的黑乎乎的块块。

LSE晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。

在官方提供的时钟树框图里LSI仅用于作为RTC时钟，可以为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。

RTC

RTC（Real Time Clock），实时时钟。

用途如下：

APB

APB（Advanced Peripheral Bus）外设总线。

STM32中有APB1和APB2两条外设总线，我们最常见最直接接触的也是它们。

APB1和APB2都是系统时钟经过AHB预分频器，然后再经过自己的预分频器最终得到。

APB1为低速总线，它的总线时钟PCLK1最多为36MHz。

APB2为高速总线，它的总线时钟PCLK2最多为72MHz。

STM32上的不同外设挂载在不同的总线上，可以用下面的函数启动对应的外设时钟。不同总线上可用的外设资源都在函数上面注释里列举的参数中了。

小结

这里只是介绍了STM32F103中时钟树的一小部分，不过也算是最常用的一小部分了。除了以上介绍的这些，在时钟树上还有很多内容没有介绍到，感兴趣的小伙伴可以去查阅官方提供的参考手册（我个人觉得不太够，可能还得求助互联网上的小伙伴）

参考

《STM32F10xxx参考手册（中文）》

《ARM Cortex-M3嵌入式原理及应用（基于STM32F103微控制器）》