2-STM32-復位和時鐘控制RCC

摘要

在上一篇文章中，我們講解了STM32F103C8T6最小系統中復位和時鐘硬件部分，在本章中講解最小系統中的復位和時鐘的軟件部分。本文章根據《1-STM32F10x-中文參考手冊》的第6節復位和時鐘為依據，并介紹時鐘源選擇外部8MHz晶震HSE，通過SystemInit()函數將STM32時鐘配置為72HMz的代碼，并在最后對比標準庫和HAL庫對時鐘配置的不同。

說明

本系列，將整理STM32F103內置外設的使用，“基于標準庫“進行學習開發，并將手冊說明與標準庫代碼進行對應學習，在文章最后提供本系列中參考的文章和工程代碼下載鏈接。

本文參考資料如下：

## 1.硬件平臺
STM32F103C8T6最小系統板
## 2.軟件平臺
MDK5
## 3.參考文檔
1.《1-STM32F10x-中文參考手冊》
2.《3-STM32F103xCDE數據手冊-中文》
3. 《STM32F103C8T6核心板原理圖》
4.《Cortex-M3權威指南》

一、STM32最小系統回顧

在上一節STM32最小系統中，講解了STM32最小系統由：電源、時鐘、下載、復位、啟動五個部分組成，本文主要講解時鐘和復位兩個部分，因為這兩個部分和后續編程緊密相連，而電源、下載、啟動三個部分相對固定，編程上不需要太多改動。

STM32F103C8T6核心板原理圖

圖中標紅的兩個部分，時鐘和復位就是本文要講述的部分。復位使用NRST引腳復位，時鐘使用外部晶體震蕩器HSE

二、復位

由《1-STM32F10x-中文參考手冊》的第6節復位和時鐘可知，STM32復位方式有三類：系統復位、上電復位、備份區域復位，其中系統復位包含了：NRST引腳復位。

由系統復位方式可知：一共有5種復位方式，STM32最小系統中的復位就是NRST引腳復位，是硬件復位方式，也是最常用的一種復位方式。其余四種都是軟件復位，IWDG、WWDG、SW三種復位方式，在后續看門狗實驗時講解。低功耗復位在低功耗實驗時講解。

三、時鐘

根據《1-STM32F10x-中文參考手冊》的第6節時鐘部分可知，STM32F103有5種時鐘源，但是系統時鐘源SYSCLK只有三種選擇，HSE、HSI、PLL，LSI和LSE兩種低速時鐘是提供給RTC和IWDG使用。其中HSE和LSE是需要我們自己外接晶振的，HSI和LSI是STM32F103C8T6內置的，PLL是取自HSE或HSI。由于HSI不精確，所以為了系統時鐘SYSCLK能達到72MHz，我們只能選擇HSE。如果沒有外接HSE的話，單片機會自動使用內部8MHz的HSI作為系統時鐘SYSCLK，此時系統時鐘就只有8MHz，且不精確。

3.1 時鐘樹

時鐘樹是《1-STM32F10x-中文參考手冊》的第6節時鐘的圖，此圖介紹了5種時鐘源是如何提供給單片機內部其它外設的，我們本文主要關心圖中紅色線：通過外接8MHz晶振，并通過倍頻器PLL進行9倍放大后，得到72MHz的系統時鐘SYSCLK的過程。外接8MHz晶振我們在STM32最小系統中，我們已經連接了時鐘電路，即已經接好了外部8MHz晶振，接下來我們通過SystemInit()函數配置RCC的時鐘控制寄存器CR和時鐘配置寄存器CFGR，將SYSCLK配置為72MHz。
注：圖中梯形表示選擇器，矩形表示執行器。

3.2 STM32啟動過程

單片機上電后第一行執行的代碼是匯編文件startup_stm32f10x_md.s中的Reset_Handler標簽，然后執行SystemInit()后才執行main()。所以在執行我們的main()函數之前，單片機會執行SystemInit()函數將單片機時鐘配置為72MHz。

; Reset handler
Reset_Handler    PROCEXPORT  Reset_Handler             [WEAK]IMPORT  __mainIMPORT  SystemInitLDR     R0, =SystemInitBLX     R0LDR     R0, =__mainBX      R0ENDP

3.2 SystemInit()函數

在SystemInit()函數中會調用SetSysClock()—>>SetSysClockTo72()，SetSysClockTo72()執行完后STM32系統時鐘為72MHz，是8MHz外部高速晶振HSE通過PLL進行9倍頻后得到。

void SystemInit (void)
{/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) *//* Set HSION bit */RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CLRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#elseRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F10X_CL */   /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;/* Reset HSEBYP bit */RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;#ifdef STM32F10X_CL/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x00FF0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined (STM32F10X_LD_VL) || defined (STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
#else/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F10X_CL */#if defined (STM32F10X_HD) || (defined STM32F10X_XL) || (defined STM32F10X_HD_VL)#ifdef DATA_IN_ExtSRAMSystemInit_ExtMemCtl(); #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif /* Configure the System clock frequency, HCLK, PCLK2 and PCLK1 prescalers *//* Configure the Flash Latency cycles and enable prefetch buffer */SetSysClock();#ifdef VECT_TAB_SRAMSCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#elseSCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

3.2.1 SystemInit()第1句：

  /* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) *//* Set HSION bit */RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;

這一行通過位或運算，將RCC->CR寄存器最低位置1，開啟HSI時鐘。這一句其實我感覺不要也是可以的，因為手冊中CR寄存器復位值是0x0000 xx83,即HSION默認值就是1。

3.2.2 SystemInit()第2句：

  /* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#ifndef STM32F10X_CLRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;

其中#ifndef STM32F10X_CL條件成立，因為在STM32F103C8T6標準庫中，并沒有定義這個宏，因此執行RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;正如備注所示是復位SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits。對照時鐘復位寄存器CFGR中說明，0x00轉化二進制是0000 0000，即SW[1:0]被置為00，HPRE[3:0]被置為0000，PPRE1[2：0]被置為000，PPRE2[2:0]被置為000，ADCPRE[1:0]被置為00。0xF8轉為二進制是1111 1000，即MCO[2:0]被置為000。

3.2.3 SystemInit()第3句：

  /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;/* Reset HSEBYP bit */RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;

這三句和備注一樣，對應查看CR寄存器和CFGR寄存器對應位說明，將右邊的16進制數轉化位二進制后對應查看。

3.3 SetSysClock()函數：

static void SetSysClock(void)
{
#ifdef SYSCLK_FREQ_HSESetSysClockToHSE();
#elif defined SYSCLK_FREQ_24MHzSetSysClockTo24();
#elif defined SYSCLK_FREQ_36MHzSetSysClockTo36();
#elif defined SYSCLK_FREQ_48MHzSetSysClockTo48();
#elif defined SYSCLK_FREQ_56MHzSetSysClockTo56();  
#elif defined SYSCLK_FREQ_72MHzSetSysClockTo72();
#endif/* If none of the define above is enabled, the HSI is used as System clocksource (default after reset) */ 
}

在system_stm32F10x.c的115行定義了宏SYSCLK_FREQ_72MHz，所以會執行 SetSysClockTo72()。

3.4 SetSysClockTo72()函數：

static void SetSysClockTo72(void)
{__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;/* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/    /* Enable HSE */    RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */do{HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;StartUpCounter++;  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET){HSEStatus = (uint32_t)0x01;}else{HSEStatus = (uint32_t)0x00;}  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01){/* Enable Prefetch Buffer */FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;/* Flash 2 wait state */FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;    /* HCLK = SYSCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;/* PCLK2 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;/* PCLK1 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;#ifdef STM32F10X_CL/* Configure PLLs ------------------------------------------------------*//* PLL2 configuration: PLL2CLK = (HSE / 5) * 8 = 40 MHz *//* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLL2 / 5 = 8 MHz */RCC->CFGR2 &= (uint32_t)~(RCC_CFGR2_PREDIV2 | RCC_CFGR2_PLL2MUL |RCC_CFGR2_PREDIV1 | RCC_CFGR2_PREDIV1SRC);RCC->CFGR2 |= (uint32_t)(RCC_CFGR2_PREDIV2_DIV5 | RCC_CFGR2_PLL2MUL8 |RCC_CFGR2_PREDIV1SRC_PLL2 | RCC_CFGR2_PREDIV1_DIV5);/* Enable PLL2 */RCC->CR |= RCC_CR_PLL2ON;/* Wait till PLL2 is ready */while((RCC->CR & RCC_CR_PLL2RDY) == 0){}/* PLL configuration: PLLCLK = PREDIV1 * 9 = 72 MHz */ RCC->CFGR &= (uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLMULL);RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLMULL9); 
#else    /*  PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |RCC_CFGR_PLLMULL));RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
#endif /* STM32F10X_CL *//* Enable PLL */RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;/* Wait till PLL is ready */while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0){}/* Select PLL as system clock source */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;    /* Wait till PLL is used as system clock source */while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08){}}else{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock configuration. User can add here some code to deal with this error */}
}

在SetSysClockTo72()函數中，開啟了HSE，并配置了PLL進行9倍頻，然后將SYSCLK配置為72MHz。

3.4.1 SetSysClockTo72()第1句：

  /* Enable HSE */    RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);

時鐘控制寄存器CR的bit16是HSEON，將這一位置1，即可開啟外部高速時鐘HSE。通過按F12跳轉到定義發現，在stm32f10x.h中RCC_CR_HSEON定義如下，轉換成二進制后，剛好是bit16為1，通過位或運算”|=“將bit16置1，而其它位不變。

#define  RCC_CR_HSEON                        ((uint32_t)0x00010000)        /*!< External High Speed clock enable */

3.4.2 SetSysClockTo72()第2句：

  /* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */do{HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;StartUpCounter++;  } while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET){HSEStatus = (uint32_t)0x01;}else{HSEStatus = (uint32_t)0x00;}

等待HSE穩定，并設置超時時間HSE_STARTUP_TIMEOUT，HSE穩定后將HSEStatus標志位置1，然后進行后續配置，如果失敗置為0，默認使用8MHz的HSI作為系統時鐘。

3.4.3 SetSysClockTo72()第3句：

  if (HSEStatus == (uint32_t)0x01){/* Enable Prefetch Buffer */FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;/* Flash 2 wait state */FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;    

這幾句是配置FLASH的等待周期的，詳情需要查看《STM32F10xxx閃存編程手冊》。

3.4.4 SetSysClockTo72()第4句：

    /* HCLK = SYSCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;/* PCLK2 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;/* PCLK1 = HCLK */RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;

這三句配置三條總線HCLK、PCLK2和PCLK1的時鐘頻率。即將PCLK2=HCLK = SYSCLK，PCLK1=HCLK/2。此時SYSCLK還不是72MHz，因為還沒有配置PLL進行9倍頻。

3.4.5 SetSysClockTo72()第5句：

    /*  PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |RCC_CFGR_PLLMULL));RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);

這兩句將PLL配置為對HSE進行9倍頻。此時PLL時鐘為72MHz。

3.4.6 SetSysClockTo72()第6句：

    /* Enable PLL */RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;/* Wait till PLL is ready */while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0){}/* Select PLL as system clock source */RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;    /* Wait till PLL is used as system clock source */while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08){}

這幾句是開啟PLL時鐘，并將其作為SYSCLK時鐘源，等待PLL時鐘穩定后，即可退出。此時SYSCLK為72MHz，PCLK2=HCLK = SYSCLK=72MHz，PCLK1=HCLK/2=36MHz。

3.4.7 SetSysClockTo72()第7句：

  else{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock configuration. User can add here some code to deal with this error */}

此段代碼是 如果HSE初始化失敗，那么默認使用HSI作為SYSCLK時鐘，我們也可以在此處進行我們自己的處理，但是通常都不會進行處理。

四、標準庫與HAL庫區別

共同點：單片機上電后會立即執行啟動文件中的Reset_Handler標簽，然后調用SystemInit()函數。
不同點：SystemInit()函數實現不一樣，HAL庫中SystemInit()函數不會調用 SetSysClock()將系統時鐘初始化為72MHz,而是需要我們在main()函數中自己初始化為72Mhz。

4.1 HAL庫SystemInit()函數

void SystemInit (void)
{/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state(for debug purpose) *//* Set HSION bit */RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;/* Reset SW, HPRE, PPRE1, PPRE2, ADCPRE and MCO bits */
#if !defined(STM32F105xC) && !defined(STM32F107xC)RCC->CFGR &= (uint32_t)0xF8FF0000;
#elseRCC->CFGR &= (uint32_t)0xF0FF0000;
#endif /* STM32F105xC */   /* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;/* Reset HSEBYP bit */RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;/* Reset PLLSRC, PLLXTPRE, PLLMUL and USBPRE/OTGFSPRE bits */RCC->CFGR &= (uint32_t)0xFF80FFFF;#if defined(STM32F105xC) || defined(STM32F107xC)/* Reset PLL2ON and PLL3ON bits */RCC->CR &= (uint32_t)0xEBFFFFFF;/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x00FF0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;
#elif defined(STM32F100xB) || defined(STM32F100xE)/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;/* Reset CFGR2 register */RCC->CFGR2 = 0x00000000;      
#else/* Disable all interrupts and clear pending bits  */RCC->CIR = 0x009F0000;
#endif /* STM32F105xC */#if defined(STM32F100xE) || defined(STM32F101xE) || defined(STM32F101xG) || defined(STM32F103xE) || defined(STM32F103xG)#ifdef DATA_IN_ExtSRAMSystemInit_ExtMemCtl(); #endif /* DATA_IN_ExtSRAM */
#endif #ifdef VECT_TAB_SRAMSCB->VTOR = SRAM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM. */
#elseSCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH. */
#endif 
}

最后沒有調用 SetSysClock();也就不會調用 SetSysClockTo72();

4.1 HAL庫配置系統時鐘為72MHz函數

int main(void)
{HAL_Init();                    	 	//初始化HAL庫    Stm32_Clock_Init(RCC_PLL_MUL9);   	//設置時鐘,72Mwhile(1){}
}

需要我們編寫 Stm32_Clock_Init()函數。

4.1.1 Stm32_Clock_Init函數

4.1 HAL庫配置系統時鐘為72MHz函數

void Stm32_Clock_Init(u32 PLL)
{HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStructure; RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStructure;RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;    	//時鐘源為HSERCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON;                      	//打開HSERCC_OscInitStructure.HSEPredivValue=RCC_HSE_PREDIV_DIV1;		//HSE預分頻RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON;					//打開PLLRCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE;			//PLL時鐘源選擇HSERCC_OscInitStructure.PLL.PLLMUL=PLL; 							//主PLL倍頻因子ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化if(ret!=HAL_OK) while(1);//選中PLL作為系統時鐘源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;		//設置系統時鐘時鐘源為PLLRCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;				//AHB分頻系數為1RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2; 				//APB1分頻系數為2RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV1; 				//APB2分頻系數為1ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_2);	//同時設置FLASH延時周期為2WS，也就是3個CPU周期。if(ret!=HAL_OK) while(1);
}

調用HAL庫HAL_RCC_ClockConfig()函數實現將SYSCLK配置為72MHz。

五、總結

通過標準庫和HAL庫對比，將STM32系統時鐘SYSCLK配置為72MHz既可以在main()函數之前，也可以在main()函數里面，即在使用其它片上外設之前都可以。雖然標準庫和HAL庫調用的庫函數不一樣，但是最底層都是配置的RCC的CR和CFGR寄存器，只是封裝不同而已，所以我們得熟悉手冊對RCC使用的說明，再結合標準庫和HAL庫進行學習，才能理解得更加透徹。

六、資料連接

https://gitee.com/muzi_wood/stm32-f103