【GD32】_时钟架构及系统时钟频率配置

文章目录

一、有关时钟源
二、系统时钟架构
三、时钟树分析
四、修改参数步骤
- 1、设置外部晶振
- 2、选择外部时钟源。
- 3、设置系统主频率大小
- 4、修改PLL分频倍频系数

学习系统时钟架构和时钟树，验证及学习笔记如下，如有错误，欢迎指正。主要记录了总线下挂载外设，总线时钟源以及系统时钟的配置。

一、有关时钟源

1、HXTAL：高速外部时钟，4到32MHz的外部振荡器可为系统提供更为精确的主时钟。它是板子焊接的外部晶振，精度高，但功耗比内部时钟较高；

2、LXTAL：低速外部时钟，LXTAL晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。它为实时时钟电路提供一个低功耗且精确的时钟源。

3、IRC8M：高速内部8MHz时钟，内部8MHz RC振荡器时钟，简称IRC8M时钟，拥有8MHz的固定频率，设备上电后CPU默认选择的时钟源就是IRC8M时钟。它是芯片内部自带的时钟，精度较低，可以应用在对时钟要求不高的场景中；

4、IRC28M：高速内部28MHz时钟，内部28MHz RC振荡器时钟（IRC28M）有一个固定的频率28MHz，专门用作ADC时钟。

5、IRC48M：高速内部48MHz时钟，内部48M RC振荡器时钟（IRC48M）有一个固定的频率48MHz，用作USB时钟或者PLL时钟源。
6、IRC32K：低速内部时钟；

7、IRC40K：低速内部时钟，IRC40K RC振荡器时钟担当一个低功耗时钟源的角色，它的时钟频率大约40 kHz，为独立看门狗定时器和实时时钟电路提供时钟。

8、内部锁相环（PLL）：对输入参考频率为4到32MHz时钟进行分频操作，输出一个8-120 MHz的时钟输出。严格来说锁相环不算时钟源，它是其他时钟源头配置而来。

剩下就是HXTAL时钟监视器、时钟预分频器、时钟多路复用器和时钟门控电路等。

AHB、 APB和Cortex®-M4时钟都源自系统时钟（CK_SYS），系统时钟的时钟源可以选择IRC8M、HXTAL或PLL。

做项目时需要确认该项目所用晶振为内部晶振还是外部晶振。

二、系统时钟架构

在这里插入图片描述
（1）以GD32F350系列为例，Cortex-M4架构，最高时钟频率为108MHz。
通过固件库的system_gd32f10x.c以及系统时钟架构可知：

    /* HXTAL is stable *//* AHB = SYSCLK */RCU_CFG0 |= RCU_AHB_CKSYS_DIV1;/* APB2 = AHB/2 */RCU_CFG0 |= RCU_APB2_CKAHB_DIV2;/* APB1 = AHB/2 */RCU_CFG0 |= RCU_APB1_CKAHB_DIV2;

AHB总线为系统时钟的1分频，即最高频率为108MHz。
APB1总线为系统时钟的2分频，即最高频率为54MHz。
APB2总线为系统时钟的1分频，即最高频率为54MHz。

（2）通过分析系统架构图可知：

系统时钟分频情况。
时钟总线(AHB、APB1、APB2)的所挂载的外设。
（以TIMER1为例，挂载的是APB1总线，USART0挂载APB2总线。）

三、时钟树分析

在这里插入图片描述
目标是：找到TIMER5和USART0
从左往右分析：最左侧的四个方框为四种时钟源。要选择一个时钟源。
以HXTAL为例。

1、选择外部HXTAL时钟源（提供系统时钟频率）。

2、PLLPRESEL选择外部晶振作为PLL时钟源，经过PREDV分频，PLLSEL选择外部晶振作为PLL时钟源，经过PLL倍频得到CK_PLL，

3、通过SCS选择PLL时钟源作为系统时钟CK_SYS。

4、CK_SYS系统时钟通过分频得到CK_AHB，即为AHB总线的时钟频率。

5、以TIMER1为例，TIMER1挂载APB1总线，APB1分频系数为2，则TIMER1频率为AHB÷[apb1 prescaler/2]=AHB，

6、以USART0为例，USART0挂载APB2总线，通过APB2分频得到CK_APB2频率直接提供USART0使用。

四、修改参数步骤

1、设置外部晶振

外部晶振时钟频率，在gd32f30x.h文件中，根据实际外部晶振频率修改参数。示例选择外部晶振12M，其中HXTAL_VALUE即板子所焊接的外部晶振的宏定义。

/* define value of high speed crystal oscillator (HXTAL) in Hz */
#if !defined  HXTAL_VALUE    
#ifdef GD32F10X_CL   
#define HXTAL_VALUE    ((uint32_t)25000000) /*!< value of the external oscillator in Hz */
#else 
#define HXTAL_VALUE    ((uint32_t)12000000) /* !< from 4M to 16M *!< value of the external oscillator in Hz*/
#endif /* HXTAL_VALUE */
#endif /* high speed crystal oscillator value */

2、选择外部时钟源。

在system_gd32f3x0.c文件，_SYS_OSC_CLK为系统时钟主频率选择宏定义，使用外部晶振选择__HXTAL。

3、设置系统主频率大小

在system_gd32f3x0.c文件中例如：选择了72MHz作为时钟频率__SYSTEM_CLOCK_72M_PLL_HXTAL

4、修改PLL分频倍频系数

在函数system_clock_72m_hxtal()内修改。
修改前：系统外部晶振HXTAL默认为8MHZ，带入公式：PLL = HXTAL * 9 = 72 MHz，PLL的倍频系数是9.

修改后：系统外部晶振HXTAL为12M，代入公式，PLL倍频系数为6

五、验证系统时钟的准确性

通过系统函数获取时钟配置，uint32_t rcu_clock_freq_get(rcu_clock_freq_enum clock)函数可用来获取时钟参数，
获取APB1时钟：uclk = rcu_clock_freq_get(CK_APB1);
获取APB2时钟：uclk = rcu_clock_freq_get(CK_APB2);
获取CK_AHB时钟：uclk = rcu_clock_freq_get(CK_AHB);
获取CK_SYS时钟：uclk = rcu_clock_freq_get(CK_SYS)。

详细的系统时钟频率配置参考链接：
GD32系列笔记四：时钟树Clock tree

GD32_时钟配置解析

【GD32】系统时钟解析

史上最详细的gd32时钟频率设置