STM32的時鐘體系可以直接以圖概括(摘自STM32F10X參考手冊)

下面就此圖做分析

1. STM32輸入時鐘源

1.1 時鐘源的作用

無論是小型單片機還是像STM32這樣高級單片機，它們工作的核心都是大規(guī)模的時序邏輯電路，而驅(qū)動時序邏輯電路的關(guān)鍵則是準確而又穩(wěn)定的時鐘源。它的作用就像小學(xué)在操場上做廣播體操時候播放的背景音樂，用于協(xié)調(diào)和同步各單元運行，為時序電路提供基本的脈沖信號。

1.2 STM32時鐘源的設(shè)計

在51單片機中，一般都外接一個11.0592MHz的晶振，注意，提供時鐘的不是晶振，而是RC時鐘電路，而晶振只是時鐘電路的元件之一。同理，在STM32中，時鐘源也是由RC時鐘電路產(chǎn)生，與51單片機的區(qū)別是區(qū)別在于，RC電路的位置。根據(jù)RC電路的位置，可以將STM32的時鐘源分為內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘、內(nèi)外部時鐘電路。

(1)內(nèi)部時鐘電路:

晶體振蕩器和RC時鐘電路都在STM32芯片內(nèi)部，如圖中標注1、標注4。

標注1處是產(chǎn)生8MHz的時鐘源，稱為HSI，高速內(nèi)部時鐘源(H意為高速，S意為源，I意為內(nèi)部);

標注4處是產(chǎn)生32KHz的時鐘源，稱為LSI，低速內(nèi)部時鐘源;

(2)內(nèi)外部時鐘電路:

晶體振蕩器在STM32芯片外部，RC時鐘電路在STM32芯片內(nèi)部，如圖中標注2、標注3。

標注2處是產(chǎn)生4-16MHz的時鐘源，稱為HSE，高速外部時鐘源;

標注3是產(chǎn)生32.768KHz的時鐘源，稱為LSE，低速外部時鐘源;

OSC_OUT和OSC_IN、OSC32_OUT和OS32_IN分別接晶振的兩個引腳。前者一般接8MHz晶振；后者一定接32.768KHz，因為這個時鐘源是供給RTC實時時鐘使用的。在51單片機中沒有集成RTC模塊，在做電子時鐘時用到的DS1302集成芯片時，也是為其提供的也是32.768KHz的晶振。

(3)外部時鐘電路

晶體振蕩電路和RC時鐘電路都在STM32芯片外部。如圖中標注2、標注3。

OSC_OUT和OSC_IN、OSC32_OUT和OS32_IN除了分別接晶振的兩個引腳，對于OSC_IN和OSC32_IN引腳，還可以接入外部的RC時鐘電路，其時鐘源直接由外部供給，不過這種方案少見。

綜上所述，STM32的時鐘源有4個: HSI、HSE和LSI、LSE。

HSI時鐘源，它是在由STM32在內(nèi)部用RC振蕩電路實現(xiàn)的高速內(nèi)部時鐘源。HIS RC振蕩器能夠在不需要任何外部期間的條件下提供系統(tǒng)時鐘，它的啟動時間比HSE晶體振蕩器短，但是不精準，即使在校準之后它的時鐘頻率精度仍較差。在手冊中還明確說，當(dāng)HSI被用作PLL時鐘輸入時，系統(tǒng)時鐘能得到的最大頻率是61MHz，這顯然不能發(fā)揮STM32最極致的性能。

1.3 時鐘信號通道選擇

雖然HSI不精準，但是鑒于啟動速度原因考慮，STM32上電復(fù)位，默認是采用HSI時鐘源的，當(dāng)然開發(fā)者可以不修改這個時鐘源，那么系統(tǒng)將一直工作在一個時鐘源不穩(wěn)定不精準的環(huán)境下。

然而一般做法是改變時鐘源，將時鐘源改為HSE。改變時鐘源的通道是在相關(guān)寄存器設(shè)置的，在圖中的PLLSRC可以實現(xiàn)對這兩個頻率的切換。

1.4 鎖相環(huán)倍頻器PLL/預(yù)分頻器Prescaler

STM32的cpu的工作常規(guī)頻率是72MHZ(超過72MHz工作稱為超頻工作，CPU耗電加劇，且會發(fā)燙)，但是我們接入的晶振是8MHz，這就需要一個對頻率加倍的操作，即倍頻。如圖中的PLLMUL，PLLMULL實現(xiàn)對接入時鐘源的倍頻，如x2、x3、x4…倍頻后的時鐘源為PLLCLK。

預(yù)分頻器是實現(xiàn)對頻率削減作用的。倍頻器將HSE倍頻之后提供給cpu，但是除了cpu之外，其他片內(nèi)外設(shè)，如SPI控制模塊、IIC控制模塊等的工作同樣需要時鐘源，這些外設(shè)的時鐘源肯定是低于cpu運行時鐘的，例如USB通訊才需要48MHz，所以需要對倍頻后的時鐘源進行分頻。一般芯片的分頻做法都是對一個時鐘源倍頻后供給某些部件，其他低于此倍頻后的時鐘都是基于此時鐘源來分頻的。用戶可通過多個預(yù)分頻器配置AHB，高速APB(APB2)和低速APB(APB1)域的頻率。AHB和APB2域的最大頻率是72MHz。APB1域的最大允許頻率是36MHz。SDIO接口的時鐘頻率固定在HCLK / 2。

經(jīng)過時鐘源的選擇、分頻/倍頻，就可以到HCLK(高性能總線AHB用)、FCLK(供給cpu內(nèi)核的用，常說的cpu主頻)、PCLK(高性能外設(shè)總線APB)、USBCLK、TIMXCLK、TIM1CLK、RTCCLK等，外設(shè)是掛載STM32的總線上的，具體哪個外設(shè)掛載哪個總線，看下圖:

在軟件開發(fā)中，我們要做的也無非設(shè)置門電路以選擇時鐘源輸入、倍頻/分頻系數(shù)和打開/關(guān)閉對應(yīng)外設(shè)所在總線的時鐘。

2. STM32輸出時鐘源

圖中的MCO功能模塊，可以將PLLCLK / 2、HSI、HSE、SYSCLK輸出，供給其他系統(tǒng)作為輸入時鐘源，對這一功能模塊也是又相應(yīng)的寄存器，圖中以MCO標注。

3. 系統(tǒng)滴答Systick

Systick就是一個定時器而已，只是它放在了NVIC中，主要的目的是為了給操作系統(tǒng)提供一個硬件上的中斷，稱之為滴答中斷操作系統(tǒng)進行運轉(zhuǎn)的時候，也會有時間節(jié)拍。它會根據(jù)節(jié)拍來工作，把整個時間段分成很多小小的時間片，而每個任務(wù)每次只能運行一個時間片的時間長度，超時就退出給別的任務(wù)運行，這樣可以確保任何一個任務(wù)都不會霸占操作系統(tǒng)提供的各種定時功能，都與這個滴答定時器有關(guān)。因此，需要一個定時器來產(chǎn)生周期性的中斷，而且最好還讓用戶程序不能隨意訪問它的寄存器，以維持操作系統(tǒng)的節(jié)拍。只要不把它在SysTick控制及狀態(tài)寄存器中的使能位清除，就一直執(zhí)行。

RCC(復(fù)位與時鐘控制器)通過AHB時鐘(HCLK)8分頻后作為Cortex系統(tǒng)定時器(SysTick)的外部時鐘。通過對SysTick控制與狀態(tài)寄存器的設(shè)置，可選擇上述時鐘或Cortex(HCLK)時鐘作為SysTick時鐘(后者圖中沒畫出)。另外，還有其他時鐘，如USB時鐘，ADC時鐘、獨立看門狗時鐘等，它們各自的時鐘源通過前面學(xué)習(xí)，也可以輕易分析出來，這里不再贅述。

4. 時鐘相關(guān)的寄存器

時鐘體系涉及到的寄存器有：