STM32学习之总线与时钟

上一篇博客复习了C语言，这一篇博客主要是学习STM32F407中的总线与时钟，这一部分对计算机组成原理的知识有一定的要求，

这一部分极其枯燥，但是十分重要，望仔细学习

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STM32F4 的总线架构比 51 单片机就要强大很多了。 STM32F4 总线架构的知识可以在《STM32F4XX 中文参考手册》第二章有讲解，这里我们也把这一部分知识抽取出来讲解，是为了大家在学习 STM32F4 之前对系统架构有一个初步的了解。 这里的内容基本也是从中文参考手册中参考过来的，让大家能通过我们手册也了解到，免除了到处找资料的麻烦吧。 如果需要详细深入的了解 STM32 的系统架构，还需要多看看《STM32F4XX 中文参考手册》或者在网上搜索其他相关资料学习。 我们这里所讲的 STM32F4 系统架构主要针对的 STM32F407 系列芯片。

首先我们看看STM32 的总线架构图：

主系统由 32 位多层 AHB 总线矩阵构成。 总线矩阵用于主控总线之间的访问仲裁管理。仲裁采取循环调度算法。总线矩阵可实现以下部分互联： 八条主控总线是：

下面我们具体讲解一下图中几个总线的知识。

对于系统架构的知识，在刚开始学习 STM32 的时候只需要一个大概的了解，大致知道是个什么情况即可。对于寻址之类的知识，这里就不做深入的讲解，中文参考手册都有很详细的讲解。

STM32F4 时钟系统的知识在《STM32F4 中文参考手册》第六章复位和时钟控制章节有非常详细的讲解，网上关于时钟系统的讲解也基本都是参考的这里，讲不出啥特色，这些知识也不是什么原创，纯粹根据官方提供的中文参考手册和自己的应用心得来总结的，如有不合理之处望大家谅解。 这部分对于计算机组成原理的知识有一定的要求

众所周知，时钟系统是 CPU 的脉搏，就像人的心跳一样。所以时钟系统的重要性就不言而喻了。 STM32F4 的时钟系统比较复杂，不像简单的 51 单片机一个系统时钟就可以解决一切。 于是有人要问，采用一个系统时钟不是很简单吗？为什么 STM32 要有多个时钟源呢？ 因为首先 STM32 本身非常复杂，外设非常的多，但是并不是所有外设都需要系统时钟这么高的频率，比如看门狗以及 RTC 只需要几十 k 的时钟即可。同一个电路，时钟越快功耗越大，同时抗电磁干扰能力也会越弱，所以对于较为复杂的 MCU 一般都是采取多时钟源的方法来解决这些问题。

首先让我们来看看 STM32F4 的时钟系统图 在 STM32F4 中，有 5 个最重要的时钟源，为 HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。 其中 PLL 实际是分为两个时钟源，分别为主 PLL 和专用 PLL。 从时钟频率来分可以分为高速时钟源和低速时钟源，在这 5 个中 HSI，HSE 以及 PLL 是高速时钟，LSI 和 LSE 是低速时钟。 从来源可分为外部时钟源和内部时钟源，外部时钟源就是从外部通过接晶振的方式获取时钟源，其中 HSE 和LSE 是外部时钟源，其他的是内部时钟源。

其余细节部分请查看文档

STM32F4 时钟系统初始化是在 system_stm32f4xx.c中的 SystemInit()函数中完成的。 对于系统时钟关键寄存器设置主要是在SystemInit函数中调用 SetSysClock()函数来设置的。 在设置完相关寄存器后，接下来 SystemInit 函数内部会调用 SetSysClock函数。

在配置的时候，特别需要注意的地方，就是我们还要同步修改 stm32f4xx.h 中宏定义标识符HSE_VALUE 的值为我们的外部时钟：

这里默认固件库配置的是 25000000，我们外部时钟为 8MHz，所以我们根据我们硬件情况修改为 8000000 即可。 那么 SystemInit 函数是怎么被系统调用的呢？ SystemInit 是整个设置系统时钟的入口函数。这个函数对于我们使用 ST提供的 STM32F4 固件库的话，会在系统启动之后先执行 main 函数，然后再接着执行 SystemInit 函数实现系统相关时钟的设置。 这个过程设置是在启动文件 startup_stm32f40_41xxx.s 中间设置的，我们接下来看看启动文件中这段启动代码：

这段代码的作用是在系统复位之后引导进入 main 函数，同时在进入 main 函数之前，首先要调用 SystemInit 系统初始化函数完成系统时钟等相关配置。 最后我们总结一下 SystemInit()函数中设置的系统时钟大小：

这部分内容十分复杂，对模电和数电的知识储备有要求，内容很多就不再贴出来。

上一部分，说明了系统复位之后调用 SystemInit 函数之后相关时钟的默认配置。 如果在系统初始化之后，我们还需要修改某些时钟源配置，或者我们要使能相关外设的时钟该怎么设置呢？这些设置实际是在 RCC 相关寄存器中配置的。因为 RCC 相关寄存器非常多，有兴趣的同学可以直接打开《STM32F4 中文参考手册》6.3 小节查看所有 RCC 相关寄存器的配置。 所以这里我们不直接讲解寄存器配置，而是通过 STM32F4 标准固件库配置方法给大家讲解。 在 STM32F4 标准固件库里，时钟源的选择以及时钟使能等函数都是在 RCC 相关固件库文件 stm32f4xx_rcc.h 和 stm32f4xx_rcc.c 中声明和定义的。大家打开 stm32f4xx_rcc.h 文件可以看到文件开头有很多宏定义标识符，然后是一系列时钟配置和时钟使能函数申明。这些函数大致可以归结为三类，一类是外设时钟使能函数，一类是时钟源和分频因子配置函数，还有一类是外设复位函数。当然还有几个获取时钟源配置的函数。 下面我们以几种常见的操作来简要介绍一下这些库函数的使用。

首先是时钟使能函数。时钟使能相关函数包括外设设置使能和时钟源使能两类。首先我们来看看外设时钟使能相关的函数：

这里主要有 5 个外设时钟使能函数。5 个函数分别用来使能 5 个总线下面挂载的外设时钟，这些总线分别为：AHB1 总线，AHB2 总线，AHB3 总线，APB1 总线以及 APB2 总线。要使能某个外设，调用对应的总线外设时钟使能函数即可。 这里我们要特别说明一下，STM32F4 的外设在使用之前，必须对时钟进行使能，如果没有使能时钟，那么外设是无法正常工作的。对于哪个外设是挂载在哪个总线之下，虽然我们也可以查手册查询到，但是这里如果大家使用的是库函数的话，实际上是没有必要去查询手册的，这里我们给大家介绍一个小技巧。 如何查看？ 比如我们要使能 GPIOA,我们只需要在 stm32f4xx_rcc.h 头文件里面搜索 GPIOA，就可以搜索到对应的时钟使能函数的第一个入口参数为 RCC_AHB1Periph_GPIOA，从这个宏定义标识符一眼就可以看出，GPIOA 是挂载在 AHB1 下面。 同理，对于串口 1 我们可以搜索 USART1，找到标识符为 RCC_APB2Periph_USART1，那么很容易知道串口 1 是挂载在 APB2 之下。 如何调用？ 如果我们要使能 GPIOA，那么我们可以在头文件 stm32f4xx_rcc.h 里面查看到宏定义标识符 RCC_AHB1Periph_GPIOA，顾名思义 GPIOA是挂载在 AHB1 总线之下，所以，我们调用 AHB1 总线下外设时钟使能函数 RCC_AHB1PeriphClockCmd 即可。 -具体调用方式入如下：

同理，如果我们要使能串口 1 的时钟，那么我们调用的函数为：

具体的调用方法是：

还有一类时钟使能函数是时钟源使能函数，前面已经讲解过 STM32F4 有 5 大类时钟源。 这里我们列出来几种重要的时钟源使能函数：

这些函数是用来使能相应的时钟源。比如我们要使能 PLL 时钟，那么调用的函数为：

具体调用方法如下：

我们要使能相应的时钟源，调用对应的函数即可。

接下来我们要讲解的是第二类时钟功能函数：时钟源选择和分频因子配置函数。这些函数是用来选择相应的时钟源以及配置相应的时钟分频系数。 比如我们之前讲解过系统时钟SYSCLK，我们可以选择 HSI,HSE 以及 PLL三个中的一个时钟源为系统时钟。那么到底选择哪一个，这是可以配置的。下面我们列举几种时钟源配置函数：

比如我们要设置系统时钟源为 HSI，那么我们可以调用系统时钟源配置函数：

具体配置方法如下：

又如我们要设置 APB1 总线时钟为 HCLK 的 2 分频，也就是设置分频因子为 2 分频，那么如果我们要使能 HSI，那么调用的函数为：

具体配置方法如下：

接下来我们看看第三类外设复位函数。如下：

这类函数跟前面讲解的外设时钟函数使用方法基本一致，不同的是一个是用来使能外设时钟，一个是用来复位对应的外设。这里大家在调用函数的时候一定不要混淆。 对于这些时钟操作函数，我们就不一一列举出来，大家可以打开 RCC 对应的文件仔细了解。

总线与时钟部分让人头大，草草的过了一遍知识点，有点囫囵吞枣的意思了，不过我的目标也是先用起来，暂时不深究，等用到了之后再仔细学习相应的部分，未完待续 =w=