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基于S3C6410的ARM11学习(十) 时钟初始化

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         之前已经用led验证了核心初始化的代码是可以用的了。接着就要进行到下一步,这一步就是时钟初始化,因为在时钟初始化之前,CPU的系统时钟都是跑在外部晶振12M上的,这速度也太慢了,S3C6410可是跑在600M时钟上的。所以我们就需要对时钟进行配置,将系统时钟调高。

这时候,其实是可以初始化C所用环境,然后用c语言来写,不过为了练习编写汇编代码,就使用汇编代码来写了。

 


S3C6410的时钟是挺复杂的。比51单片机的时钟要是要复杂多了去了。下面是时钟的框图。

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S3C6410共有3PLLPLL是时钟倍频用的。我使用的OK6410外部晶振是12M的。但是CPU的时钟是可以跑600M的,这怎么实现的了。就是靠PLL来实现的。PLL对输入的频率可以进行倍频,倍频的倍数可以通过软件配置,所以才可以用外部的12M晶振给CPU提供600M的时钟。

第一个APLL。这个PLL是提供系统时钟的。就是供给ARM11核的时钟

第二个MPLL。这个PLL是提供AHB,APB时钟的。

第三个EPLL。这个PLL是提供某些外设的时钟。

 


在这里,我们只关心APLLMPLL的配置。下图是默认的时钟配置

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红色标明的线是说明该时钟走的路线。图中的选择器,默认为都是选择0那一端的。所以在开始的时候,

1、系统时钟:外部晶振直接通过MUXapll和第二个选择器,所以ARMCLK时钟就是外部晶振时钟12M

2AHB,APB总线:外部晶振直接通过MUXmpll和第二个选择器,第三个选择器,后面的CLKGEN不分频的,所以AHBAPB时钟也是12M

 


下面我们就要改变这条时钟路线,并配置PLL。改变的路线如下所以

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1、  系统时钟:从外部晶振到APLLAPLL将外部时钟倍频到时钟1。在通过选择器,在通过第二个选择器,分频不分频,所以ARMCLK时钟就是时钟1

2、  AHB,APB总线时钟:从外部晶振到MPLL。将MPLL倍频到时钟2。在通过第一个选择器,第二个选择器,第三个选择器,CLKGEN进行分频,所以AHB/AXI总线时钟就是时钟3PCLK时钟就是时钟4

 


知道了时钟的走向,但是时钟1,时钟2,时钟3,时钟4应该是多少了。

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上图,是S3C6410手册中提供的几个频率值。那我们到底是使用哪一个了。这个时候,就去看uboot,看他配置的哪个时钟。

查阅,uboot代码,得知,配置的APLL时钟是533M,MPLL533M。时钟1533M,时钟2533M,时钟3133M,时钟466M

PCLKAHBCLKAPBCLK = 533:133:66 = 1:4:8

 


知道了这些参数,就可以去写程序配置了。不过,在写程序之前,先了解下时钟产生序列。

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上图,是复位之后时钟产生序列。

当电源电压大于一个值后,外部晶振的频率进入到芯片中。复位无效后,系统时钟就有了,这个时候系统时钟就是外部晶振时钟。正是有了这个时钟,所以可以执行初始化的代码。然后我们就要配置PLL时钟了。这个有个锁定时间的概念。当改变PLL的输出时钟后,并不是马上时钟就产生了,而是需要一定的时间,这个时间就是锁定时间,在这个锁定时间内,输出的时钟不稳定,所以这时钟就不会进入到系统时钟去,所以这个时钟,CPU是停止工作的。当锁定时间结束后,PLL输出时钟稳定,系统时钟等于输出时钟,CPU继续工作。

 


配置PLL流程

1、  配置PLL锁定时间(lock time

2、  配置PLL的倍频系数

3、  开启PLL

4、  等待锁定时间后,PLL输出频率稳定



来看看时钟初始化中用到的寄存器。

1PLL锁定时间设置寄存器

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这个寄存器是配置3PLL对应的锁定时间的。只有低16位有用。默认值是0XFFFF。这个值我们通常是不更改的,所以我们可以不用设置寄存器。

 


2APLLMPLL控制寄存器

  clip_image016

这个寄存器是用来配置PLL的倍频系数和PLL开启的。倍频系数是由寄存器中的三个参数决定。MDIV,PDIV,SDIV。设置不同的值,得到不同的倍频系数,也就得到不同的输出时钟。

计算的公式,手册中也有给,

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不过,要去计算挺复杂的,手册中给了参考值。我们直接使用这些参考值就行了。

clip_image020

 对于12M的输入时钟,如果要配置输出频率是533M。那么MDIV参数是266PDIV参数是3SDI参数是1

 我们是要配置PLL输出是533M的。

  所以这个寄存器配置的参数就是

                                        1<<31 | 266<<16|3<<8|1<<0

 


3、时钟选择控制寄存器

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这个寄存器是用来选择时钟源的。在时钟框图中,有很多的选择器,通过选择器,可以选择不同的时钟,这儿寄存器就是配置时钟源选择哪一个。从框图中,看来我们是有两个时钟要选择的。一个是APLL后的选择器要选择APLL的输出,另一个是MPLL之后的选择器要选择MPLL的输出。从框图中知道这个和CLK_SRC寄存器的最后两位有关

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所以,这里要配置最后两位的值都是1。选择PLL的输出。

 


4、时钟分频控制寄存器

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这个是设置时钟线上某些分频器的分频。我们这里是设置ARMCLKAHBCLKAPBCLK

所以找到相应的位。

   clip_image028     

     设置这些参数就可以得到ARMCLKAHBCLKAPBCLK。但是这些参数怎么设置了,里面还有HCLKX2,这个是什么了。这个从手册中找到的以下这张表就明白了。

     clip_image030

这个的参数就是配置红色框部分的分频器。

1、  对于1号分频器。FOUTAPL通过选择器,那么DOUTAPL时钟是533M。通过上路选择器,到达1号分频器,我们是要ARM系统时钟是在533M。所以这里分频器不分频。所以寄存器的3:0位设置为0

2、  对于2号分频器。FOUTMPL通过选择器到达MOUTMPL,那么MOUTMPL时钟是533M。在通过下路的SYNCMUX选择器,在通过上路的SYNC667选择器到达2号分频器。2号分频器的输出是HCLK*2,这个时钟是给ddr使用的。这个时钟是要配置为266M。所以2号分频器二分频。所以寄存器的11:9位值为1

3、  对于3号分频器。HCLK*2时钟是266MPCLK时钟是66M。要分频4。所以寄存器的15:12位值是3

4、  对于4号分频器。HCLK*2266M,而HCLK时钟是133M。所以4号分频器要设置为2.所以寄存器的第8位值是1

 


所以这个寄存器设置的值就是

                       3 << 12 | 1<<9 | 1 <<8 | 0<<0

 


上面的方法可有点慢了,手册中还有另外一张图:

clip_image032

图中说明了配置HCLK*2,PCLK,HCLK的分频器的值在寄存器的哪几位。

 


后面的寄存器就和初始化时钟没有多大关系了。但是在后面的时候发现有以下寄存器。

     clip_image034

         从名字就可以看出,这个是门控时钟寄存器。就是控制外设功能的时钟是否使能的。不过默认为这些门控时钟都是开启的。这个和STM32是不一样的。STM32是默认为都关闭的。之前以为这ARM11没有门控时钟,原来其实ARM11是有门控时钟的。只不过默认都是开启的而已。

 


总结时钟初始化流程

1、  设置时钟分频控制寄存器,先配置各个分频器的值

2、  CPU设置为异步模式,当AHB时钟和PCLK时钟不一样的时候,就要设置为异步模式

3、  配置APLL

4、  配置MPLL

5、  配置时钟源选择控制寄存器,选择对应的时钟

 


中间有一个设置CPU为异步模式。这个是手册中规定的,这个在OTHER寄存器中设置。

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所以,我们要将这个寄存器的第7位设置为0。同时也我们也要讲第6位设置为0.这个也是一个时钟源选择的。如下图,是选择下一路的时钟是APLL还是MPLL

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         下面就可以写代码了,有了上面的知识后,这代码可就容易了,就是修改寄存器的值就行了。

         clip_image039

先定义所要操作寄存器的地址,然后再定义两个参数,第一个参数是配置PLL倍频系数和开启PLL的。第二个参数是配置FCLK,HCLK*2,HCLK,PCLK时钟的。这两个参数在之前已经分析过了。

 


         下面就是初始化时钟的代码了

     clip_image041

1、  先配置CLK_DIV0寄存器,配置各个分频器的分频系数。

2、  CPU设置为异步模式,就是将other寄存器的第7位写入0。首先读出这个寄存器,将值存在r1寄存器中。将r1寄存器的第七位和第八位给清零,在写入到other寄存器。

3、  设置APLL

4、  设置MPLL

5、  设置时钟源选择,选择APLLMPLL的输出

 


这样,就完成了时钟的初始化。在reset中,把上次点亮led的程序放在调用时钟初始化代码后,会发现,led闪烁的频率变高了。因为这时候已经把时钟的频率改到533M了。也就是时钟跑快了。

 


下面和STM32的时钟初始化:

本质上,STM32的时钟初始化和S3C6410的时钟初始化时差不多。也是配置PLL,选择时钟源。只是STM32不用将CPU设置为异步模式。而且STM32没有锁定时间,但是有一个寄存器的某一位来指示PLL输出是否准备好。

先来看看时钟树框图:

clip_image043

好大一棵时钟树。STM32支持4种时钟输入,

1:高速外部时钟,一般都是使用这个,外接的晶振一般为8M

2:高速内部时钟,8M。这个一般不用,因为内部的时钟性能不太好,时钟频率精度较差。

3:低速内部时钟,40K,这个时钟供给RTC或独立看门狗。

4:低速外部时钟,32.768K,这个时钟供RTC使用。

 


STM32中,只有一个PLL,这个PLL就是对外部/内部高速时钟进行倍频的,倍频最大为16倍。然后通过选择器进入到系统时钟,系统时钟最大72M,比ARM11慢多了。然后再经过各个预分频器,到各自的时钟。

 


在系统复位后,HSI时钟被选为系统时钟,外部时钟是被旁路的。AHB预分频值为1APB1APB2预分频值都是1。所以系统时钟,AHB时钟,APB1APB2时钟都是8M。工作在这个时钟肯定是不行的了。所以就要对时钟进行配置,就要用到PLL,将时钟升上去,让系统工作在最大72M下。

 


时钟配置的流程:

1、  打开外部时钟,配置外部时钟没有被旁路

2、  等待外部时钟就绪

3、  设置AHBAPB1,APB2ADC预分频值。

4、  配置PLLTPREPLLSRC选择器,让外部时钟进入到PLL的输入。

5、  配置PLL倍频系数,并开启

6、  等待PLL锁定

7、  切换SW选择器,使系统时钟选择PLL输出

8、  等待PLL输出作为系统时钟

 


看看配置相关的寄存器

1、时钟控制寄存器

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用来开启外部高速时钟和内部高速时钟,并可以得到时钟是否就绪。还可以开启PLL,并判断PLL是否锁定。

  clip_image047

截取一部分图。

 


2、时钟配置寄存器

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配置时钟源选择,PLL倍频系数,预分频器系数

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           截取一部分图。

 


 初始化时钟,官方库已经实现了这部分代码。下面可以来分析分析。

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代码就是包括在SystemInit这个函数中的。这个函数在启动代码中就被调用。

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在这个函数的中间,有调用这个SetSysClock()函数。注释也比较清楚,配置系统时钟频率,HCLK,PLCK2,PCLK1预分频系数。同时配置FLASH间隔周期和使能预先取数据功能。

 


进入到这个函数中,

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通过宏判断系统时钟要设置为多少,在调用不同的函数。这个宏定义是在函数的开头部分定义的。

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这里,把其他系统时钟宏注释,72M时钟注释去掉,就意味着将系统时钟设置为72M

 


所以,就调用SetSysClockTo72()函数。

在去看这个函数实现什么。

我把这个代码中的宏,全部用他替换的值给替换掉了,这样可以知道配置什么值,就可以从寄存器去分析。代码稍微有点长,截成几部分来进行分析

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首先定义两个无符号32位变量,变量是用__IO修饰。这个__IO,其实就是volatile的别名。

RCC下的CR寄存器的值第16位置1.就是打开外部振荡器。

一个do while循环,就是判断外部振荡器是否就绪,其实就是判断RCC下的CR寄存器的第17位。为1就就绪,0就是没有就绪。这里多了一个变量来计数,防止如果外部晶振一直没有就绪,程序就死在这里了。

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判断HSE就绪后,就将HSEStatus赋值为0x1。这个在下面会用到。

 


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判断HSEStatus0x1的话,说明外部晶振就绪,就接着下一步操作。下面三行代码是对FLASH操作。目前不知道这代码放在这里是干嘛的。先不管。

RCC下的CFGR寄存器的第10位设置为1.

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这里,就是设置AHB,APB1,APB2预分频值。AHB不分频,APB1二分频,APB2不分频。

 


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 RCC下的CFGR寄存器的21位到16位设置为011101

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 这里,就将讲HSE时钟给配置到PLL的输入,并且中间没有进行分频。在设置PLL的倍频系数是9。这样,就将输入的8M时钟给倍频到72M时钟了。

然后再开启PLL。将RCCCR寄存器的24位设置为1.就开启了PLL

在判断RCCCR寄存器的25位是不是为1,为1的话,PLL就锁定了。没有的话,还没有锁定,那就等待。

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 然后选中PLL时钟作为系统时钟,通过配置CR下的CFGR最低两位为10。将PLL输出切换为系统时钟。

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最后,要检测PLL作为系统时钟是否准备好。检测CR下的CFGR的第2和第3为是否为10.是的话,PLL输出作为系统时钟。



这样,就完成了时钟的初始化。



      通过对比,还是有很多相通的地方。先设置预分频系数,在配置PLL并开启,最后配置时钟源。只是ARM11在设置预分频系数后,就要将CPU设置为异步模式。