Схема тактирования |
282 |
Требуется следующая конфигурация:
−Паяемые мосты SB48 и SB49 ВКЛ
−Резисторы R34 и R36 удалены
•LSE-генератор не используется: PC14 и PC15 используются в качестве GPIO вместо источника низкочастотного тактового сигнала.
Требуется следующая конфигурация:
−Паяемые мосты SB48 и SB49 ВКЛ
−Резисторы R34 и R36 удалены
Взависимости от версии аппаратного обеспечения платы NUCLEO возможны две конфигурации по умолчанию для выводов LSE-генератора. Версия платы MB1136 C-01/02/03 указана на наклейке, размещенной на нижней стороне печатной платы.
•Маркировка платы MB1136 C-01 соответствует плате, сконфигурированной так, что LSE-генератор не используется.
•Плата с маркировкой MB1136 C-02 (или выше) соответствует плате, оснащенной встроенным 32 кГц генератором.
•Плата с маркировкой MB1136 C-03 (или выше) соответствует плате с новым кварцевым LSE-генератором (ABS25) и обновленными значениями C26, C31 и C32.
Прочитайте внимательно
Все платы Nucleo с версией выпуска MB1136 C-02, имеют серьезную проблему со значениями демпфирующих резисторов R34, R36 и с конденсаторами C26, C31 и C32. Эта проблема не позволяет LSE-генератору запускаться правильно.
10.2. Обзор модуля HAL_RCC
До сих пор мы видели, что периферийное устройство Система сброса и тактирования (Reset and Clock Control, RCC) отвечает за конфигурацию всей схемы тактирования микроконтроллера STM32. Модуль HAL_RCC содержит соответствующие дескрипторы и процедуры CubeHAL для абстрагирования от конкретной реализации RCC. Однако фактическая реализация данного модуля неизбежно отражает особенности схемы тактирования в используемой серии STM32 и номере по каталогу. Погружение в этот модуль, как мы это делали для других модулей HAL, выходит за рамки данной книги. Оно потребовало бы, чтобы мы прослеживали слишком много различий между несколькими микроконтроллерами STM32. Итак, сейчас мы сделаем краткий обзор основных функций RCC и шагов, которые необходимо выполнить при конфигурации схемы тактирования.
Наиболее подходящими структурами Си для конфигурации схемы тактирования являются RCC_OscInitTypeDef и RCC_ClkInitTypeDef. Первая используется для конфигурации источников RCC для внутреннего/внешнего генератора (HSE, HSI, LSE, LSI), а также некоторых дополнительных источников тактового сигнала, если они предоставляются микроконтроллером. Например, некоторые микроконтроллеры STM32 серии F0 (STM32F07x, STM32F0x2 и STM32F09x) обеспечивают поддержку USB 2.0 в дополнение к внутреннему отдельному и откалиброванному на заводе высокочастотному генератору, работающему на частоте 48 МГц, для питания периферийного устройства USB. В таком случае, структура RCC_OscInitTypeDef также используется для конфигурации этих дополнительных источников тактового сигнала. Структура также имеет
Схема тактирования |
283 |
поле, которое является экземпляром структуры RCC_PLLInitTypeDef, конфигурирующей блок основного PLL, используемого для увеличения частоты тактовых импульсов источника. Она отражает суть аппаратной структуры блока основного PLL и может состоять из нескольких полей в зависимости от серии STM32 (в микроконтроллерах STM32F2/4/7 она может иметь довольно сложную структуру).
Напротив, структура RCC_ClkInitTypeDef используется для конфигурации источника тактового сигнала переключателя системного тактового сигнала (System Clock Switch, SWCLK), шины AHB и шин APB1/2.
CubeMX разработан для генерации правильного кода инициализации схемы тактирования нашего микроконтроллера. Весь необходимый код упакован внутри процедуры SystemClock_Config(), с которой мы сталкивались в сгенерированных до сих пор проектах. Например, следующая реализация SystemClock_Config() отражает суть конфигурации схемы тактирования для микроконтроллера STM32F030R8, работающего на частоте
48 МГц:
1void SystemClock_Config(void) {
2RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
3RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
5RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
6RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
7RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = 16;
8RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
9RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;
10RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL12;
11RCC_OscInitStruct.PLL.PREDIV = RCC_PREDIV_DIV1;
12HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);
13
14RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK;
15RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
16RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
17RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
18HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_1);
20 |
HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/1000); |
21 |
|
22 |
HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK); |
23 |
|
24/* Конфигурация IRQn прерываний таймера SysTick */
25HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 0, 0);
26}
Строки [5:12] выбирают HSI-генератор в качестве источника тактового сигнала и активируют блок основного PLL, устанавливая HSI-генератор в качестве источника тактового сигнала через мультиплексор PLL. Затем тактовая частота увеличивается в двенадцать раз (параметр поля PLLMUL). Строки [14:18] устанавливают частоту SYSCLK. В качестве источника тактового сигнала выбирается PLLCLK (строка 15). Таким же образом частота SYSCLK выбирается в качестве источника для шины AHB, и та же частота HCLK (RCC_HCLK_DIV1) в качестве источника для шины APB1. Другие строки кода устанавливают
Схема тактирования |
284 |
таймер SysTick – специальный таймер, доступный в ядре Cortex-M, который используется для синхронизации некоторых внутренних операций HAL (или для управления планировщиком ОСРВ, как мы увидим в Главе 23). HAL основан на соглашении о том, что таймер SysTick генерирует прерывание каждые 1 мс. Поскольку мы конфигурируем тактовую частоту SysTick таким образом, чтобы она работала на максимальной частоте ядра 48 МГц (что означает, что SYSCLK выполняет 48000000 тактовых циклов каждую секунду), мы можем установить таймер SysTick так, чтобы он генерировал прерывание каждые 48000000 циклов/1000 мс = 48000 тактовых циклов13.
10.2.1. Вычисление тактовой частоты во время выполнения
Иногда важно знать, насколько быстро работает ядро ЦПУ. Если наша микропрограмма спроектирована так, чтобы она всегда работала с установленной частотой, мы можем запросто жестко закодировать это значение в микропрограмме, используя именованную константу. Однако это всегда плохой стиль программирования, и он совершенно неприменим в случае, когда мы динамически управляем частотой ЦПУ. CubeHAL предоставляет функцию, которую можно использовать для вычисления частоты SYSCLK: HAL_RCC_GetSysClockFreq()14. Однако с этой функцией следует обращаться с особой осторожностью. Давайте посмотрим почему.
HAL_RCC_GetSysClockFreq() не возвращает реальную частоту SYSCLK (он никогда не сможет сделать это надежным способом без известной и точной внешней опорной частоты), но основывает результат на следующем алгоритме:
•если источником SYSCLK является HSI-генератор, то возвращается значение на основе макроса HSI_VALUE;
•если источником SYSCLK является HSE-генератор, то возвращается значение на основе макроса HSE_VALUE;
•если источником SYSCLK является PLLCLK, то возвращается значение, основанное на HSI_VALUE/HSE_VALUE, умноженное на коэффициент PLL, в соответствии с конкретной реализацией микроконтроллера STM32.
Макросы HSI_VALUE и HSE_VALUE определены в файле stm32xxx_hal_conf.h и являются жестко закодированными значениями. HSI_VALUE определяется ST во время проектирования микросхемы, и мы можем доверять значению соответствующего макроса (за исключением 1% точности). Напротив, если мы используем внешний генератор в качестве источника HSE-генератора, мы должны предоставить фактическое значение для макроса HSE_VALUE, в противном случае значение, возвращаемое функцией HAL_RCC_GetSysClockFreq(), является неправильным15. Это также влияет на частоту тиков (то есть времени, требуемого для генерации прерывания таймера) таймера SysTick.
13Как мы увидим в следующей главе, таймер является модулем автономного отсчета, то есть устройством, которое считает от заданного значения до 0 каждый тактовый цикл. Ради полноты, обратите внимание, что таймер SysTick представляет собой 24-разрядный таймер нисходящего отсчета, то есть он отсчитывает от сконфигурированного максимального значения (в нашем случае 48000) до нуля, а затем автоматически перезапускается. Источник тактового сигнала таймера устанавливает то, как быстро считает этот таймер. Поскольку здесь мы указываем, что источником тактового сигнала для таймера SysTick является HCLK (строка 22), то счетчик будет достигать нуля каждые 1 мс.
14Обратите внимание, что ядро Cortex-M тактируется не частотой SYSCLK, а частотой HCLK, которая может быть снижена предделителем шины AHB. Таким образом, подводя итог, частота ядра равна
HAL_RCC_GetSysClockFreq()/предделитель шины AHB.
15HAL_RCC_GetSysClockFreq() определена так, чтобы возвращать значение типа uint32_t. Это означает, что
она может возвращать неверные результаты с дробными значениями для HSE-генератора.
Схема тактирования |
285 |
Мы также можем получить частоту ядра с помощью глобальной переменной CMSIS
SystemCoreClock.
Прочитайте внимательно
Если мы решим вручную управлять конфигурацией схемы тактирования без использования процедур CubeHAL, мы должны помнить, что каждый раз, когда мы меняем частоту SYSCLK, нам нужно вызывать функцию CMSIS SystemCoreClockUpdate(), в противном случае некоторые процедуры CMSIS могут давать неправильные результаты. Эта функция автоматически вызывается
для нас процедурой HAL_RCC_ClockConfig().
10.2.2. Разрешение Выхода синхронизации
Как было сказано ранее, в зависимости от используемого корпуса ИС микроконтроллеры STM32 позволяют направлять тактовый сигнал на один или два выходных I/O, называемых выходами синхронизации (Master Clock Output, MCO). Это выполняется с помощью функции:
void HAL_RCC_MCOConfig(uint32_t RCC_MCOx, uint32_t RCC_MCOSource, uint32_t RCC_MCODiv);
Например, чтобы направить PLLCLK к выводу MCO1 в микроконтроллере STM32F401RE (который соответствует выводу PA8), мы должны вызвать вышеупомянутую функцию следующим образом:
HAL_RCC_MCOConfig(RCC_MCO1, RCC_MCO1SOURCE_PLLCLK, RCC_MCODIV_1);
Прочитайте внимательно
Обратите внимание, что при конфигурации вывода MCO в качестве выходного GPIO его скорость (то есть скорость нарастания) влияет на качество выходного тактового сигнала. Кроме того, для более высоких тактовых частот следующим образом должна быть включена компенсационная ячейка (compensation cell):
HAL_EnableCompensationCell();
Обратитесь к техническому описанию вашего микроконтроллера для получения дополнительной информации о ней.
10.2.3. Разрешение Системы защиты тактирования
Система защиты тактирования (Clock Security System, CSS) – это функция периферий-
ного устройства RCC, которая используется для обнаружения неисправностей внешнего HSE-генератора. CSS является важной функцией в некоторых критически важных приложениях, где неправильная работа HSE-генератора может нанести вред пользователю. Ее важность подтверждается тем фактом, что обнаружение сбоя замечается исключением NMI – исключением ядра Cortex-M, которое нельзя запретить.
При обнаружении сбоя HSE-генератора микроконтроллер автоматически переключается на тактовый сигнал HSI-генератора, который выбирается в качестве источника тактового