Cotex-M3内核LPC17xx系列时钟及其配置方法

一、背景：

　　最近正在接手一个项目，核心芯片既是LPC17XX系列MCU，内核为ARM的Cotex-M3内核。

　　想要玩转一个MCU，就一定得搞定其时钟！

　　时钟对MCU而言，就好比人类的心脏。由其给AHB、APB总线供给血液（时钟频率），而挂在AHB（Advance High Bus）总线上的器件就像是我们的各个器官，挂在APB（Adance Peripheral Bus）总线的外设就像是人类的四肢。各个器官和四肢只有在你的血液（时钟频率）供给恰到好处时才能正常运转。

　　本篇文章既是对LPC17xx系列的时钟结构及其配置方法做个介绍与总结。

二、正文：

　　二话不说，先上一张LPC17xx时钟。

　　由图所示，MCU最原始的时钟动力来自于上图三个地方之一，

　　　　osc_clk-->由外接在”XTAL1”，”XTAL2”的晶振来提供时钟源；

　　　　rtc_clk-->由外接在”RTCX1”，”RTCX2”的晶振来提供时钟源；

　　　　irc_osc-->由MCU内部自带的晶振来提供时钟源。

　　又由图知，LPC1700系列一共有4大类时钟，

　　供给CPU直接使用的CCLK时钟；

　　供给USB使用的usb_clk时钟；

　　供给看门狗使用的wd_clk时钟；

　　供给各种外设使用的pclk时钟；

　　CCLK时钟由主PLL（PLL0）或者直接由三个晶振源之一来提供；

　　usb_clk时钟由主PLL（PLL0）或者PLL1提供；

　　pclk时钟由CCLK分频得来；

　　wd_clk时钟由”rtc_clk” 或者 “irc_osc”提供时钟。

　　

　　接下来该说如何配置时钟了：

　　1、 配置CPU时钟（CCLK） ：

　　CPU时钟CCLK若是由PLL0提供的，那么PLL0会先将供给它的时钟进行升频，升频之后，再降频供CPU使用，即CCLK，

　　至于为何要先升频再降频，暂时未知，也许单纯的是PLL的工作机制吧。以下即配置CPU时钟（CCLK）的具体过程：

　　a、 描述主振荡器——即主振荡器大小范围多少，有没有稳定等，配置的寄存器为“SCS”。

　　b、 配置外设时钟：

　　这里要注意！按照正常思维顺序走的话，“b”这一步应该在所有步骤之后，，但是LPC17xx系列的MCU规定，在enable PLL0前，

　　要先把外设时钟配置完成，所以，要先配置外设时钟。

　　PLL0升频再降频后，会生成一个CCLK时钟，该CCLK经过再次分频即可得到所有外设的外设时钟。

　　外设时钟的配置，既是根据各个外设的时钟需求，来分别独立的对CCLK分频取得。

　　每个系列MCU均有其最大工作频率CCLK，以不超过该最大工作频率为准，配置CCLK降频（分频）大小的寄存器为“CCLKCFG”。

　　配置外设时钟的寄存器分别为“PCLKSEL0/1”

　　在配置外设时钟前，先考虑由PPL0升频多少降频多少才可得到想要的CCLK值，而这实际上是“d”步骤考虑的，所以此处的逻辑

　　会有点乱。在阅读过程中，可跳过该步骤，直接看“c”步骤，最后跳回来看“b”步骤，但实际操作得按该步骤来。

　　c、  从这三个振荡器选择供给PLL0的时钟，配置的寄存器为“CLKSRCSEL”。

　　d、 配置“PLL0CFG”寄存器，来设置PLL0升频值及降频值的大小，寄存器截图如下：

　　M即是倍频值，N即分频值，当使用晶振源为”rtc_clk”时，M值参照表4.8所建议的值。

　　PLL0计算方法如下图：

　　　　计算PLL0时，各个计算变量参数的意义如下图：

　　　　

　　e、 最后使能PLL0时钟并选择是否选用PLL0作为CCLK的输入时钟，操作的寄存器为“PLL0CON”

　　f、  举个例子：MCU外接晶振为12MHZ，我需要CPU工作在频率100MHZ。那么根据式子，M = 100， N = 6。

　　Fcco = (2 * 100 * 12MHZ) / 6 =400MHZ。然后4分频，最后得到CCLK为100MHZ。

　　配置代码如下：

　　

#if (PLL0_SETUP)
  LPC_SC->PLL0CFG   = PLL0CFG_Val;
  LPC_SC->PLL0CON   = 0x01;             /* PLL0 Enable                        */
  LPC_SC->PLL0FEED  = 0xAA;
  LPC_SC->PLL0FEED  = 0x55;
  while (!(LPC_SC->PLL0STAT & (<<)));/* Wait for PLOCK0                    */
 
  LPC_SC->PLL0CON   = 0x03;             /* PLL0 Enable & Connect              */
  LPC_SC->PLL0FEED  = 0xAA;
  LPC_SC->PLL0FEED  = 0x55;
#endif

　　2、 USB时钟的配置：

　　如整体时钟图示，USB时钟只能由PLL0或者PLL1提供，并且！若USB时钟由PLL0提供，那么PLL0的时钟源必须是外部 晶振！

　　USB需要一个占空比为50%的48MHZ的时钟源，也就是说，PLL1或者PLL0分频出来的时钟Fcco必须为48MHZ的偶数倍数，

　　以便为USB提供合适的时钟。

　　A、 若由PLL0提供，那么由“1”步骤配置完PLL0，通过USB分频器获得满足条件的USB时钟即可。

　　举个例子：USB的CLK要求为48MHZ，那么PLL0主频配置为48MHZ的偶数倍，然后通过USB时钟分频器分频，

　　来获得符合要求的时钟。

　　B、 若由PLL1提供，那么就得说说PLL1是如何配置的：

　　a、 PLL1仅支持10MHZ到25MHZ范围内的时钟输入，且只能是外部时钟源，所以时钟源不用选择；

　　b、 设置PLL1的“M”值与“P值”，PLL1类似于PLL0，也是会有一个先升频后降频的过程，但可以看出PLL1算是USB的一个

　　特供时钟源，所以每个值的限制条件会比较多。

　　PLL1输出频率的公式：

　　Fcco频率可按如下公式计算：

　　

　　注意：

　　Fosc（时钟源）的频率范围必须为10MHZ~25MHZ，

　　USBCLK必须为48MHZ，

　　Fcco的范围为：156MHZ~320MHZ；

　　举个例子：

　　输入的外部晶振为12MHZ，配置“M”的值为4，“P”的值为2，按公式计算可得PLL1升频后为192MHZ，然后分频到48MHZ

　　供给USB使用。

PLL1配置代码如下：

#if (PLL1_SETUP)
  LPC_SC->PLL1CFG   = PLL1CFG_Val;
  LPC_SC->PLL1CON   = 0x01;             /* PLL1 Enable                        */
  LPC_SC->PLL1FEED  = 0xAA;
  LPC_SC->PLL1FEED  = 0x55;
  while (!(LPC_SC->PLL1STAT & (<<)));/* Wait for PLOCK1                    */
 
  LPC_SC->PLL1CON   = 0x03;             /* PLL1 Enable & Connect              */
  LPC_SC->PLL1FEED  = 0xAA;
  LPC_SC->PLL1FEED  = 0x55;
#else
  LPC_SC->USBCLKCFG = USBCLKCFG_Val;    /* Setup USB Clock Divider            */
#endif

　　3、 看门狗wd_clk还未使用，下次要配时，再做记录。

三、总结：

　　不论是cotex-m3内核的LPC17xx系列、STM32系列，还是更高阶的arm9，arm11，时钟才是是摸透它们的最佳切入点。

　　就实际使用来说，使用MCU既是使用各种外设，或者实现各种通信。不论何种外设，何种通信（UART、IIC、CAN、USB等），

　　其能正确工作的关键就在于要给定正确合适的时钟。时钟的选法就采用MCU芯片手册上的时钟图来倒推回去，

　　首先根据外设的需求确定外设时钟，接着考虑CPU的时钟，然后在反推到最初的时钟源的选择。

　　完毕，在此做个记录，以便下次参考。

记录地点：深圳WZ

记录时间：2016年6月3日