Грань «Новые Технологии» Форум

Регистры CR и CFGR

Открываем Reference manual на микроконтроллер STM32F103x8 и переходим к разделу 7: Low-, medium-, high- and XL-density reset and clock control (RCC). RCC имеет довольно много регистров, целых 10 штук. Однако, для настройки источника тактирования и делителей шин нам понадобится только 2 из них. Описание основных битов регистра:

PLLRDY — флаг готовности PLL. Устанавливается аппаратно и сигнализирует о том, что PLL заблокирован.

PLLON — Включить PLL. Устанавливается и сбрасывается программно. При переходе в режим Stop или Standby сбрасывается аппаратно. Этот бит не может быть сброшен, если PLL используется как источник системного тактирования.

CSSON — включить систему CSS

HSEBYP — Если вместо кварцевого резонатора HSE мы хотим использовать внешний прямоугольный тактовый сигнал, то этот бит нужно установить в 1

HSERDY — Флаг готовности генератора HSE. Аппаратно устанавливается в 1 после успешного запуска и стабилизации частоты HSE-генератора

HSEON — Запустить HSE генератор. Устанавливается и сбрасывается программно. При переходе в режим Stop или Standby сбрасывается аппаратно и HSE генератор останавливается. Этот бит не может быть сброшен, если HSE используется как источник системного тактирования.

HSIRDY — то же самое, что и HSERDY, только для встроенного RC-генератора HSI

HSION — то же самое, что и HSEON, только для встроенного RC-генератора HSI Описание основных битов регистра:

MCO — подача тактового сигнала на MCO-пин микроконтроллера.

0xx: Функция отключена
100: Выбран System clock (SYSCLK)
101: Выбран сигнал с HSI
110: Выбран сигнал с HSE
111: Выбран сигнал с PLL, который поделен на 2

PLLMUL — коэффициент умножения PLL. Эти биты могут быть записаны программно только при отключенном PLL

0000: Входную частота PLL умножить на 2
0001: —//— на 3
0010: —//— на 4
0011: —//— на 5
0100: —//— на 6
0101: —//— на 7
0110: —//— на 8
0111: —//— на 9
1000: —//— на 10
1001: —//— на 11
1010: —//— на 12
1011: —//— на 13
1100: —//— на 14
1101: —//— на 15
1110: —//— на 16
1111: —//— на 16

Два последних значения соответствуют одинаковому коэффициенту умножения.

PLLXTPRE — Делитель частоты с HSE генератора перед подачей на PLL. Этот бит не может быть изменен, если PLL запущен. При установке в 1 частота HSE будет поделена на 2, если 0, то делитель отключен.

PLLSRC — Источник входной частоты PLL. Не может быть изменен, если PLL запущен.

0: частота HSI генератора поделенная на 2
1: частота HSE генератора. Делитель может быть выбран PLLXTPRE битом.

PPRE2 — Делитель шины APB2 prescaler

0xx: HCLK без деления
100: HCLK / 2
101: HCLK / 4
110: HCLK / 8
111: HCLK / 16

PPRE1 — Делитель шины APB1 prescaler. Частота шины APB1 не должна превышать 36 МГц.

0xx: HCLK без деления
100: HCLK / 2
101: HCLK / 4
110: HCLK / 8
111: HCLK / 16

HPRE — AHB prescaler

0xxx: SYSCLK без деления
1000: SYSCLK / 2
1001: SYSCLK / 4
1010: SYSCLK / 8
1011: SYSCLK / 16
1100: SYSCLK / 64
1101: SYSCLK / 128
1110: SYSCLK / 256
1111: SYSCLK / 512

SWS — Состояние переключателя тактирования системы. Устанавливается аппаратно и указывает на текущий источник тактирования.

00: HSI генератор используется как источник тактирования системы
01: HSE генератор используется как источник тактирования системы
10: PLL используется как источник тактирования системы

SW — Переключатель источника тактирования системы. Изменяется программно для выбора источника SYSCLK. Устанавливается аппаратно для принудительного переключения на HSI генератор переходе в режим Stop или Standby или в случае срыва генерации HSE, который используется в качестве источника SYSCLK (только если активна система CSS)

00: HSI выбран в качестве источника системного тактирования
01: HSE выбран в качестве источника системного тактирования
10: PLL выбран в качестве источника системного тактирования

Коэффициенты

Ранее мы рассмотрели вариант тактирования системы тактирования от HSE генератора через PLL, для удобства скопирую это сюда:

Кварц HSE на 8 МГц
PLLXTPRE: без деления
PLLSRC: HSE генератор
PLLMUL = 9
SW = PLLCLK
AHB Prescaler = 1
APB1 Prescaler = 2
APB2 Prescaler = 1

И картинку тоже: Регистры в CMSIS

Во одной из тем мы учились подключать библиотеку CMSIS к IAR-у, сейчас нам понадобится этот проект, так как мы переходим к практике. Но перед этим немного поговорим о том, как устроено обращение к регистрам периферии в CMSIS.

Каждый экземпляр периферии является структурой, в которой находятся все регистры, относящиеся к данному устройству. Почти во всех случаях имя структуры совпадает с именем периферийного модуля. Для микроконтроллера STM32F103C8 все структуры периферийных модулей объявлены в файле stm32f103xb.h: Рассмотрим, как выполняется обращение к регистрам из программы на Си. Например, нам надо в регистре RCC_CR установить бит HSEON. Это можно сделать одним из следующих способов: или так: Думаю, те, кто раньше программировал для микроконтроллеров AVR увидят в этих записях что-то знакомое. Рассмотрим первый случай: Сначала идет имя периферийного модуля, в нашем случае «RCC». Затем символ «->», после чего имя регистра «CR». RCC_CR_HSEON_Msk представляет собой вот такой #define: где 16 — номер бита HSEON в регистре CR (см. рис. 1). RCC_CR_HSEON_Msk есть ни что иное, как битовая маска, имя которой состоит из названия периферийного модуля, имени регистра и бита, а так же постфикса _Msk. В CMSIS есть еще один #define, который является синонимом RCC_CR_HSEON_Msk: По факту все то же самое, только без _Msk.

Второй случай выглядит аналогичным образом: где То есть, RCC_CR_HSEON_Pos является позицией бита в регистре, о чем говорит постфикс _Pos.

А как быть с параметрами, которые имеют несколько битов? К примеру в регистре CFGR мы хотим установить значение множителя PLL равное девяти, имеющее код 0111 (см. рис. 2 биты PLLMUL). Тут вот такое решение: Первой строчкой мы устанавливаем биты 0, 1 и 2 PLLMUL в единицы, второй строчкой сбрасываем бит 3 в ноль, в итоге получаем 0111. Однако, если мы уверены, что все биты PLLMUL изначально установлены в нули, то вторую строчку мы можем пропустить: А есть и еще один вариант: значение 0111 в десятичном виде является числом 7. Тогда можно сделать вот так: Но и тут надо помнить, что такая запись справедлива только в случае, если изначальное значение всех битов PLLMUL равны нулям.

Настройка

Для правильной настройки системы тактирования в микроконтроллерах STM32 необходимо соблюдать определенную последовательность запуска блоков. Если мы хотим переключить систему с внутреннего RC-генератора на HSE через PLL, то необходимо провести следующие операции вот в таком порядке:

Запустить генератор HSE
Настроить PLL
Запустить PLL
Настроить количество циклов ожидания FLASH
Настроить делители шин
Переключиться на работу от PLL

Так, вроде все понятно, хотя… А что это за 4-й пункт? Что за циклы ожидания FLASH? Вот здесь кроется один неочевидный момент. Дело в том, что FLASH-память микроконтроллера, в которой хранится управляющая программа, может работать на максимальной частоте 24 МГц. Обмен данными с FLASH осуществляется через шину AHB (см. рис. 3). А если частота шины AHB выше 24 МГц, но необходимо ввести циклы ожидания обращений к этой памяти, примем, чем выше частота, тем больше этих циклов надо:

ноль циклов ожидания, если 0 < SYSCLK ≤ 24 MHz
один цикл ожидания, если 24 MHz < SYSCLK ≤ 48 MHz
два цикла ожидания, если 48 MHz < SYSCLK ≤ 72 MHz

Надеюсь, с этим все ясно.

Хочу отметить, что порядок настройки может быть и таким:

Настроить количество циклов ожидания FLASH
Настроить делители шин
Запустить генератор HSE
Настроить PLL
Запустить PLL
Переключиться на работу от PLL

Просто надо помнить, что мы сидим на ветке, которую пилим, и важно все отпилить и подставить в нужной последовательности, чтоб не упасть. В случае с STM32, «упасть» не получится, так как в этих микроконтроллерах реализована аппаратная защита от неправильной последовательности действий: мы не сможем остановить генератор, от которого сейчас работаем или переключиться на источник тактового сигнала, если он еще не запущен. Так что в худшем случае у нас просто ни чего не получится, что то же является не очень приятным.

Итак, поехали! Возьмем за основу проект, который мы создали ранее, когда подключали CMSIS: https://github.com/DiMoonElec/stm32f103c8_empty_project.

Создадим функцию, в которую будем добавлять код инициализации: Первым делом запускаем генератор HSE: После этого нам надо дождаться установки флага HSERDY, который указывает на успешный запуск генератора. Можно это сделать по-простому с помощью цикла while() {}, но тогда мы рискуем зависнуть в нем навсегда, если что-то случится с кварцевым резонатором. Хотелось бы иметь возможность каким-то образом сигнализировать о невозможности запуска. Вот моя реализация: Тут реализован тайм-аут на запуск HSE. Если генератор успел запуститься до возникновения условия if(StartUpCounter > 0x1000), то мы выходим из цикла for() с помощью инструкции break.

Так, HSE запустили. Переходим к настройке PLL: Тут просто настраиваем коэффициент умножения и выбираем источник тактирования PLL. Далее, запускаем PLL: После этого ждем успешного запуска. Тут ожидание реализовано точно так же, как и для HSE: После этого настраиваем FLASH и делители: Ну и торжественный момент переключение на работу от PLL:
Ждем завершения переключения: Поздравляю! Мы запустились от PLL! После этого можно отключить RC-генератор HSI, так как он нам больше не нужен:
Приведу весь код функции переключения на работу от PLL: