STM32（2）：点亮LED（下）

2023-12-14 21:33:03

本文摘自：
https://blog.csdn.net/xiashiwendao/article/details/122292404

概述

点亮LED表面看起来貌似很简单，但是如何想要搞清楚其背后牵涉的每一行代码的具体含义，还是需要花费一些功夫的，而且，只有把LED的背后只是搞清楚了，才算嵌入式开发的基础入门。
今天我们就来研究一下LED的重头戏，RCC_Init；什么是RCC？上手册：

RCC

RCC，Reset and Clock Control，重置以及时钟控制；STM32手册使用了两个章节来对其进行描述，可见它的重要性；对于RCC的初始化也是比较复杂，里面包含了STM32对于时钟的相关机制，

代码总览

void RCC_init(uint16_t PLL)
{
	uint32_t temp=0;  

	*((uint32_t *)RCC_CR) |= 0x00010000; 
	while(!( *((uint32_t *)RCC_CR) >>17));

	*((uint32_t *)RCC_CFGR) = 0X00000400;

	PLL -= 2;
	*((uint32_t *)RCC_CFGR) |= PLL<<18;   

	*((uint32_t *)RCC_CFGR) |= 1<<16;

	*((uint32_t *)FLASH_ACR)|=0x2;
	*((uint32_t *)RCC_CR) |= 0x01000000;
	while(!(*((uint32_t *)RCC_CR) >> 25));

	*((uint32_t *)RCC_CFGR) |= 0x00000002;
	while(temp != 0x02)
	{  
		temp = *((uint32_t *)RCC_CFGR) >> 2;
		temp &= 0x03;
	}   
}

使能HSE

第一行有效代码，是熟悉的味道，前一节我们说过，或运算一般用于设定指定位（而且还不影响其他位）

*((uint32_t *)RCC_CR) |= 0x00010000;

看到了RCC_CR，首先就是翻手册，RCC的章节的RCC_CR章节：

然后查看寄存器内部32位的定义：

0x00010000转换为32bit的二进制：0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000；这里有一个小技巧，就是学会分割来看，手册里面的寄存器的定义一般定义是分为上下两行的；从16进制来看，从左往右，前面4为是负责上面RCC_CFGR的高位16bit，后面4位是对应（二进制）低位16bit，即下面的16bit；对此次而言，低4位都是0，可以不需要care，直接关注高4位即可，其中高4为只有最后一位是有效设置，1对应的四位二进制是0001，即16位设置为1，查看寄存器定义的16位对应的是HSEON位，即使能HSEON。

HSE和时钟

什么是HSEON？需要拆开来看：HSE ON，HSE是High Speed External，外部高速时钟，所以HSEON就是使能外部高速时钟；
为什么要配置HSE呢？因为在硬件系统中，各个部件的工作、协调，都是基于系统时钟的，比如我们通常讲的CPU的速度快慢，就是指CPU的时钟频率，即每秒钟能够工作多少个时钟；

小贴士：

在win10系统中可以看到有两个频率，如下图，分别是1.9GHz以及2.11GHz；其中第一个是Intel提供的标准频率，其实是CPU名字的一部分，第二个频率是win10系统自己计算出来的，很多时候和Intel提供的频率值并不相等；不过两者相差也不会太大。

系统时钟有三个来源，分别是HSE（High Spped External），HSI（High Speed Internal）以及PLLCLK，引入了PLL就是因为很多时候，需要基于系统时钟进行分频倍频，比如有的设备（RAM，DMA）需要比系统时钟快，于是需要通过PLL来进行加倍频率，还有的低俗的设备需要低于系统频率工作，也是通过PLL来进行减速，这样只需要一个系统时钟就可以同时满足高速和低俗设备。

所以PLL的时钟源还是HSE，HSI，不过经过PLL倍频调节输出的时钟称之为PLLCLK；
再回到我们的代码里面，这里配置时钟源就是HSEON（如果需要使用PLL则还需要将PLLx位配置为1）；

确认HSE使能生效

完成了时钟源的配置，下面一步是等待HSEON的配置的生效：

while(!( *((uint32_t *)RCC_CR) >>17));

即第等待第18位（编号17）HSERDY的值变成1，当且仅当配置HSEON生效之后，该位置才会由硬件设置为1，注意在寄存器定义里面HSERDY配置为“r”，这个代表软件层面是无法改变这个bit的值，只能够读取：

然后再查看寄存器定义里面对于这一位的解释，0就是HSEON位设置并未生效，1就是设置已经生效：

等待的过程是使用位运算里面右移“>>"实现的，右移的运算规则里面是低位直接丢弃，例如11111右移4bit，最后结果就是1；这行代码的逻辑意义就是RCC_CR右边17位直接丢弃，即0_{16为抛弃，只是保留了31}18位（注意数字方向，是从左向右逐次减小的，和寄存器定义一致），共计15bit；
又因为上一步骤中通过和0x00010000进行与运算将除了HSEON位之外的位置全部置为“0”了，所以之类RCC_CR右移17位之后，包括HSERDY在内的位全部都是0，只有当HSEON生效之后，HSERDY才是1，即*((uint32_t *)RCC_CR) >>17 = 1，于是此时退出while循环。

配置其他时钟

CR位配置解决了，下面我们看一下CFGR的配置：

*((uint32_t *)RCC_CFGR) = 0X00000400;

看到这里，我觉得我们可以总结一下写寄存器的基本套路：

查看手册相应章节，并了解缩写意义，比如CFGR，全称Clock Configuration Register，时钟配置寄存器：
查看寄存器定义：
查看具体的某一位的定义，比如我们这里设置为0X00000400，4是在后四位，所以重点关注低16bit，即从15 ~ 0bit：0000 0100 0000 0000，发现正好配置的PPRE1，值为100，手册介绍如下：

用来配置APB1的从HCLK中获得时钟的分频系数，二进制100对应的分频系数是2；HCLK是AHB总线的时钟；然后AHB经过AHB-APB桥接将时钟分配到APB1和APB2总线，APB1的总线对应PCLK1，APB2总线对应的PCLK2；这里配置的就是APB1时钟频率的分频值，为HCLK/2；

这里有一个坑，虽然显式的为PCLK1赋值了，但是其实隐式的同时将PCLK2（对应APB2），AHB都赋值了；只不过配置的是0；

比如PPRE2配置为000，对应的就是不分频，或者说分频数为1：

还有HPRE位，配置也是000，对应的不分频，或者说频数为1：

所以CFGR的配置重要的指定了AHB总线以及APB1和APB2总线的分频/倍频数；

设置PLL倍频数

继续看后面的代码，PLL是参数，即倍频数，PLL上面已经介绍了，专门用于接入时钟源然后后对其进行分频倍频再分配给各个总线（下面挂载的设备）：

PLL -= 2;
*((uint32_t *)RCC_CFGR) |= PLL<<18;

那么这里为什么要-2呢？我们先存疑，理解了下一行代码谜底就自然打开了；

PLL值左移18位，左移是位运算，左移+或运算 = 赋值操作，即将PLL值赋给18位起始的后面四位，通过查看寄存器定义可以看到CFGR的18位起始到后面四位是PLLMUL，再查看手册对于PLLMUL的解释：PLL的倍频；不过看一下赋值情况0010（十进制2）对应是4倍频，0011（十进制3）对应的是5倍频，以此类推，就是寄存器的只是和真实的倍频差2，看到这里你就明白了为什么在PLL -=2了：

紧随其后的，可以知道是要给CFGR的第16bit赋值为1：

*((uint32_t *)RCC_CFGR) |= 1<<16;

查看手册，是描述PLL时钟源，1对应是PLL的时钟原始PREDIV1：

时钟树

关于PLLSRC以及PREDIV1他们之间关系在时钟树（Clock Tree）上面有比较明确的关系说明，从下图可以看到作为时钟源最开始是HSE，然后通过时钟被分频后成为了PREDIV1，然后再除以2，获得了PLLSRC：

所以如果PLLMUL的值设置为1，即PLL的时钟源采用内部高速时钟（HSI），最终输出时钟信号在HSI/2即可；
如果值设置为1即采用外部高速时钟（HSE），在经历了分频后输出为PREDIV1（时钟）信号，还需要再分频一下，分频系数为2；

FLASH ARC配置

再看下面的代码就没有那么怕了，直接明白，目的就是要给FLASH的ACR寄存器赋值：

*((uint32_t *)FLASH_ACR)|=0x2;

不过这次要找FLash的ACR似乎并不那么顺利，很难直接从目录中查找到，需要全局搜一下ACR，不过还好，没有让我们搜索太多时间，在3.3.3章节中找到了：

寄存器的定义如下：

关于16进制转2进制补0

这里其实有一个补0问题，就是对于32bit，0x2究竟是0x0000 0002，还是0x2000 0000呢？回归本源，这两种表达形式哪一个是2呢？毫无疑问，是第一个；
所以这里的0x2，切换到32bit二进制表示就是：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0010；可以看到其实有效赋值是LATENCY，位的值是010，查看寄存器定义：

代表了比例，系统时钟比FLASH存取周期的值，010对应的2，即系统时间是Flash的两倍，所以同步的时候，需要做两个周期的延迟用以同步CPU和Flash之间时钟；
为什么需要做此配置呢？首先程序都是存放在FLASH里面，CPU需要从FLASH里面取出执行指令，所以通信之前需要首先同步时钟；那么就需要知道Flash的时钟和系统时钟（CPU时钟）之间的差别；又因为我们配置时钟是72MHz，这里010的时钟范围包含了72MHz；

使能PLL

下面是对于RCC_CR寄存器最后的配置：

*((uint32_t *)RCC_CR) |= 0x01000000;
while(!(*((uint32_t *)RCC_CR) >> 25));

还是套路：拆解0x0100 0000，只有高16位有有效值，低16位全零；高16位转换为2进制之后值为：0000 0001 0000 0000，所以我们看到对应操作的是PLLON位，PLLON位说明如下：

写入1则代表打开PLL，上面我们做了关于PLL的倍频的配置，PLL时钟源的配置，都是需要在PLL使能之后才会生效，在嵌入式开发中，所有的配置都是基于设备/ 组件使能的前提下才会配置生效；
至于while语句和上面配置HSE使能的语句的等待READY的功效是一致的；可以通过查看寄存器定义，25位是PLLRDY，while循环就是等待这一位置为1，是否需要担心其他位有1从而影响循环判断？大可不必，因为31~26都是Reserved，必然为0，唯一的有效位就是PLLRDY位。
可以看到在RCC初始化的代码中，每次配置一个使能都是需要通过while循环来确认配置成功了；

配置PLLCLK为系统时钟

最后一部分代码，让RCC_CFGR与0x00000002做或运算：

*((uint32_t *)RCC_CFGR) |= 0x00000002;
while(temp != 0x02)
{  
		temp = *((uint32_t *)RCC_CFGR) >> 2;
		temp &= 0x03;
}

有效为发生在低16位，0000 0000 0000 0010，有效配置位是最后两位，即SW位（Switch，切换系统时钟之意），解释如下，可以看到10代表使用PLL的输出（PLLCLK）作为系统时钟：

之后的while语句则是轮训查看使能配置是否生效；注意这里的使能生效并没有采用上面单句while循环的方式，而是采用赋值方式来进行的，就是因为会有其他位配置会影响判断；
首先看一下SWS位说明：

赋值判断的方式也是非常巧妙，首先是RCC_CFGR右移（>>)2位，挤掉了SW位，现在SWS（Switch Status）位在最后面，然后将其和0x03进行与运算，与运算的目的就是：0位清零，1位保留原值（或运算目的：0位维持原值不变，1位用于置1）。

所以，和temp进行与运算0x03的其实是30bit数（最后两位已经通过右移2位挤掉了）：0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 11，所以就是要取用SWS的位的值，当返回值为“10”的时候，即0x02，代表PLL已经被设置为系统时钟，说明RCC_CFGR的配置已经生效。

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