【复旦微FM33 MCU 外设开发指南】系统篇——时钟

前言

本系列基于复旦微FM33系列单片机的DataSheet编写，旨在提供一些开发指南。
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【复旦微FM33 MCU 外设开发指南】总集篇

本文章最后更新日期：2024/08/04

时钟源

系统所有用到的时钟都是以下时钟源产生的。

1. 高频RC振荡器RCHF（RC High Frequency）

RCHF可选的时钟频率为8MHz/16MHz/24MHz，全温区最大偏差±1%。
RCHF在上电后即为8MHz的时钟频率，用于MCU完成初始化操作。

2. 中频RC振荡器RCMF（RC Middle Frequency）

RCMF的时钟频率为4MHz，全温区最大偏差±3%。

3. 低功耗RC振荡器LPOSC（Low Power OSC）

LPOSC的时钟频率为32kHz，在-40℃最大偏差-6%，在85℃偏差最大4%。

4. 低频晶体振荡器XTLF（Crystal Low Frequency）

对于英文缩写，我认为应该是因为XT和Crystal的发音很像，所以就用XT代替Crystal（晶振）了。
XTLF只有在有外接晶振的情况下才有时钟，其性能应该就是取决于外部晶振。
XTLF具有停振检测电路，详见DataSheet第12章——停振检测（FDET）

5. 高频晶体振荡器XTHF（Crystal High Frequency）

XTHF只有在有外接晶振的情况下才有时钟，其性能应该就是取决于外部晶振。
XTHF具有停振检测电路，详见DataSheet第12章——停振检测（FDET）

DataSheet中关于外接晶振的描述在第34章——I/O端口

重点：注意事项

1. 时钟校准（RCHF/RCMF/LPOSC）

由于每颗芯片的差异，实际的时钟频率和设定的时钟频率有一定的差异，向调校寄存器中写入校准值可以在一定范围内调整时钟频率。
校准值的读取
MCU在出厂前，测试仪会测试MCU的时钟频率，并将校准值写入Flash中供用户读取。
需要注意32bit的校验值中，高16位和低16位分别保存校准值和反码校验字，在使用前应做正反码校验。

校准值的写入
由于RCHF上电即为8MHz的频率，MCU会自动读取8MHz的时钟校准值并写入寄存器中。
但如果切换其它频率的时钟，就需要我们自己读取相应频率的时钟校准值，并写入调校寄存器中了。
（显然，当你从16MHz的时钟频率切换到8MHz时，也要重新读取8MHz的时钟校准值写入）

2. 稳定性（RCHF/RCMF/LPOSC/XTLF/XTHF）

以RCHF为例，DataSheet上写明，RCHF可以最高配置为24MHz
（其实RCHF应该可以配置为更高的时钟频率，但Flash中没有保存其校准值）
我们可以将高频率的RCHF作为系统时钟并提供给APB总线上挂载的各种外设

使用内置RC振荡器应该注意：
1.更高频率的RCHF的稳定性将变差。如常温下8MHz的RCHF频率偏差为0.16MHz，而24MHz的RCHF频率偏差为0.48MHz
（即偏差的百分比固定，频率越高偏差越大）
2.高频率的RCHF高低温性能将变差。8MHz的RCHF全温区偏差为±1%，而24MHz的RC HF全温区偏差为±3%
3.相比RCMF，RCHF有更好的全温区性能。RCHF为±1%，而RCMF为±3%

显然在大部分的应用场景中可能不差这一点时钟偏差，但系统时钟的偏差将直接影响APB总线时钟，如果你是用定时器高精度的采集脉冲信号宽度的话，那就需要注意这些方面的影响了。一旦MCU放入量产产品中，其在各种工况下的稳定性就十分重要了。

因此在系统时钟要求频率很高，或稳定性要求高的时候：
1.使用内置时钟，用8MHz的RCHF，分频给PLL并等待其锁定后，将PLL作为系统时钟（PLL的高低温稳定性更好）。
2.使用外接晶振，外接晶振的高低温稳定性更好，但要注意其起振时间慢，可能需要200ms。

3. 起振时间

外置晶振
前面提到外置晶振其稳定性更好，但晶振的起振时间较长，实测下来要200ms以上。
起振时间和晶体振荡电路的振荡强度有关，FM33提供了XTHF的振荡强度配置寄存器RCC_XTHFCR
但注意不是振荡强度越强，起振时间越短的，在振荡强度和晶振匹配时，起振时间是最短的。

RC振荡器
文档没有写RCHF的起振时间（有可能是因为上电后RCHF就自动启动，所以这个参数没什么意义？）
RCMF的起振时间为10us。
LPOSC的起振时间为50——100us。

PLL
前面已经讲过在高频的系统时钟应用中，应该使用PLL。
PLL接收到时钟输入后，是需要等待一段时间才能建立稳定的时钟输出的，DataSheet典型值为65us。
因此软件必须在配置和启动PLL后，等待PLL锁定后，才可以将PLL配置为系统时钟。

如果没有等待锁定就配置为系统时钟，就很容易产生一些莫名其妙的错误
1.在启动PLL和切换系统时钟中间的语句执行时间较长，长于锁定时间，那么就没什么问题
2. 把初始化阶段的系统时钟频率变高，导致同样的程序执行之间变短，短与锁定时间，那很有可能进入硬件错误中断了

4. FLASH读写等待周期

在系统时钟频率很高时，必须按照手册要求配置FLS_RDCR寄存器配置FLASH读写等待周期。

如果没有配置正确的FLASH读写等待周期，就很容易产生一些莫名其妙的错误
1.程序在这块板子上好好的，换一块板子跑不起来了
2.程序本来好好的，填了几句话崩掉了，断点还打不上

5. 外设时钟频率

各个外设有其上限的工作频率。以SPI为例，其最高工作频率为16MHz。
SPI外设挂载在APB总线上，而APB时钟来源于系统时钟。

例：当系统时钟为64MHz时：
1.APBCLK使用不分频的系统时钟，就必须将SPI的工作时钟预分频为4分频或更高分频。
2.APBCLK使用4分频的系统时钟，SPI工作时钟可以不分频或配置为更高的预分频。

应用Tips

1. 通过FOUT引脚输出时钟

当配置好时钟后要确定其是否正常工作，可以通过两个引脚（PB12/PD1）来输出时钟信号。
FOUT引脚要想工作，必须配置GPIO寄存器GPIO->FOUTSEL
（配置GPIO寄存器之前要使能GPIO时钟，他在RCC->PCLKCR1中的PAD_PCE寄存器使能）

通过FOUT引脚输出时钟后，就可以用示波器观察其时钟频率了~

2. 快速的初始化

在MCU上电后，并不是马上进入main()函数的。
启动文件告诉我们，系统上电复位后，在main函数之前先取SystemInit()函数的指针并跳转。
因此对一些要求初始化时间很短的场合，可以在SystemInit()函数中将默认的8MHz RCHF系统时钟更改为更高频率的时钟源。
以获取更快的初始化代码运行速度。

时钟相关的寄存器

1. 时钟管理单元

2. 总线与存储单元

这里是配置Flash的读等待周期的寄存器。