[科普中國]-主時鐘

定義

主時鐘是用于控制其他時鐘頻率的時鐘，是產(chǎn)生準(zhǔn)確定時信號用以控制其他時鐘及可能還有設(shè)備的時鐘。這種時鐘的長期頻率偏差應(yīng)該小于，在國內(nèi)數(shù)字網(wǎng)中，在由單一參考時鐘控制所有時鐘以取得完全同步網(wǎng)的情形，這個控制時鐘一般稱為主時鐘，在具有兩個以上參考時鐘的完全同步網(wǎng)，其間通過國內(nèi)鏈路互相同步的情形，其中應(yīng)有一參考時鐘的精度和穩(wěn)定度最高，作為主控時鐘，安裝在某一數(shù)字交換中心作為網(wǎng)的頻率控制中心。1

主時鐘可由以下來源得到：（1）一個外部產(chǎn)生的時鐘信號；（2）帶有外部連接晶體的片內(nèi)振蕩器；（3）一個內(nèi)片PLL或頻率合成器，它由外部時鐘信號產(chǎn)生一個主時鐘。DSP處理器的主時鐘通常以100MHz或更高速率產(chǎn)生時鐘信號。2

最佳主時鐘算法最佳主時鐘算法（Best Master Clock，BMC）指明了一種方法，該方法使得本地時鐘能夠決定它所能看到的所有時鐘，包括自身，哪一個時鐘是最好的。該算法獨立于每個PTP端口，在端口選擇出比較好的時鐘之后，又將這些較好的時鐘進(jìn)行比較，最后確定出一個最好的時鐘，指定它作為系統(tǒng)中的最佳主時鐘。3

最佳主時鐘算法由兩個部分組成，數(shù)據(jù)集比較算法和狀態(tài)決定算法。其中，數(shù)據(jù)集比較算法計算一個二元關(guān)系數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集分別和兩個時鐘端口相關(guān)聯(lián)。其中的某個數(shù)據(jù)集可能代表本地時鐘的缺省特性，而另一個則是建立在接收到的同步報文中所包含的信息的基礎(chǔ)上。狀態(tài)決定算法的作用時根據(jù)被選擇出來的主時鐘的數(shù)據(jù)集來更新本地的數(shù)據(jù)集以及更新每個時鐘的PTP狀態(tài)。3

系統(tǒng)主時鐘組成單元系統(tǒng)主時鐘比較復(fù)雜，主要有以下三部分組成單元

（1）有兩個振蕩器：內(nèi)部8MHz的高速RC振蕩器HSI和外部高速振蕩器HSE；

（2）有三個時鐘源：HIS、HSE和鎖相環(huán)PLL；

（3）有一個倍頻器PLLMUL和一個AHB分頻器。

這些單元為系統(tǒng)提供了很寬范圍內(nèi)的選擇的可能性。4

時鐘源的選擇內(nèi)部8MHz的高速RC振蕩器HSI在上電復(fù)位后自動打開，但精度不高，在要求不高的場合可以直接使用。如果精度不能滿足要求，則可以使用外部4~16MHz的外部振蕩器（晶振）。4

外部高速振蕩器HSE打開的方法如下：

（1）打開/關(guān)斷高速外部振蕩器使用RCC_CR寄存器中的HSEON位；

（2）判斷外部高速振蕩器是否一進(jìn)就緒，使用RCC_CR寄存器中的HSERDY位；

（3）使能高速外部振蕩器中斷，使用RCC_CIR寄存器中的HSERDYIE位；

（4）高速外部振蕩器中斷標(biāo)志位HSERDYF在RCC_CIR寄存器中；

（5）高速外部振蕩器中斷清除位HSERDYC在RCC_CIR寄存器中。

內(nèi)部高速RC振蕩器HIS在上電復(fù)位后自動打開，但如果系統(tǒng)使用HSE作為時鐘源，HIS也可以關(guān)閉（只是為了低功耗，也可以不關(guān)閉）。事實上，HIS的設(shè)置方法也和HSE一樣：

（1）打開/關(guān)斷高速內(nèi)部振蕩器使用RCC_CR寄存器中的HSION位；

（2）判斷內(nèi)部高速振蕩器是否一進(jìn)就緒，使用RCC_CR寄存器中的HSIRDY位；

（3）使能高速內(nèi)部振蕩器中斷，使用RCC_CIR寄存器中的HSIERDYIE位；

（4）高速內(nèi)部振蕩器中斷標(biāo)志位HSIRDYF在RCC_CIR寄存器中；

（5）高速內(nèi)部振蕩器中斷清除位HSIRDYC在RCC_CIR寄存器中。4

內(nèi)部高速振蕩器因為精度較低，所以系統(tǒng)設(shè)計了一套校準(zhǔn)方法：高速內(nèi)部時鐘校準(zhǔn)，使用時鐘控制寄存器RCC_CR中的HSITRIM位域。4

鎖相環(huán)鎖相環(huán)PLL在上電復(fù)位后是關(guān)閉的，如果使用的話需要打開。第一步是選擇一個關(guān)于HSE的PLL入口信號，在這個入口PLLXTPRE處有兩個HSE的時鐘源：一個是HSE，另一個是二頻分的HSE。設(shè)置PLLTPRE的方法如下：二分頻HSE將RCC_CFGR寄存器中的PLLXTPRE位置1，不分頻則清零（默認(rèn)狀態(tài)）。

通過這個入口之后時鐘振蕩源進(jìn)入PLL時鐘源選擇器PLLSRC，該選擇器主要選擇使用哪一個振蕩器作為時鐘源。從HIS進(jìn)來的信號是一個二分頻的信號。該選擇器設(shè)置方法如下：設(shè)置PLLSRC使用RCC_CFGR寄存器中的PLLSRC位域。4

上電復(fù)位后，這個PLLSRC=0，選擇二分頻的內(nèi)部RC振蕩器HIS作為時鐘源。經(jīng)過該選擇器之后，時鐘信號進(jìn)入PLL倍頻器PLLMUL，倍頻器可以把輸入時鐘進(jìn)行2~6倍倍頻，選擇范圍比較寬。該倍頻器沒有 （不倍頻）的選擇，因為如果不希望倍頻，可以使時鐘源不通過PLLSRC選擇器。PLLMUL的使用方法如下：設(shè)置PLLMUL使用RCC_CFGR寄存器中的PLLMUL位域。該PLLMUL共有15種選擇。4

如果以上都設(shè)置完畢，PLL還不能運行，還需要打開PLL和進(jìn)行以下設(shè)置：

（1）打開/關(guān)斷PLL，用RCC_CR寄存器中的PLLON位；

（2）判斷PLL是否已經(jīng)就緒，使用RCC_CR寄存器中的PLLRDY位；

（3）使能PLL中斷，使用RCC_CIR寄存器中的PLLRDYIE位；

（4）PLL中斷標(biāo)志位PLLRDYF在RCC_CIR寄存器中；

（5）PLL中斷清除位PLLRDYC在RCC_CIR寄存器中。

通過以上設(shè)置過程可以打開時鐘鎖相環(huán)PLL，也可以使PLL中斷。4

USB時鐘從倍頻器出來的時鐘信號經(jīng)過一個USB分頻器直接輸出到USB接口。要求其輸出時鐘是48MHz。分頻使用方法如下：設(shè)置USB分頻器使用RCC-CFGR寄存器中的USBPRE位。

USB分頻器只有不分頻或1/1.5分頻兩種選擇。4

時鐘選擇開關(guān)SW和AHB分頻器共有三個時鐘源進(jìn)入時鐘切換開關(guān)，SW。分別是來自HSI和HSE的不分頻時鐘以及來自PLL的時鐘。切換開關(guān)SW選擇其中的一個，方法如下：

（1）設(shè)置SW時鐘切換開關(guān)，使用時鐘配置寄存器RCC-CFGR中的SW域；

（2）觀察時鐘切換開關(guān)SW的狀態(tài)，使用RCC-CFGR中的SWS域；

從SW出去的時鐘稱為系統(tǒng)時鐘，最大可以達(dá)到72MHz。該系統(tǒng)時鐘供給系統(tǒng)，作為整個系統(tǒng)的時鐘源。系統(tǒng)時鐘首先驅(qū)動總線AHB時還可以再分頻，即經(jīng)過AHB分頻器。AHB分頻器使用方法如下：

（1）設(shè)置AHB分頻器使用時鐘配置寄存器RCC-CFGR中的HPRE域；

（2）AHB分頻有9種選擇，從1分頻到512分頻，可選范圍非常大。經(jīng)過這個選擇器后，時鐘進(jìn)入AHB總線系統(tǒng)。4

三個時鐘開關(guān)三個時鐘開關(guān)與內(nèi)部存儲器有關(guān)。進(jìn)入AHB的時鐘信號，在進(jìn)入存儲器和DMA之前還有三個開關(guān)，它們是Flash存儲器時鐘開關(guān)、SRAM時鐘開關(guān)和DMA時鐘開關(guān)。前兩個開關(guān)只和睡眠模式有關(guān)。

（1）睡眠模式時，打開/關(guān)斷Flash存儲器時鐘，使用RCC-AHBENR寄存器中的FLITF位；

（2）睡眠模式時，打開/關(guān)斷SRAM存儲器時鐘，使用RCC-AHBENR寄存器中的SRAMEN位；

（3）打開/關(guān)斷DMA時鐘，使用RCC-AHBENR寄存器中的DMAEN位。4

時鐘控制寄存器和時鐘中斷寄存器時鐘控制寄存器（RCC-CR）可以打開/關(guān)斷振蕩器和時鐘。寄存器的地址是0x4002 1000，復(fù)位值是0000 0083。

時鐘中斷寄存器（RCC-CIR）可以設(shè)置時鐘中斷，寄存器的地址是0x4002 1008，復(fù)位值是0000 0000。4