ARM的时钟配置

ARM硬件之时钟

S3C2410 CPU默认的工作主频为12MHz，使用PLL电路可以产生更高的主频供CPU及外围器件使用。S3C2410有两个PLL：MPLL和UPLL，UPLL专用与USB设备。MPLL用于CPU及其他外围器件。

通过MPLL会产生三个部分的时钟频率：FCLK、HCLK、PLCK。FCLK用于CPU核，HCLK用于AHB总线的设备(比如SDRAM)，PCLK用于APB总线的设备(比如UART)。从时钟结构图中可以查看到使用不同时钟频率的硬件。

Figure 7-1. Clock Generator Block Diagram

 

（注：这里要注意从图中看出，Uart使用的是PCLK）

时钟源选择

表7-1描述了模式控制引脚(OM3和OM2)和选择时钟源之间的对应关系。OM[3:2]的状态由OM3和OM2引脚的状态在nRESET(当振荡器(crystal/oscillatto)时钟输出稳定后，nRESET引脚变为高电平)的上升沿锁存得到。 

 注意：1、尽管MPLL在系统复位的时候就开始产生，但是只有有效的设置好MPLLCON寄存器后才能用于系统时钟。在此之前，外部时钟将直接作为系统时钟。即使不需要改变MPLLCON寄存器的初值，也必须将同样的值写入寄存器。

2、当OM[1:0]为11时，OM[3:2]用于决定一种测试模式。

下面介绍MPLL的启动流程：

（注：下面内容部分直接摘录自《s3c2410完全开发流程》，Clock部分写了非常好）

S3c2410 datasheet 224页“Figure 7-4. Power-On Reset Sequence”展示了上电后MPLL启动的过程

 

 

请跟随FCLK的图像了解启动过程：

1、上电几毫秒后，晶振输出稳定，FCLK=晶振频率，nRESET信号恢复高电平后，CPU开始执行指令。

2、我们可以在程序开头启动MPLL，在设置MPLL的几个寄存器后，需要等待一段时间(Lock Time)，MPLL的输出才稳定。在这段时间(Lock Time)内，FCLK停振，CPU停止工作。Lock Time的长短由寄存器LOCKTIME设定。

3、Lock Time之后，MPLL输出正常，CPU工作在新的FCLK下。

 

设置S3c2410的时钟频率就是设置MPLL的几个寄存器：

1、LOCKTIME：设为0x00ffffff

前面说过，MPLL启动后需要等待一段时间(Lock Time)，使得其输出稳定。位[23:12]用于UPLL，位[11:0]用于MPLL。使用确省值0x00ffffff即可（2440为0xffffffff）。

2、CLKDIVN：用来设置FCLK:HCLK:PCLK的比例关系，默认为1:1:1

这里值设为0x03，即FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4

CLKDIVN不同的设置及对应的时钟比例关系如下图：

 

3、MPLLCON：设为(0x5c << 12)|(0x04 << 4)|(0x00)，即0x5c0040

对于MPLLCON寄存器，[19:12]为MDIV，[9:4]为PDIV，[1:0]为SDIV。有如下计算公式：

MPLL(FCLK) = (m * Fin)/(p * 2^s)

其中: m = MDIV + 8, p = PDIV + 2

Fin 即默认输入的时钟频率12MHz。MPLLCON设为0x5c0040，可以计算出FCLK=200MHz，再由CLKDIVN的设置可知：HCLK=100MHz，PCLK=50MHz。

 

 通常我们将如上时钟初始化的过程写成clock_init函数供其他函数调用，代码如下：

void clock_init(void)

{

        /*init clock*/

rLOCKTIME = 0xFFFFFF;

    /*设置FCLK:HCLK:PCLK=1:2:4,这样假设处理器主频为200M,则HCLK为50M,PCLK为25M。ARM920T内核使用FCLK, 内存控制器，LCD控制器等使用HCLK，看门狗、串口等使用PCLK*/

rCLKDIVN  = 0x3;

    /* 设置时钟频率为200M*/

    rMPLLCON = 0x5c0040;

    }

改变2410的PLL频率，具体过程：

1、第一步软件工作： 设置P M S divider control，也就是设置MPLLCON寄存器。

    关于PMS，可以看Figure 7-2.寄存器MPLLCON的设置呢，其实有一定的规则，并非你想要的每个Fclk频率都可以得到。官方推荐了一个表PLL VALUE SELECTION TABLE，要按照这个进行。否则的话，就需要自己按照公式推算，但是mizi公司并不保证你的设置是合适的。所以，如果想要工作在200MHz，还是按照vivi的推荐值即可。

@ step1: set P M S divider control

        mov r1, #CLK_CTL_BASE

         ldr r2, =vMPLLCON_200

        str r2, [r1, #oMPLLCON]

    其中，MDIV=0x5c，PDIV=0x04，SDIV=0x00.公式Mpll（Fclk）=（m×Fin）/（p×(2^s)）【m=MDIV+8, p=PDIV+2,s=SDIV】

    2、第二步软件工作：设置CLKDIVN。

    这一步是设置分频系数，即Fclk为cpu主频，Hclk由Fclk分频得到，Pclk由Hclk分频得到。假设Hclk是Fclk的二分频，Pclk是Hclk的二分频，那么分频系数比就是Fclk：Hclk：Pclk=1：2：4.那么Hclk为100MHz，总线时钟周期为10ns。Pclk为50MHz。

@ step2: change clock divider

        mov r1, #CLK_CTL_BASE

        mov r2, #vCLKDIVN

        str r2, [r1, #oCLKDIVN]

    3、第三步软件工作： CLKDIVN的补充设置

  void ChangeClockDivider(int hdivn,int pdivn)

{

     // hdivn,pdivn FCLK:HCLK:PCLK

     //     0,0         1:1:1

     //     0,1         1:1:2

     //     1,0         1:2:2

     //     1,1         1:2:4

    rCLKDIVN = (hdivn<<1) | pdivn;   

    

    if(hdivn)

        MMU_SetAsyncBusMode();

    else

        MMU_SetFastBusMode();

}

If HDIVN = 1, CPU总线模式必须从快速总线模式转变为同步总线模式，采用以下指令

;void MMU_SetFastBusMode(void)

; FCLK:HCLK= 1:1

  EXPORT MMU_SetFastBusMode

MMU_SetFastBusMode

   mrc  p15,0,r0,c1,c0,0

   bic  r0,r0,#R1_iA:OR:R1_nF

   mcr  p15,0,r0,c1,c0,0

   MOV_PC_LR

If HDIVN=1 and CPU总线模式为快速总线模式时, CPU由HCLK提供. 该特性可以在不改变HCLK and PCLK的前提下把CPU的频率减半.

 

;void MMU_SetAsyncBusMode(void)

; FCLK:HCLK= 1:2

   EXPORT MMU_SetAsyncBusMode

MMU_SetAsyncBusMode

   mrc  p15,0,r0,c1,c0,0

   orr  r0,r0,#R1_nF:OR:R1_iA

   mcr  p15,0,r0,c1,c0,0

   MOV_PC_LR

    4、第四步软件工作：等待locktime时间，让新的Fclk生效

@ step4: stay locktime

        mov r1, #CLK_CTL_BASE

         ldr r2, =vLOCKTIME

        str r2, [r1, #oLOCKTIME]

    6、对外设的影响

    在这个实验中，主要是有两个需要改变，一个外设是UART，一个外设是SDRAM。

    （1）UART，它是接在APB总线上，所以对应的时钟信号为Pclk，现在为50MHz。如果想要设置波特率为115200bps，那么根据公式UBRDIV0=(int)(PCLK/(bps*16))-1计算，应该为26。如果放到程序中，那么应该注意形式。具体如下：

UBRDIV0 = ((int)(PCLK/16./UART_BAUD_RATE) -1);

    （2）SDRAM，主要的影响因素为刷新频率。前面在SDRAM中没有具体分析，现在可以详细说明。使用了两片HY57V561620CT-H，查看手册其刷新频率为8192 refresh cycles/64ms，所以刷新周期64ms/8192＝7.8125us。看寄存器REFRESH的各个位的设置情况：

    ·REFEN[23]：开启自动模式，设为1

    ·TREFMD[22]：设为Auto refresh模式，设为0

    ·Trp[21:20]：看看RAS precharge Time，查看SDRAM手册，发现-H系列此参数至少为20ns，现在Hclk对应的时钟周期为10ns，所以至少应该为2个clock。可以设为00

    ·Tsrc： Semi Row Cycle Time，也就是RAS Cycle Time，至少65ms，所以至少得6.5clock，按照可选值，应该设置为11

    ·Refresh[10:0]：

    公式refresh period = (2^11 - refresh_count +1)/Hclk，由此推导出refresh_count=2^11+1-refresh period*Hclk。带入数值，计算得出1268＝0x04f4，这个数值要用四舍五入，减少误差。

    ·其余的保留值，均设置为0

    由此得出该寄存器的值应该为0x008c04f4。