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1 第十章时钟

第十章时钟

时钟是同步工作系统的同步节拍。

SOC内部有很多器件，比如CPU，串口，DRAM控制器，GPIO等内部外设，这些参数要彼此协同能力，需要一个同步的时钟系统来指挥。这个就是SOC的时钟系统。

时钟的获取：

外部直接输入时钟信号，soc有引脚用来输入内部时钟信号。
外部晶振+内部时钟信号发生器产生时钟。
外部晶振+内部时钟发生器+内部PLL产生高频时钟+内部分频器分频得到各种频率时钟。

因为SOC内部有很多器件都需要时钟，而且各自需要的时钟频率不一样，没法统一供应。因此设计思路是PLL后先得到一个最高的频率（1Ghz，1.2Ghz），然后外设使用自己的分频器再来分频得到外设需要的始终频率。

时钟和外设编程的关联：

每个外设工作都需要一定频率的时钟，这些时钟都是由时钟系统提供的。时钟系统可以编程控制工作模式，因此我们程序员可以为每个外设指定时钟来源、时钟分频系统、可以制定这个外设的工作时钟。

这一章代码，查看我的github网站: https://github.com/weiqi7777/s5pv210

1、210的时钟域

有3个时钟域：

1) MSYS（主系统）：提供时钟给内核，DRAM控制器(DMC0,DMC1)，3D，内部SRAM(IROM,IRAM)，INTC和配置接口（SPERI）。Cortex-A8只支持同步模式，因为必须工作在同步的200MHZ的AXI总线模式。

2) DSYS(显示系统)：提供时钟给和显示有关的模块，如FIMC,FIMD,JPEG和多媒体IP。也就是和视频显示、编解码等有关的模块。

3) PSYS（外设系统）：提供时钟给安全，I/O外设（SD接口，IIC，串口等），低功耗的音频播放（AC97）。

每种总线工作在200M（最大），166M，133M。两个时钟域间，使用的是异步总线桥（BRG）。

2、210的时钟来源

210的时钟，有多个来源：

2.1 Clocks from clock pads

时钟从时钟管脚上来。以下是提供的时钟管脚。

从图上看出，有4个时钟发生器，RTC，system timer，USB PHY, HDMI PHY。外部的4个时钟，只需要提供XUSBXTI和XRTCXTI两个时钟源就可以让210工作了。

对于X210开发板，外接的是XUSBXTI和XRTCXTI。因此需要将SYSCON中的选择器设置为1，表示选择XUSBXTI作为后面PLL的输入原始时钟源。原始时钟源经过PLL后产生倍频后的高频时钟。高频时钟再经过分频到达芯片个模块上。

2.2 Clocks from cmu

CMU通过外部时钟输入，4个PLL，USB PHY, HDMI PHY产生内部的时钟。

推荐对于4个PLL的输入时钟源频率是24M。

对于210来说，

内核和MSYS时钟域使用APLL（也就是ARMCLK,HCLK_MSYS，和PCLK_MSYS）
DSYS和PSYS时钟域（也就是HCLK_DSYS,HCLK_PSYS,PCLK_DSYS,PCLK_PSYS）和其他的外设时钟（也就是音频IP，SPI等等）使用MPLL和EPLL。
视频时钟使用VPLL

2.3 时钟之间的关系

时钟有以下的一些关系

3个时钟域：

1) MSYS域

ARMCLK： CPU内核工作的时钟，也就是所谓的主频（重要）

HCLK_MSYS: MSYS域的高频时钟，给DMC0和DMC1使用（也很重要）

PCLK_MSYS: MSYS域的低频时钟

HCLK_MSYS: 给IROM,IRAM（合称IMEM）使用

2) DSYS域

HCLK_DSYS : DSYS域的高频时钟

PCLK_DSYS : DSYS域的低频时钟

3) PSYS域

HCLK_PSYS : PSYS域的高频时钟

PCLK_PSYS : DSYS域的低频时钟

SCLK_ONENAND : 提供给ONENAND的时钟

210内部的各个外设都是接在（内部AMBA总线）总线上面的，AMBA总线有一条高频分支叫AXI，有一条低频分支叫APB。上面的各个域都由各自对应的HCLK_XXX和PCLK_XXX，其中HCLK_XXX就是XXX这个域中AXI总线的工作频率；PCLK_XXX就是XXX这个域中APB总线的工作频率。

Soc内部的各个外设其实是挂在总线上工作，也就是说这个外设的时钟来自于他挂载的总线，比如串口UART是挂在PSYS域下的APB总线上，因此串口的时钟来源是PCLK_PSYS。

各时钟默认值（IROM中设置的值）

1) 210刚上电时，默认是外部晶振+内部时钟发生器产生的24MHz的频率的时钟直接给ARMCLK的，这时系统的主频是24MHz，运行非常慢。

2) IROM代码执行第6步中初始化了时钟系统，这时给了系统一个默认推荐运行频率。这个时钟频率是三星推荐的210的工作性能和稳定性最佳的频率

2.4 推荐的时钟运行频率

以下是210的推荐时钟，我们程序开发，最好选择210推荐的时钟设置。

APLL的设置推荐值列表：

MPLL的设置推荐值列表：

EPLL的设置推荐值列表：

VPLL的设置推荐值列表：

3、210的时钟体系框图

时钟体系框图（361页），得到三个时钟域的各个时钟。

从这张图，可以从原始时钟选择->PLL倍频后得到的高频时钟->初次分频得到各总线时钟。

图中灰色的MUX，是毛刺不敏感的，也就是当MUX选择改变后，输出是马上稳定的。而对于白色的MUX，是毛刺敏感的，当MUX选择改变后，输出会产生毛刺，不稳定。

对于白色的MUX，要改变选择的时候，要保证待选择的几个时钟源是运行稳定的，不然的话，输出选择不完全，输出的时钟会出现未知的状态。

白色的MUX有两个，一个由XOM[0]管脚控制，这个我们不用关心，因为这是硬件做好的。另外一个就是MUX_VPLLSRC，这个MUX由CLK_SRC1[28]位决定。而这个默认值是0，也就是选择FIN_PLL，如果要切换该MUX的时钟选择的话，就需要将MUX_VPLLSRC的输出给禁止，然后切换选择，然后再重新使能MUX_VPLLSRC的输出使能。

对于白色的MUX，要改变选择的时候，要使MUX的输出不使能，然后改变MUX的选择，当选择完毕后，再重新使能MUX的输出

步骤：

1) 设置XOM[0]（这个是硬件的一个管脚，在上电的时候，210会读取这个管脚的值，判断外部时钟源是哪一个）为1，使FINpll选择外部时钟XUSBXTI

2) 设置APLL,MOLL,EPLL,VPLL的倍频值

3) 设置FINvpll，使VPLLSRC选择外部时钟XUSBXTI

4) 配置MUX_APLL，MUX_MPLL，MUX_EPLL，MUX_VPLL，使SCLK_APLL选择FOUT_APLL，使SCLK_MPLL选择FOUT_MPLL，使SCLK_EPLL选择FOUT_EPLL，使SCLK_VPLL选择FOUT_VPLL。就是选择PLL的输出时钟为下一级的时钟输入源。

5) 对于MSYS时钟域，设置MOUT_MSYS为0，选择SCLK_APLL，设置DIV_APLL，使ARMCLK的时钟频率为1000M。

6) 根据MSYS时钟域的各个时钟需要，设置DIV_HCLKM（分频系数为5）,DIV_PCLKM（分频系数为2）,DIV_IMEM（分频系数为2）的分频系数，得到MSYS域的时钟，得到的结果就是HCLK_MSYS为200M，PCLK_MSYS为100M，HCLK_IMEM为100M为。

7) 对于DSYS域，设置MOUT_DSYS为0，使DSYS域的时钟来源是SCLK_MPLL。再配置后面的DIVHCLKD和DIVPCLKD的分频系数，得到DSYS域的两个时钟。

8) 对于PSYS域，设置MOUT_PSYS为0，使PSYS域的时钟来源是SCLK_MPLL。再配置后面的分频系数及MOUTFLASH为0就可以得到PSYS域的各个时钟了。

9) 再需要其他时钟，相应配置即可

一些外设所需时钟的生成框图，选择各个外设的时钟源。

各个模块工作的最大时钟

为了系统稳定，设计电路一般不会使用太高频率的晶振（避免高频线间/层间干扰），但是，S5PV210的内核需要的工作频率很高（最高可以达到1G），这种情况下，通常是通过锁相环（PLL）来对外部时钟源进行倍频，然后供内核使用。因此，在210中提供了4个PLL，分别是APLL，MPLL，EPLL，VPLL，通过配置210提供的锁相环控制寄存器可以设置PLL的倍频系数，使内核工作频率达到800M或者1G。需要注意的是PLL设置完成之后并不能立刻稳定的工作，需要一个起振过程，在这段时间内PLL的输出频率很不稳定，因此，ARM core的工作也是很不稳定的，为了解决这个问题，210提供LOCK_TIME（锁定时间）模块（设置相应的LOCK_TIME寄存器可以设定锁定的时间长度），当PLL控制寄存器的值发生改变时，系统会锁定ARM core，锁定时CPU不工作，因此锁定模块会根据LOCK_TIME设定的值进行计时，计时完成后CPU才会继续工作。

因此，在设定PLL前，MUX不能选择PLL的输出作为输入。在设置PLL参数及开启后，CPU会暂停工作，直到PLL锁定时间到达后，CPU继续工作，所以程序中，不用查询PLL是否锁定结束。CPU一旦继续工作，说明PLL锁定结束，就可以切换MUX选择PLL作为输入了。因为PLL后的MUX都是毛刺不敏感的MUX，所以可以直接选择，也不用检测MUX是否选择成功。

还有一个需要注意的是，选通MUX的PLL输入之前，要先设置各个分频器的分频值。