HPM6750系列--第十篇时钟系统

一、目的

上一篇中《HPM6750系列--第九篇 GPIO详解（基本操作）》我们讲解了HPM6750 GPIO相关内容，在进一步讲解其他外设功能之前我们有必要先讲解一下HPM6750的时钟系统。

时钟可以说是微控制器系统中的心脏，片上外设模块必须依赖时钟才能正常工作。

二、介绍

首先我们先看一下整个系统的时钟框图。

1.时钟系统

整个时钟系统由三部分组成，分别为外部时钟输入、时钟源和功能时钟组成，系统中不同电源域的片上模块使用不同的功能时钟。

如上图所示，电池备份域使用CLK_32K时钟源，XTAL32K 和 RC32K 共同构成 CLK_32K 时钟源。当 XTAL32K 频率稳定时，CLK_32K 来自 XTAL32K 的输出时钟。当 XTAL32K 尚未稳定或没有外接 32K 晶振时，CLK_32K 来自 RC32K 的输出时钟。两个时钟之间的切换自动进行。

电源管理域使用CLK_24M时钟源，XTAL24M 和 RC24M 共同构成 CLK_24M 时钟源。当 XTAL24M 使能并频率稳定时，CLK_24M 来自 XTAL24M 的输出时钟，当 XTAL24M 关闭或尚未稳定时，CLK_24M 来自 RC24M 的输出时钟。两个时钟之间的切换自动进行。

系统电源域还有五组PLL作为时钟源，PLL自身使用XTAL24M作为参考时钟输入。

功能时钟在多个时钟源中进行选择(八选一)，并且每个功能时钟的默认频率都预先设定。

选择好时钟源之后，每个功能时钟还可以单独设置分频系数。

例如上图中CLK_TOP_HART0功能时钟作为CPU0核心时钟，其选择PLL0CLK0作为时钟源，然后再次二分频，PLL0CLK0的默认输出频率为648MHz，故CPU0的时钟为324MHz。

针对ADC和I2S模块存在一个二级时钟选择模块，可以从多个功能时钟中选择，这样的好处是多个ADC模块间可以同步、多个I2S模块间也可以同步。

2.直接使用时钟源的模块

3.资源节点

在系统电源域中，各种能够被开启或关闭的节点称为资源节点 (resource)，包括各功能模块、功能时钟、子系统电源和复位、时钟源等。

下游的资源节点 ENET0 的正常工作依赖于 CLK_TOP_ENET0 􏰁供接口时钟，依赖于CLK_TOP_AXI 􏰁供总线时钟，还需要其所在的 CONN 子系统处于非复位状态且电源开关打开。

简言之，功能时钟也是作为资源节点被统一管理，如果要使用某个模块，那么这个模块的时钟就必须打开，也可以通过设置自动打开。

关于资源节点更加详细的内容请参考官方文档中描述。涉及到的内容较多，此处就不再一一说明。

4.PLL设置

锁相环支持整数分频和小数分频的工作模式。

5.sdk中的时钟定义

#define RESOURCE_INVALID (0xFFFFU)/* Clock NAME related Macros */
#define MAKE_CLOCK_NAME(resource, src_type, node) (((uint32_t)(resource) << 16) | ((uint32_t)(src_type) << 8) | ((uint32_t)node))
#define GET_CLK_SRC_GROUP_FROM_NAME(name) (((uint32_t)(name) >> 8) & 0xFFUL)
#define GET_CLK_NODE_FROM_NAME(name) ((uint32_t)(name)&0xFFUL)
#define GET_CLK_RESOURCE_FROM_NAME(name) ((uint32_t)(name) >> 16)typedef enum _clock_name {clock_cpu0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_cpu0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_cpu0),clock_cpu1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_cpu1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_cpu1),clock_mchtmr0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mchtmr0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_mchtmr0),clock_mchtmr1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mchtmr1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_mchtmr1),clock_axi0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_axis, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_axi0),clock_axi1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_axic, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_axi1),clock_axi2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_axiv, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_axi2),clock_ahb = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ahbp, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ahb0),clock_femc = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_femc, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_femc),clock_xpi0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_xpi0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_xpi0),clock_xpi1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_xpi1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_xpi1),clock_gptmr0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr0),clock_gptmr1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr1),clock_gptmr2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr2, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr2),clock_gptmr3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr3, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr3),clock_gptmr4 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr4, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr4),clock_gptmr5 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr5, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr5),clock_gptmr6 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr6, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr6),clock_gptmr7 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gptmr7, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_gptmr7),clock_uart0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart0),clock_uart1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart1),clock_uart2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart2, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart2),clock_uart3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart3, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart3),clock_uart4 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart4, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart4),clock_uart5 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart5, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart5),clock_uart6 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart6, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart6),clock_uart7 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart7, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart7),clock_uart8 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart8, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart8),clock_uart9 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uart9, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uart9),clock_uart10 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uarta, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uarta),clock_uart11 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uartb, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uartb),clock_uart12 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uartc, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uartc),clock_uart13 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uartd, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uartd),clock_uart14 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uarte, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uarte),clock_uart15 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_uartf, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_uartf),clock_i2c0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2c0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_i2c0),clock_i2c1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2c1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_i2c1),clock_i2c2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2c2, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_i2c2),clock_i2c3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2c3, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_i2c3),clock_spi0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_spi0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_spi0),clock_spi1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_spi1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_spi1),clock_spi2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_spi2, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_spi2),clock_spi3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_spi3, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_spi3),clock_can0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_can0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_can0),clock_can1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_can1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_can1),clock_can2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_can2, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_can2),clock_can3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_can3, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_can3),clock_display = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_dis0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_dis0),clock_sdxc0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_sdxc0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_sdxc0),clock_sdxc1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_sdxc1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_sdxc1),clock_camera0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_cam0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_cam0),clock_camera1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_cam1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_cam1),clock_ntmr0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ntmr0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ntmr0),clock_ntmr1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ntmr1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ntmr1),clock_ptpc = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ptpc, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ptpc),clock_ref0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ref0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ref0),clock_ref1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ref1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ref1),clock_watchdog0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_wdg0, CLK_SRC_GROUP_WDG, 0),clock_watchdog1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_wdg1, CLK_SRC_GROUP_WDG, 1),clock_watchdog2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_wdg2, CLK_SRC_GROUP_WDG, 2),clock_watchdog3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_wdg3, CLK_SRC_GROUP_WDG, 3),clock_puart = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_PMIC, 0),clock_pwdg = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_PWDG, 0),clock_eth0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_eth0, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_eth0),clock_eth1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_eth1, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_eth1),clock_ptp0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ptp0),clock_ptp1 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ptp1),clock_sdp = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_sdp0, CLK_SRC_GROUP_AXI0, 0),clock_xdma = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_dma1, CLK_SRC_GROUP_AXI0, 1),clock_rom = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_rom0, CLK_SRC_GROUP_AXI0, 2),clock_ram0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ram0, CLK_SRC_GROUP_AXI0, 3),clock_ram1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_ram1, CLK_SRC_GROUP_AXI0, 4),clock_usb0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_usb0, CLK_SRC_GROUP_AXI1, 0),clock_usb1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_usb1, CLK_SRC_GROUP_AXI1, 1),clock_jpeg = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_jpeg, CLK_SRC_GROUP_AXI2, 0),clock_pdma = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_pdma, CLK_SRC_GROUP_AXI2, 1),clock_kman = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_kman, CLK_SRC_GROUP_AHB, 0),clock_gpio = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_gpio, CLK_SRC_GROUP_AHB, 1),clock_mbx0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mbx0, CLK_SRC_GROUP_AHB, 2),clock_mbx1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mbx1, CLK_SRC_GROUP_AHB, 3),clock_hdma = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_dma0, CLK_SRC_GROUP_AHB, 4),clock_rng = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_rng0, CLK_SRC_GROUP_AHB, 5),clock_mot0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mot0, CLK_SRC_GROUP_AHB, 6),clock_mot1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mot1, CLK_SRC_GROUP_AHB, 7),clock_mot2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mot2, CLK_SRC_GROUP_AHB, 8),clock_mot3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_mot3, CLK_SRC_GROUP_AHB, 9),clock_acmp = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_acmp, CLK_SRC_GROUP_AHB, 10),clock_pdm = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2spdm0, CLK_SRC_GROUP_AHB, 11),clock_dao = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2sdao, CLK_SRC_GROUP_AHB, 12),clock_msyn = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_msyn, CLK_SRC_GROUP_AHB, 12),clock_lmm0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_lmm0, CLK_SRC_GROUP_CPU0, 0),clock_lmm1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_lmm1, CLK_SRC_GROUP_CPU1, 0),/* For ADC, there are 2-stage clock source and divider configuration */clock_ana0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ana0),clock_ana1 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ana1),clock_ana2 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_ana2),clock_adc0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_adc0, CLK_SRC_GROUP_ADC, 0),clock_adc1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_adc1, CLK_SRC_GROUP_ADC, 1),clock_adc2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_adc2, CLK_SRC_GROUP_ADC, 2),clock_adc3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_adc3, CLK_SRC_GROUP_ADC, 3),/* For I2S, there are 2-stage clock source and divider configuration */clock_aud0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_aud0),clock_aud1 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_aud1),clock_aud2 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_COMMON, clock_node_aud2),clock_i2s0 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2s0, CLK_SRC_GROUP_I2S, 0),clock_i2s1 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2s1, CLK_SRC_GROUP_I2S, 1),clock_i2s2 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2s2, CLK_SRC_GROUP_I2S, 2),clock_i2s3 = MAKE_CLOCK_NAME(sysctl_resource_i2s3, CLK_SRC_GROUP_I2S, 3),/* Clock sources */clk_osc0clk0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 0),clk_pll0clk0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 1),clk_pll1clk0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 2),clk_pll1clk1 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 3),clk_pll2clk0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 4),clk_pll2clk1 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 5),clk_pll3clk0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 6),clk_pll4clk0 = MAKE_CLOCK_NAME(RESOURCE_INVALID, CLK_SRC_GROUP_SRC, 7),
} clock_name_t;

clock_name_t是hpm-sdk中关于各个时钟的定义，每个时钟枚举值由三部分组成，分别为该时钟对应的资源名称、时钟组、时钟节点。

系统定义了如下时钟组：

/*** @brief Clock source group definitions*/
#define CLK_SRC_GROUP_COMMON (0U)
#define CLK_SRC_GROUP_ADC (1U)
#define CLK_SRC_GROUP_I2S (2U)
#define CLK_SRC_GROUP_WDG (3U)
#define CLK_SRC_GROUP_PMIC (4U)
#define CLK_SRC_GROUP_AHB (5U)
#define CLK_SRC_GROUP_AXI0 (6U)
#define CLK_SRC_GROUP_AXI1 (7U)
#define CLK_SRC_GROUP_AXI2 (8U)
#define CLK_SRC_GROUP_CPU0 (9U)
#define CLK_SRC_GROUP_CPU1 (10U)
#define CLK_SRC_GROUP_SRC (11U)
#define CLK_SRC_GROUP_PWDG    (12U)
#define CLK_SRC_GROUP_INVALID (15U)

例如CLK_SRC_GROUP_COMMON代表通用组，CLK_SRC_GROUP_ADC代表ADC模块的时钟组，CLK_SRC_GROUP_SRC代表时钟源组，CLK_SRC_GROUP_CPU0代表CPU0时钟组。

clk_pll1clk1时钟代表CLK_SRC_GROUP_SRC组下面的第3个节点。

clock_get_frequency函数会根据具体的时钟名字，先获取其所属组和节点值，然后调用特定组里面的函数获取节点的时钟频率。

三、实战

vscode打开hello_world工程进入调试模式并定位到board_init_clock函数

cd ~/workspace/work/hpm/hello_world
code .

下面我们以core_cpu0讲解时钟内容。

clock_cpu0需要时钟源clk_top_cpu0在sysctrl->resource[clk_top_cpu0]寄存器中的信息，各个字段含义如下：

clock_cpu0属于系统资源sysctl_resource_cpu0下CLK_SRC_GROUP_COMMON组clock_node_cpu0节点。

通过clock_get_frequency函数可以获取功能节点的时钟组为CLK_SRC_GROUP_COMMON的时钟信息。

get_frequency_for_ip_in_common_group函数获取CLK_SRC_GROUP_COMMON组内的模块的时钟。

①获取节点clock_node_cpu0

②获取时钟分频系数DIV=1（2分频）

③获取时钟源索引MUX=1（八选一），选择了clock_source_pll0_clk0，也就是pll0作为时钟源。

获取PLL0的输出频率

PLLCTL_SOC_PLL_REFCLK_FREQ=24MHz

fbdiv=0x1b(27)

refdiv=0x1(1)

pos_div = 0x1

Fout = 24M / 1 * 27 / 1 = 648MHz，也就是说PLL0CLK0输出频率为648MHz，我们对功能时钟又进行了DIV=1（二分频），故CPU0时钟等于324MH。

至此，关于HPM6750的时钟系统的基本知识点就讲解完毕，关于资源节点的自动开启、硬件控制等知识点需自行钻研。