痞子衡嵌入式:浅谈i.MXRT1xxx系列MCU时钟相关功能引脚的作用


  大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是i.MXRT1xxx系列MCU时钟相关功能引脚作用

  如果我们从一颗 MCU 芯片的引脚分类来看芯片功能,大概可以分为三大类:电源、时钟、外设功能。作为嵌入式开发者,大部分时候关注得都是外设功能引脚,而对于时钟相关引脚往往不太在意,其实有些时候利用时钟功能引脚也能助你定位问题。今天痞子衡就带你梳理一下 i.MXRT1xxx 系列的时钟系统以及相关功能引脚:

一、时钟系统简介

  目前 i.MXRT1xxx 系列主要分为 i.MXRT10xx 和 i.MXRT11xx 两大分支。这两个分支的时钟系统设计是有一些差异的,不过总体来说,架构差别不大,我们以如下 i.MXRT1170 的时钟架构为例来具体介绍。

  在时钟系统架构图里我们能看到有五大组件:OSC_PLL、CCM、LPCG、GPC、SRC,其中最核心的功能在前两个,OSC_PLL 主要负责产生时钟,CCM 主要用于分配时钟。

二、关于时钟源头

  上一节里我们知道 OSC_PLL 模块负责所有时钟的生成,但那些时钟并不是凭空产生的,也是需要源头的。这个源头既可以来自芯片内部,也可以来自外部引脚输入。

  先说芯片内部的 RC OSC,在芯片设计时,为了保证在没有外部时钟/晶振输入的情况下,芯片也能工作,所以内部集成了一些振荡器/振荡电路(RC Oscillator),32KHz 和 24MHz(48MHz) 是标配,部分型号上还有 16MHz、400MHz,不过这些内部振荡器精度有限(有可能误差20%),适用芯片低速运行场合。

  • Note: 芯片默认上电的初始时钟源配置,才最终决定外部晶振是否能被真正去掉。如果默认选择的就是外部晶振,那么必须要保留晶振,只能在芯片起来之后再切换时钟源到内部 RC OSC。

  如果是芯片高速运行的场合(或者对精度要求高的场合),那一定需要使用外接高精度振荡器,包含从 XTALI/XTALO 引脚进来的 24MHz OSC,以及从 RTC_XTALI/RTC_XTALO 引脚进来的 32.768KHz OSC,这两个外部时钟源是由 OSC_PLL 大模块内部的 XTALOSC 小模块负责管理的,XTALOSC 模块优先检测外部是否有 32.768KHz / 24MHz OSC 存在,如果存在则用外部源,如果不存在则启用内部 32KHz / 24MHz RC OSC 源。

  24MHz OSC(内部或者外部源)是 OSC_PLL 内部 PLL 的主要时钟源,有了基准的 24MHz 时钟,PLL 就能将其倍频得到想要的高频时钟,芯片内部 PLL 有很多个,大部分 PLL 都只是输出固定原始频率时钟,少部分含 PFD 功能的 PLL(一般是 System PLL)可以调节原始频率输出。除了 24MHz OSC 外,PLL 也可以接受来自 CLK1_P/CLK1_N 引脚输入的源。

1. 对于 i.MXRT10xx 系列,PLL 时钟源选择在 CCM_ANALOG->PLL_xxx[BYPASS_CLK_SRC] 位
2. 对于 i.MXRT11xx 系列,PLL 时钟源由 Set Point 设置
时钟源输入 i.MXRT1011 i.MXRT1015/102x i.MXRT105x/106x i.MXRT11xx
(116x/117x/118x)
i.MXRT118x
XTALI
XTALO
LQFP80 - 37,38 LQFP100 - 46,47
LQFP144 - 67,68
BGA196 - N11,P11 BGA289 - U16,T16 BGA144 - M9,L9
RTC_XTALI
RTC_XTALO
LQFP80 - 27,28 LQFP100 - 36,37
LQFP144 - 57,58
BGA196 - N9,P9 BGA289 - T13,U13 BGA144 - M7,L7
CLK1_P
CLK1_N
N/A N/A BGA196 - N13,P13 BGA289 - U15,T15 BGA144 - M11,L11

三、关于时钟输出

  前面讲了 32KHz / 24MHz OSC 是比较重要的时钟源头,它的精度对系统性能有很大影响,因此我们需要有一种方法实测这两个时钟的精度,芯片设计时特意在一些 I/O 引脚复用功能里做了 REF_CLK_24M / REF_CLK_32K 选项,当 I/O 配置为该功能时,便可用示波器量得具体时钟频率。

  我们知道 CCM 模块负责 OSC_PLL 输出的时钟资源的分配,芯片里所有外设的具体时钟源指定以及分频系数、开关控制均由 CCM 来完成。如果你想观测某 PLL 最终输出或者常用外设时钟源最终配置,也可以通过指定 I/O 输出观测,即下面的 CCM_CLKO1 / CCM_CLKO2 复用功能选项。当然 CCM_CLKOx 不仅仅用于观测频率,也可以用于给外部芯片提供时钟源。

1. 对于 i.MXRT10xx 系列,CCM_CLKOx 时钟输出控制在 CCM->CCOSR 寄存器
2. 对于 i.MXRT11xx 系列,CCM_CLKOx 时钟输出控制在最后两个 CCM->CLOCK_ROOT_CONTROL 寄存器
时钟信号输出 i.MXRT1011 i.MXRT1015/102x i.MXRT105x/106x i.MXRT116x/117x i.MXRT118x
REF_CLK_24M GPIO_AD_14 GPIO_AD_B0_01
GPIO_AD_B0_03
GPIO_AD_B0_13
GPIO_AD_14 N/A
REF_CLK_32K GPIO_AD_07 GPIO_AD_B0_00 GPIO_AD_13 N/A
CCM_CLKO1 GPIO_SD_02 GPIO_SD_B1_02 GPIO_SD_B0_04 GPIO_EMC_B1_40 GPIO_EMC_B2_02
GPIO_SD_B1_00
CCM_CLKO2 GPIO_SD_01 GPIO_SD_B1_03 GPIO_SD_B0_05 GPIO_EMC_B1_41 GPIO_EMC_B2_08
GPIO_SD_B1_01

  总结一下,时钟功能引脚尤其是输出引脚对于确认时钟频率具有重要意义,如果你的应用严重依赖时钟精度,遇到问题时不妨先检查一下时钟频率的准确性以及精度。

  至此,i.MXRT1xxx系列MCU时钟相关功能引脚作用痞子衡便介绍完毕了,掌声在哪里~~~

欢迎订阅

文章会同时发布到我的 博客园主页CSDN主页知乎主页微信公众号 平台上。

微信搜索"痞子衡嵌入式"或者扫描下面二维码,就可以在手机上第一时间看了哦。

posted @ 2022-05-08 17:11  痞子衡  阅读(930)  评论(0编辑  收藏  举报