目標：
1、了解S3C2440的時鍾體系結構
2、掌握通過設置MPLL改變系統時鍾的方法
一、S3C2440的時鍾體系結構
什么是時鍾體系？
ARM的時鍾系統包括4部分，分為晶體振盪器、喚醒定時器、鎖相環（PLL）和VPB分頻器，是一種電路。
時鍾系統有什么作用？
時鍾是嵌入式系統的脈搏，處理器內核在時鍾驅動下完成指令執行，狀態變換等動作。
外設部件在時鍾的驅動下完成各種工作，比如串口數據的發送、A/D轉換、定時器計數等等。
時鍾體系是怎么運作的？
當系統復位或者處理器從掉電模式喚醒時，“喚醒定時器”要對輸入的時鍾信號做計數延時，使芯片內部的部件有時間進行初始化。
然后Fosc（時鍾源）被PLL（鎖相環/倍頻器）提高到一個符合用戶需要的頻率Fcclk，Fcclk用於CPU內核。因為CPU內核通常比外設部件的工作速度要快，
用戶可以通過設置VPB分頻器，把Fcclk信號降低到一個合適的值Fpclk，該信號用於外設部件。如下圖：
再看看2440的結構圖
由上圖，可知時鍾控制邏輯給整個芯片提供了3種時鍾：
FCLK：幀時鍾，用於CPU核；（如何選擇CPU核的工作時鍾是FCLK還是HCLK？）
HCLK：總線時鍾，用於AHB高速總線上的設備，比如CPU核，存儲器控制器、中斷控制器、LCD控制器等
PCLK：外設時鍾，用於APB總線上的設備，如看門狗，IIS,IIC,PWM,UART,GPIO,SPI,MMC等。
對於2440 外接的晶振僅12MHz, 但CPU核的主頻可以高達400MHz，總線時鍾可以達136MHz, 而外設時鍾可達68MHz，那如何設置才能使不同的時鍾輸出不同的時鍾頻率呢？
通過一些硬件單元來處理，PLL--Phase Locked Loop -- 鎖相環，
2440有兩個鎖相環，MPLL -- Main PLL ，UPLL -- USB PLL，兩者設置方法相同，以MPLL為例。
從芯片手冊上可以看到，時鍾模塊發生框圖：
在該圖的左上角，晶振和一個外部時鍾接在一個選擇器上，這個選擇器通過OM[3:2]的值來決定選擇哪個時鍾源。然后生成的MPLL(Main PLL)和UPLL(USB PLL)，MPLL直接提供給FCLK，通過HDIVN分頻給HCLK，通過PDIVN分頻給PCLK，再傳給下面的各個設備：
那如何設置PLL？
二、PLL的設置過程
1）上電幾毫秒后，晶振（SOC）輸出穩定，FCLK 等於晶振頻率，nRESET信號在電壓穩定后恢復高電平，CPU開始執行指令。
2）在nRESET信號的上升沿，引腳OM[2：3]的電平被內部電路捕獲后，就可以操作PLL。在程序開頭啟動MPLL，設置MPLL相關寄存器后，需要等待一段時間（Lock Time），MPLL輸出才穩定。在Lock Time內，FCLK停振，CPU停止工作。Lock Time由寄存器LOCKTIME設定。
3）Lock Time之后，MPLL輸出正常，CPU工作在新的FCLK下。
三、設置寄存器，調整FCLK： HCLK ： PCLK ，使CPU工作於400MHz的頻率下
調整FCLK： HCLK ： PCLK = 400MHz : 100MHz : 50MHz
—— MPLLCON --FCLK = 400MHz
—— CLKDIVN -- HCLK = FCLK / 4 PCLK = FCLK / 8
(LOCKTIME寄存器使用默認值)
1）時鍾分頻控制寄存器 --- CLKDIVN
不涉及UCLK，[3]取默認值。HCLK 取FCLK/4，[2:1] = 10，且CAMDIVN[9]默認為0。
PCLK = HCLK / 2 = FCLK / 8，故[0] =1
故：CLKDIVN = 0x5；
2）設置MPLLCON，主分頻控制寄存器
先設置MPLLCON，使FCLK=400MHz，
直接查看芯片手冊上的PLL值選擇表
12MHz的晶振，輸出頻率為400MHz時的參數：MDIV=92(0x5c)，PDIV =1, SDIV=1
驗證一下：
m = 92+8=100 , p = 1+2=3 , s = 1
MPLL = (2 * 100 * 12MHz) / (3 * 2^1) = 400MHz
MPLLCON = （92 << 12） | （1 << 4） | （1<<0）
3）設置CPU為異步總線模式
基本設置已經完成，在芯片手冊上還有一些注意事項：
1-- CLKDIVN的值不應該超過HCLK和PCLK的最小值
2-- 若HDIVN不為0，CPU總線模式應該使用以下指令使其從快速總線模式改為異步總線模式（S3C2440不支持同步總線模式）
若HDIVN不為0，並且CPU總線模式為快速總線模式，CPU就會運行在HCLK，由此CPU主頻會為FCLK下的一半或一半多。
其中：#R1_nF:OR:R1_iA 為0xC000 0000
實例：
在實現LED循環點燈的程序上實驗，觀察CPU主頻從12MHz改為400MHz前后的變化
12MHz下：
1 #define __REG(x) (*(volatile unsigned int *)(x)) 2 #define GPFCON __REG(0x56000050) //Port F control 3 #define GPFDAT __REG(0x56000054) //Port F data 4 5 void delay(volatile int d) 6 { 7 while (d--); 8 } 9 10 int main(void) 11 { 12 int val = 0; /* val: 0b000, 0b111 */ 13 int tmp; 14 15 /* 設置GPFCON讓GPF4/5/6配置為輸出引腳 */ 16 GPFCON &= ~((3<<8) | (3<<10) | (3<<12)); 17 GPFCON |= ((1<<8) | (1<<10) | (1<<12)); 18 19 /* 循環點亮 */ 20 while (1) 21 { 22 tmp = ~val; 23 tmp &= 7; 24 GPFDAT &= ~(7<<4); 25 GPFDAT |= (tmp<<4); 26 delay(100000); 27 val++; 28 if (val == 8) 29 val =0; 30 31 } 32 33 return 0; 34 }
1 .text 2 .global _start 3 4 _start: 5 6 /* 關閉看門狗 */ 7 ldr r0, =0x53000000 8 ldr r1, =0 9 str r1, [r0] 10 11 /* 設置內存: sp 棧 */ 12 /* 分辨是nor/nand啟動 13 * 寫0到0地址, 再讀出來 14 * 如果得到0, 表示0地址上的內容被修改了, 它對應ram, 這就是nand啟動 15 * 否則就是nor啟動 16 */ 17 mov r1, #0 18 ldr r0, [r1] /* 讀出原來的值備份 */ 19 str r1, [r1] /* 0->[0] */ 20 ldr r2, [r1] /* r2=[0] */ 21 cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND啟動 */ 22 ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假設是nor啟動 */ 23 moveq sp, #4096 /* nand啟動 */ 24 streq r0, [r1] /* 恢復原來的值 */ 25 26 27 bl main 28 29 halt: 30 b halt 31
1 all: 2 arm-linux-gcc -c -o led.o led.c 3 arm-linux-gcc -c -o start.o start.S 4 arm-linux-ld -Ttext 0 start.o led.o -o led.elf 5 arm-linux-objcopy -O binary -S led.elf led.bin 6 arm-linux-objdump -D led.elf > led.dis 7 clean: 8 rm *.bin *.o *.elf *.dis 9
400MHz下
修改start.s
1 .text 2 .global _start 3 4 _start: 5 6 /* 關閉看門狗 */ 7 ldr r0, =0x53000000 8 ldr r1, =0 9 str r1, [r0] 10 11 /* 設置MPLL, FCLK : HCLK : PCLK = 400MHz : 100MHz : 50MHz */ 12 /* LOCKTIME(0x4C000000) = 0xFFFFFFFF */ 13 ldr r0, =0x4C000000 14 ldr r1, =0xFFFFFFFF 15 str r1, [r0] 16 17 /* CLKDIVN(0x4C000014) = 0X5, tFCLK:tHCLK:tPCLK = 1:4:8 */ 18 ldr r0, =0x4C000014 19 ldr r1, =0x5 20 str r1, [r0] 21 22 /* 設置CPU工作於異步模式 */ 23 mrc p15,0,r0,c1,c0,0 24 orr r0,r0,#0xc0000000 //R1_nF:OR:R1_iA 25 mcr p15,0,r0,c1,c0,0 26 27 /* 設置MPLLCON(0x4C000004) = (92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 28 * m = MDIV+8 = 92+8=100 29 * p = PDIV+2 = 1+2 = 3 30 * s = SDIV = 1 31 * FCLK = 2*m*Fin/(p*2^s) = 2*100*12/(3*2^1)=400M 32 */ 33 ldr r0, =0x4C000004 34 ldr r1, =(92<<12)|(1<<4)|(1<<0) 35 str r1, [r0] 36 37 /* 一旦設置PLL, 就會鎖定lock time直到PLL輸出穩定 38 * 然后CPU工作於新的頻率FCLK 39 */ 40 41 42 43 /* 設置內存: sp 棧 */ 44 /* 分辨是nor/nand啟動 45 * 寫0到0地址, 再讀出來 46 * 如果得到0, 表示0地址上的內容被修改了, 它對應ram, 這就是nand啟動 47 * 否則就是nor啟動 48 */ 49 mov r1, #0 50 ldr r0, [r1] /* 讀出原來的值備份 */ 51 str r1, [r1] /* 0->[0] */ 52 ldr r2, [r1] /* r2=[0] */ 53 cmp r1, r2 /* r1==r2? 如果相等表示是NAND啟動 */ 54 ldr sp, =0x40000000+4096 /* 先假設是nor啟動 */ 55 moveq sp, #4096 /* nand啟動 */ 56 streq r0, [r1] /* 恢復原來的值 */ 57 58 59 bl main 60 61 halt: 62 b halt 63
可以觀察到在提高CPU時鍾頻率后，LED閃爍的頻率比之前快了很多。
參考：