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本任务要求完成STM32F4开发板（板上连接的外部晶振频率为8 MHz）系统时钟的配置，具体配置要求如下：
● 系统时钟（SYSCLK）配置为168 MHz；
● 高性能总线时钟（HCLK）配置为168 MHz；
● 高速外设总线时钟（PCLK2）配置为84 MHz；
● 低速外设总线时钟（PCLK1）配置为42 MHz。
时钟（Clock）是微控制器的脉搏。在数字系统中，所有部件要正常工作都离不开时钟。时钟之于数字系统，如心跳之于人，其重要性不言而喻。
一般情况下，我们在使用标准外设库进行STM32开发时无须对系统时钟进行配置，原因是STM32开发板上提供的晶振频率基本上都与ST公司官方标准的晶振频率相同。但对于一些特殊的应用场景（如超低功耗），我们可能需要对MCU进行降频，即对系统时钟进行配置。
STM32F4标准外设库为用户提供了复位与时钟控制（Reset and Clock Control，RCC）库，用于系统时钟的配置。
本任务涉及的知识点有：
● STM32F4系列微控制器的时钟源；
● STM32F4系列微控制器中的一些重要的时钟信号概念；
● STM32F4标准外设库中与RCC库配置相关的内容。
与51系列单片机相比，STM32F4的时钟系统更加复杂。由于STM32F4的系统架构复杂，外设种类繁多，且每种外设所需的时钟频率不尽相同，因此系统有多个时钟源。STM32F4的时钟树图标明了各时钟源的信息，如图1-3-1所示。
图1-3-1中的标号
处分别标明了STM32F4的5个时钟源，它们的介绍如下。
（1）高速内部时钟
高速内部时钟（High Speed Internal，HSI）由STM32F4系列微控制器芯片内部的RC振荡器产生，其频率为16MHz，可作为SYSCLK或锁相环（PLL）的时钟源。它位于图1-3-1中标号
所示的位置。
（2）高速外部时钟
高速外部时钟（High Speed External，HSE）由石英振荡器或陶瓷振荡器产生，也可直接使用外部时钟源，其频率范围是4~26MHz，可作为SYSCLK或锁相环（PLL）的时钟源。它位于图1-3-1中标号
所示的位置。
图1-3-1 STM32F4的时钟树图
（3）低速内部时钟
低速内部时钟（Low Speed Internal，LSI）由STM32F4系列微控制器芯片内部的RC振荡器产生，其频率为32kHz，可供独立“看门狗”或实时时钟（RTC）使用。它位于图1-3-1中标号
所示的位置。
（4）低速外部时钟
低速外部时钟（Low Speed External，LSE）一般由频率为32.768kHz的石英振荡器产生，可供独立“看门狗”或实时时钟（RTC）使用。它位于图1-3-1中标号
所示的位置。
（5）锁相环倍频输出
锁相环（Phase Locked Loop，PLL）的主要作用是对其他输入时钟进行倍频，然后把时钟信号输出到各个功能部件。STM32F4系列微控制器有两个PLL，一个是主PLL，另一个是PLLI2S，它们位于图1-3-1中标号
所示的位置。
主PLL的输入可以是HSI或HSE，输出共有两路：一路输出PLLP提供的时钟信号PLLCLK，可作为系统时钟SYSCLK的时钟源，最高频率168MHz；另一路输出PLLQ，可用于生成48MHz的时钟信号PLL48CK，可供给USB OTG FS、随机数发生器和SDIO接口等使用。
PLLI2S用于生成精准时钟PLLI2SCLK，其可供给I2S总线接口以实现高品质音频输出。
图1-3-1中的标号A、B、C、D、E、F处分别标明了STM32F4中几个重要的时钟信号，它们的介绍如下。
（1）SYSCLK
系统时钟（SYSCLK）是STM32大部分器件的时钟源，它经AHB预分频器分频后分配到各个部件，如图1-3-1中标号“A”位置所示。SYSCLK的时钟源可以是HSI、HSE或PLLCLK，具体由时钟配置寄存器（RCC_CFGR）的SW位进行配置。
（2）HCLK
先进的高性能总线（Advanced High-Performance Bus，AHB）时钟（High-Performance Clock，HCLK）由AHB预分频器分频后得到，分频系数可以是1、2、4、8、16、64、128、256、512等，由RCC_CFGR的HPRE位进行配置，一般选择1分频。HCLK供Cortex-M4内核使用，它决定了STM32系列微控制器的运算速度和数据存取速度，一般也称为主频，如图1-3-1中标号“B”位置所示。
（3）SysTick
系统定时器（SysTick）是Cortex-M4内核的一个外设，它是一个24bit的向下递减的计数器，一般用于产生时基信号，如实时操作系统中的系统心跳信号就是由SysTick产生的。SysTick的时钟源一般设置为SYSCLK的1/8，如图1-3-1中标号“C”位置所示。
（4）FCLK
自由运行时钟（Free Running Clock，FCLK）独立于HCLK，它用于采样中断信号以及为调试模块计时。在处理器休眠期间，FCLK可确保采样到中断信号或跟踪到休眠事件，如图1-3-1中标号“D”位置所示。
（5）PCLK1和PCLK2
外设时钟（Peripheral Clock，PCLK）是APB上的时钟信号。STM32F4上有两条APB，分别是低速外设总线（APB1）和高速外设总线（APB2）。APB1上的时钟信号为PCLK1，APB2上的时钟信号为PCLK2。PCLK1和PCLK2由SYSCLK分别经APB1预分频器和APB2预分频器分频后产生，分频系数可以是1、2、4、8、16等。
PCLK1的最大频率为42MHz，它主要为挂载在APB1上的低速外设提供时钟，如USART2、TIM2和TIM3等。
PCLK2的最大频率为84MHz，它主要为挂载在APB2上的高速外设提供时钟，如USART1、TIM1和GPIO等，如图1-3-1中标号“E”位置所示。
（6）TIMxCLK
从图1-3-1中标号“F”位置可以看到，APB预分频器有一路输出接入定时器（Timer）的倍频器。PCLK信号经倍频后作为定时器时钟（TIMxCLK），倍频系数可选1或2，即TIMxCLK=PCLK×1（或2），更详细的配置内容见本书3.1.2节。
本任务要求将系统时钟（SYSCLK）配置为168MHz，而外部晶振（HSE）频率仅为8MHz，因此必须使用主PLL倍频来实现。主PLL的树图如图1-3-2所示，我们需要为主PLL配置以下参数：压控振荡器（VCO）输入时钟分频系数 M 、VCO输出时钟倍频系数 N 、PLLCLK时钟分频系数 P 和48MHz时钟输出的分频系数 Q 。
图1-3-2 主PLL的树图
根据《STM32F4xx中文参考手册》， M 的取值范围为2~63， N 的取值范围192~432， P 的取值为2、4、6、8中的一个， Q 的取值范围为2~15。
从图1-3-1可知，SYSCLK来源于PLLCLK。当HSE为8MHz时，如果要使PLLCLK输出为168MHz，则须配置 M 值为8， N 值为336， P 值为2。计算过程如下所示。
PLLCLK=（8MHz/ M ）×（ N / P ）=1MHz×（336/2）=168MHz
同样地，配置 Q 值为7时，可使PLL48CK输出满足任务要求。计算过程如下所示。
PLL48CK=（8MHz/ M ）×（ N / Q ）=1MHz×（336/7）=48MHz
STM32F4标准外设库的启动文件startup_stm32f40xx.s调用库函数SystemInit()进行系统时钟配置后，进入用户主程序main()函数。startup_stm32f40xx.s文件是用汇编语言实现的，其调用SystemInit库函数的具体实现如图1-3-3所示。
图1-3-3 启动文件调用SystemInit库函数
由于STM32F4标准外设库板载晶振的参数和主PLL的各项参数（ M 、 N 、 P 、 Q ）的默认配置可能与开发者所用的开发板不匹配，因此需要根据开发板硬件配置对标准外设库相关文件进行修改。需要修改的地方有以下几处。
一是开发板晶振频率的配置，此项配置位于stm32f4xx.h文件的第144行。ST公司官方开发板使用的晶振频率为25MHz，如果我们的开发板的板载晶振频率为8MHz，则需要将原有宏定义“#define HSE_VALUE（(uint32_t)25000000）”修改为“#define HSE_VALUE（(uint32_t)8000000）”。
二是主PLL各项参数（ M 、 N 、 P 、 Q ）的配置，它们分别位于system_stm32f4xx.c文件的第371、384、401和403行。如果板载晶振频率为8 MHz，则需要将第371行原有的宏定义“#define PLL_M 25”修改为“#define PLL_M 8”，即将VCO输入时钟分频系数 M 的值由25改为8。其他各项参数（ N 、 P 、 Q ）可根据项目实际需要进行配置。
本任务需要调用与RCC配置相关的库函数以完成系统时钟的配置，这些库函数都包含在stm32f4xx_rcc.c库文件中，因此我们应在工程中添加此文件，如图1-3-4所示。
图1-3-4 为工程添加stm32f4xx_rcc.c库文件
相关准备工作完成以后，我们就可以调用与RCC配置相关的函数进行系统时钟的配置。外部时钟HSE作为时钟源的配置步骤如下。
（1）复位RCC寄存器值为默认值
RCC_DeInit();
（2）开启HSE，并等待其工作稳定
RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
（3）配置AHB、APB2、APB1的预分频系数
RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); // HCLK = SYSCLK / 1（1分频） RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2); // PCLK2 = HCLK / 2 （2分频） RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4); // PCLK1 = HCLK / 4 （4分频）
（4）配置主PLL的参数
RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE, 8, 336, 2, 7);
上述代码片段配置 M =8， N =336， P =2， Q =7。
（5）开启PLL，并等待其工作稳定
RCC_PLLCmd(ENABLE); while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
（6）选择PLLCLK作为SYSCLK的时钟源，并等待其稳定
RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
复制一份任务1.2的工程，修改工程名为“RCC_Configuration”，在工程根目录下新建“SYSTEM”文件夹，并建立子文件夹“sys”，新建“sys.c”和“sys.h”两个文件，在“sys.c”文件中输入以下代码：
1 #include "sys.h"
2
3 /**
4 * @brief 使用外部晶振进行系统时钟的配置
5 * @param M: VCO输入时钟分频系数
6 * @param N: VCO输出时钟倍频系数
7 * @param P: PLLCLK时钟分频系数
8 * @param Q: 48MHz时钟输出的分频系数
9 * @retval None
10 */
11 void HSE_RCC_Configuration(uint16_t M, uint16_t N, uint16_t P, uint16_t Q)
12 {
13 __IO uint32_t HSEStartUpStatus = 0;
14
15 RCC_DeInit();//将RCC寄存器重新设置为默认值
16 RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);//打开HSE，并等待其工作稳定
17 HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();
18 /* HSE启动成功 */
19 if (HSEStartUpStatus == SUCCESS)
20 {
21 RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN; //调压器电压输出级别配置为1
22 PWR->CR |= PWR_CR_VOS; //工作时实现性能和功耗的平衡
23
24 RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); //HCLK = SYSCLK / 1
25 RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div2); //PCLK2 = HCLK / 2
26 RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div4); //PCLK1 = HCLK / 4
27 /* 设置主PLL相关时钟分频系数 */
28 RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE, M, N, P, Q);
29 /* 开启PLL，并等待其工作稳定 */
30 RCC_PLLCmd(ENABLE);
31 while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
32
33 /* 配置FLASH预取值，指令缓存，数据缓存和等待状态 */
34 FLASH->ACR = FLASH_ACR_PRFTEN
35 | FLASH_ACR_ICEN
36 | FLASH_ACR_DCEN
37 | FLASH_ACR_LATENCY_5WS;
38 /* 选择PLLCLK作为SYSCLK的时钟源，并等待其稳定 */
39 RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);
40 while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);
41 }
42 /* 如果HSE启动失败 */
43 else
44 {
45 //TODO 出错处理
46 }
47 }
在“sys.h”文件中输入以下代码：
1 #ifndef __SYS_H 2 #define __SYS_H 3 #include "stm32f4xx.h" 4 5 void HSE_RCC_Configuration(uint16_t M, uint16_t N, uint16_t P, uint16_t Q); 6 #endif
在“main.c”文件中输入以下代码并调用自定义的系统时钟配置函数，编译、下载并观察程序运行情况。如果系统时钟配置成功，可以看到开发板上两个LED同亮同灭，并循环往复。
1 #include "sys.h"
2
3 void Delay(__IO uint32_t nCount);
4
5 int main(void)
6 {
7 /* 调用自定义的系统时钟配置函数 */
8 HSE_RCC_Configuration(8,336,2,7);
9
10 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
11 RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
12 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10;
13 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
14 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
15 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_High_Speed;
16 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
17 GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
18
19 /* 无限循环 */
20 while (1)
21 {
22 GPIO_SetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);
23 Delay(0x7FFFFF);
24 GPIO_ResetBits(GPIOF, GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10);
25 Delay(0x7FFFFF);
26 }
27 }
28
29 /**
30 * @brief 软件延时函数
31 * @param None
32 * @retval None
33 */
34 void Delay(__IO uint32_t nCount)
35 {
36 while(nCount--){}
37 }