S3C2440芯片的时钟体系结构

从零开始写一个简单的bootloader（1）

 

下图是S3C2440芯片的整体架构图：

其中，

AHB BUS为高速设备的总线，H即为high的意思。

APB BUS为低速设备的总线，P为英文单词peripheral（外围设备）。

不同的总线，挂载在上面的设备运行的频率肯定是不一样的，在我们这款S3C2440芯片中：

Fclk就是CPU的运行频率，最高可达400MHz

Hclk为高速设备的运行频率，最高可达136MHz

Pclk为低速设备的运行频率，最高可达68MHz

那么这三种时钟频率是怎么得到的，他们又是什么关系呢？

        S3C2440这款芯片的时钟源为一个12M的晶振，再配合PLL（锁相环）就可以获得相应的频率。这里我们不对PLL的工作原理做详细，有兴趣的可以自查（好吧，我承认我不会）。下面给出一个时钟频率生成的结构图：

图中有些名词我们先解释一下：

1. OSC是晶振的意思
2. OM为选择器，可以设置它选择不同的时钟源                                                        其中，OM[3:2]的设置可以获得不同的时钟来源，晶振（crystal）或者外部的时钟源（EXTCLK）
3. MPLL：main PLL
4. UPLL：USB PLL（用于usb设备）

上面的时钟频率生成图虽然看起来画了很多的东西，但是我们可以总结为一个简单的流程，就是：

 

晶振 ->  MPLL  -> FCLK  -> CPU

      |            |

      |            |(HDIV) -> HCLK ->AHB总线->nand flash控制器、

      |            |

      |            |(PDIV)->PCLK ->APB总线->I2C、GPIO、SPI等

      |

      | -> UPLL -> USB  

 

        我们可以得到，Fclk是由晶振和MPLL得到的，而Fclk是用于CPU运行的频率。Fclk再经过分频器（HDIV和PDIV）之后就可以得到Hclk和Pclk。

        下面我大概说明一下获得Fclk的一个过程：

当power变成高电平，也就是上电后：

1. 复位引脚nRESET先维持一段时间（n代表低电平有效），等各种状态稳定后，才被拉高

2. 上电后初始阶段，FCLK=晶振频率

3. nRESET被拉高后，CPU开始运行，PLL锁存OM[3:2]的值

4. 在lock time期间，CPU停止运行。PLL开始工作

5. Lock time后，FCLK等于PLL输出的新时钟，CPU也开始工作

       到这里，我们就大概知道这三种频率是怎么来的，以及他们的关系是什么样的了。虽然原理讲了一大堆，但是在实际的编程中，也就是设置一些寄存器的工作，了解原理只是为了我们更好的读懂芯片手册并设置寄存器。

       这里我们举个例子，看一下怎么去设置寄存器，得到我们想要的时钟频率。假如我们想得到的时钟频率比是：

                                             FCLK:HCLK:PCLK = 400MHz : 100MHz : 50MHz

（1）

时钟频率比为1:4:8，所以我们要设置CLKDIVN寄存器为b0101=0x5（默认CAMDIVN[9]=0）

（2）

由芯片给出的Fclk计算公式是：

Mpll就是我们要求的Fclk，Fin是晶振的频率12MHz，那么MDIV、PDIV和SDIV的值怎么得到呢？我们看下面的表格可以看出来，要得到12MHz的输入和400MHz的输出时，MDIV=92, PDIV=SDIV=1。那么MOLLCON寄存器的值就是(92<<12) | (1<<4) | (1<<0)

（3）

至于locktime的设置，我们用默认值就好了（一般不确定怎么设置的时候。用默认值就好了）

 

根据上面的三个步骤，我们汇总一下可以到下面的代码：

/* 2.设置时钟 */
	/*设置MPLL， FCLK:HCLK:PCLK = 400MHz : 100MHz : 50MHz*/
	/*为了保险先初始化一下locktime*/
	ldr r0, =0x4C000000
	ldr r1, =0xFFFFFFFF
	str r1, [r0]

	/*设置CLKDVIN:
	  *HDIVN[2:1] :    10  -  HCLK=FCLK/4
	  *PDVIN[0]    :     1   -   PCLK=HCLK/2
	  */
	ldr r0, =0x4C000014
	ldr r1, =0x5
	str r1, [r0]

	/*设置CPU为异步模式*/
	mrc p15,0,r0,c1,c0,0
	orr r0,r0,#0xc0000000  //R1_nF:OR:R1_iA 
	mcr p15,0,r0,c1,c0,0

	/*
	  *Mpll = (2 * m * Fin) / (p * 2S) 
	  *m = (MDIV + 8), p = (PDIV + 2), s = SDIV
	  *当Fin=12MHz，若要 Mpll=400MHz，则有MDIV=92, PDIV=SDIV=1
	  */
	ldr r0, =0x4C000004
	ldr r1, =(92<<12) | (1<<4) | (1<<0)
	str r1, [r0]

	/*一旦设置了PLL，就会锁定locktime直到PLL输出稳定
	  *然后CPU工作于新的频率
	  */