FCLK PCLK HCLK

一、对clock的基本认识

1 s3c2410的clock & power management模块包含三个部分：clock control、usb control、power control。现在的关注点是clock control。

    2、s3c2410有两个pll（phase locked loop，锁相环，在高频中学过，可以实现倍频，s3c2410的高频就是由此电路产生的）。其中一个是MPLL，M即为main，用来产生三种时钟信号：Fclk（给CPU核供给时钟信号，我们所说的s3c2410的cpu主频为200MHz，就是指的这个时钟信号，相应的，1/Fclk即为cpu时钟周期）、Hclk（为AHB bus peripherals供给时钟信号，AHB为advanced high-performance bus）、Pclk（为APB bus peripherals供给时钟信号，APB为advanced peripherals bus）。 在这里，需要了解一下AMBA system architecture了。这个可以到官方网站 www.arm.com 下载相关资料。简单的说，AMBA是一种协议，这种协议已经称为片上组织通信的事实上的标准（the de facto standard for on-chip fabric communication）。下面给出英文描述：

    The AMBA protocol is an open standard, on-chip bus specification that details a stategy for the interconnection and management of functional blocks that makes up a system-on-chip(SoC).It facilitates "right-first-time" development of embedded processors with one or more CPU/signal processors and multiple peripherals. The AMBA protocol enhances a resuable design methodology by defining a common backbone for SoC modules.

    需要知道的是，AMBA总线是ARM提出的一种解决方案，它并非唯一的规范，但是因为ARM的广泛使用，AMBA总线也就成为了事实上的规范了。现在AMBA总线最新为AMBA 3 specification版本，包括AMBA 3 AXI Interface、AMBA 3 AHB Interface、AMBA 3 APB Interface、AMBA 3 ATB Interface。而s3c2410还只能支持AMBA 2 specification，这个版本包含AMBA 2 AHB Interface、AMBA 2 APB Interface。也就是在s3c2410的框图中看到的两种总线接口。需 要注意的是，这两种总线所连的外设是有区别的。AHB总线连接高速外设，低速外设则通过APB总线互连。显然，对不同总线上的外设，应该使用不同的时钟信 号，AHB总线对应Hclk，APB总线对应Pclk。那么事先就应该弄清楚，每条总线对应的外设有那些，这样在设置好时钟信号后，对应外设的初始化的值 就要依此而确定了。

    AHB bus上的外设有LCD controller（CONT代表controller，控制器）、USB Host CONT、ExtMaster、Nand CONT和nand flash boot loader、bus CONT、interrupt CONT、power management、memory CONT（sram/nor/sdram等）。

    APB bus上的外设有UART、USB device、SDI/MMC、Watch Dog Timer、bus CONT、spi、iic、iis、gpio、rtc、adc、timer/pwm。

    3、主时钟源来自外部晶振或者外部时钟。复位后，MPLL虽然默认启动，但是如果不向MPLLCON中写入value，那么外部晶振直接作为系统时钟。 EDUKIT-III的外部晶振有两个，一是用于系统时钟，为12MHz；一个用于RTC，为32.768KHz。以前实验没有向MPLLCON写入数 值，所以系统时钟都是12MHz。从这里也可以发现一个问题，如果外部晶振开始没有焊上，那么系统是无法正常启动的。因为按照上述规则，复位后还没有写入 MPLLCON，这时又没有可以使用的时钟源，所以不会启动。也就是硬件完成后，这个12MHz的晶振是一定要焊上的，才能进行后续的硬件测试工作。

二、clock设置的步骤

    首先应该读懂下一段：

Power- On Reset  ( XTIpll)
Figure 7- 4 shows the clock  behavior during the power- on reset sequence.  The crystal oscillator begins oscillation within several milliseconds.  When nRESET is released after the stabilization of OSC ( XTIpll)  clock ,  the PLL starts to operate according to thedefault  PLL configuration.  However,  PLL is commonly known to be unstable after power- on reset ,  so Fin is fed directly to FCLK instead of the Mpll ( PLL output)  before the software newly configures the PLLCON.  Even if  the user does not  want to change the default  value of PLLCON register  after reset ,  the user shouldwrite  the same value into PLLCON register  by software.


The PLL restarts the lockup sequence toward the new  frequency only after the software configures the PLL with a new  frequency.  FCLK can be configured as PLL output ( Mpll)  immediately after locktime .

    这个主要是基于PLL的特点。简单的描述就是，上电复位后，几个ms后晶振起振。当OSC时钟信号稳定之后，nRESET电平拉高（这是硬件自动检测过 程）。这个时候，PLL开始按照默认的PLL配置开始工作，但是特殊性就在于PLL在上电复位后开始是不稳定的，所以s3c2410设计为把Fin在上电 复位后直接作为Fclk，这是MPLL是不起作用的。如果要想是MPLL起作用，那么方法就是写入MPLLCON寄存器值，然后等待LOCKTIME时间 后，新的Fclk开始工作。下面把这些步骤分来来描述，软件步骤部分结合程序进行。

    1、上电几个ms后，晶振输出稳定。Fclk=晶振频率。nRESET恢复高电平后，cpu开始执行指令，这完全是硬件动作，不需要软件设置。

    2、第一步软件工作： 设置P M S divider control，也就是设置MPLLCON寄存器。

    关于PMS，可以看Figure 7-2.寄存器MPLLCON的设置呢，其实有一定的规则，并非你想要的每个Fclk频率都可以得到。官方推荐了一个表PLL VALUE SELECTION TABLE，要按照这个进行。否则的话，就需要自己按照公式推算，但是mizi公司并不保证你的设置是合适的。所以，如果想要工作在200MHz，还是按照vivi的推荐值即可。

@ step1:  set P M S divider control
        mov  r1,  #CLK_CTL_BASE
         ldr r2,  = vMPLLCON_200
        str  r2,  [ r1,  #oMPLLCON]

    其中，MDIV=0x5c，PDIV=0x04，SDIV=0x00.公式Mpll（Fclk）=（m×Fin）/（p×(2^s)）【m=MDIV+8, p=PDIV+2,s=SDIV】

    3、第二步软件工作： 设置CLKDIVN。

    这一步是设置分频系数，即Fclk为cpu主频，Hclk由Fclk分频得到，Pclk由Hclk分频得到。假设Hclk是Fclk的二分频，Pclk是 Hclk的二分频，那么分频系数比就是Fclk：Hclk：Pclk=1：2：4.那么Hclk为100MHz，总线时钟周期为10ns。Pclk为 50MHz。

@ step2:  change clock divider
        mov  r1,  #CLK_CTL_BASE
        mov  r2,  #vCLKDIVN
        str  r2,  [ r1,  #oCLKDIVN]

    4、第三步软件工作： CLKDIVN的补充设置

  

If  HDIVN =  1,  the CPU bus mode has to be changed from the fast bus mode to the asynchronous bus mode using  following instructions.
MMU_SetAsyncBusMode
        mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0
        orr r0, r0, # R1_nF: OR : R1_iA
        mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0
If  HDIVN= 1 and  the CPU bus mode is the fast bus mode,  the CPU will operate by the HCLK.  This  feature can be used to change the CPU frequency as a half without affecting the HCLK and  PCLK.

    看了上段话，只需要翻译出来就可以了。

@ FCLK: HCLK= 1: 2
. macro  MMU_SetAsyncBusMode
         mrc p15,  0,  r0,  c1,  c0,  0
         orr r0,  r0,  #( R1_iA |  R1_nF)
         mcr p15,  0,  r0,  c1,  c0,  0
. endm
         @ step3:  set asynchronous bus mode
         MMU_SetAsyncBusMode

    5、第四步软件工作：等待locktime时间，让新的Fclk生效

@ step4:  stay locktime 
        mov  r1,  #CLK_CTL_BASE
         ldr r2,  = vLOCKTIME
        str  r2,  [ r1,  #oLOCKTIME]

    6、对外设的影响

    在这个实验中，主要是有两个需要改变，一个外设是UART，一个外设是SDRAM。

    （1）UART，它是接在APB总线上，所以对应的时钟信号为Pclk，现在为50MHz。如果想要设置波特率为115200bps，那么根据公式 UBRDIV0=(int)(PCLK/(bps*16))-1计算，应该为26。如果放到程序中，那么应该注意形式。具体如下：

UBRDIV0 =  ( ( int ) ( PCLK/ 16. / UART_BAUD_RATE)  - 1) ;

    （2）SDRAM，主要的影响因素为刷新频率。前面在SDRAM中没有具体分析，现在可以详细说明。使用了两片HY57V561620CT-H，查看手册其刷新频率为8192 refresh cycles/64ms，所以刷新周期64ms/8192＝7.8125us。看寄存器REFRESH的各个位的设置情况：

    ·REFEN[23]：开启自动模式，设为1

    ·TREFMD[22]：设为Auto refresh模式，设为0

    ·Trp[21:20]：看看RAS precharge Time，查看SDRAM手册，发现-H系列此参数至少为20ns，现在Hclk对应的时钟周期为10ns，所以至少应该为2个clock。可以设为00

    ·Tsrc： Semi Row Cycle Time，也就是RAS Cycle Time，至少65ms，所以至少得6.5clock，按照可选值，应该设置为11

    ·Refresh[10:0]：

    公式refresh period = (2^11 - refresh_count +1)/Hclk，由此推导出refresh_count=2^11+1-refresh period*Hclk。带入数值，计算得出1268＝0x04f4，这个数值要用四舍五入，减少误差。

    ·其余的保留值，均设置为0

    由此得出该寄存器的值应该为0x008c04f4。