Tiny210 U-BOOT(二)----配置时钟频率基本原理

U-BOOT在启动的过程中，需要配置系统时钟。 配置系统时钟，大概是以下几个步骤：

（1）设置系统PLL锁定时间
（2）配置PLL
（3）配置各模块分频系数
（4）切换到PLL时钟

1.基本原理
首先输出一个高电平，然后，通过三个晶振，输出一个频率，然后，通过倍频器（锁相环），将频率升高，然后，再通过分频，把分出来的不同的频率，提供给不同的器件，比如ARM Cotrex内核、各种设备控制器等等。

Tiny210(S5PV210)上蓝色的框标注的就是晶振的位置，最上面的是27MHz，中间和下面两颗是24MHz，顺便讲一下另外几片东西，最左边的四片是内存DDR2-800，这表示数据传输频率为800MHz，外部时钟频率200MHz，内部时钟频率为100MHz；下面的黄色框是NAND FLASH，外部时钟频率133MHz。

倍频的原理：

下图就是上电后的XXTI输出的频率变化图(XXTI引脚见P361的系统时钟流程图最左边的XXTI引脚，XXTI的详细介绍见P354的Figure 3-2 S5PV210 Top-Level Clocks)，频率从小变到指定频率需要一段时间(图中标红框的部分)，当CPU频率在变化的时候，比如由复位后的初始的400HZ，我要升到1000HZ, 这时，首先把CPU的频率锁定，因这此时CPU的频率是变化的，频率变化，CPU的状态就无法确定，所以，此时用PLL--phase-locked loop锁相环，将CPU频率锁定一段时间，直到我的频率输出稳定为止。芯片手册上显示APLL默认的设置时间为30us（30毫秒）。

 

锁定频率后，此时，应该设置一个倍频因子，在ARM手册中去查表10.2，P,M,S, 设置对应的位的值，然后，将频率提升，比如从晶振输出的24HZ，抬升到1000Hz（S5PV210的CPU旁边有三个晶振，两个24Hz, 一个27Hz）。

 

 

分频的原理：

设置不同的位，比如，设置某一位为0，那么，分频时，原来频率比如为1000HZ，那么频率就被分为1000/1=1000Hz, 这样就可以分给ARMCLK使用。

2.开始分析

 

S5PV210的Clock分为三个domain，意思是三个区域-- MSYS,DSYS,PSYS，这三个区域分别都是AMBA总线，AMBA总线分为AHB和APB两种总线(这是不严格的分法，仅仅是便于理解)，每种总线都有不同的时钟频率，AHB--HCLK/APB--PCLK

那么MSYS,DSYS,PSYS 最少有6个时钟(实际上不止6个)，分别为HCLK_MSYS/PCLK_MSYS、HCLK_DSYS/PCLK_DSYS、HCLK_PSYS/PCLK_PSYS，再外加一个CPU要用的时钟ARMCLK，总共7个时钟频率。MSYS,DSYS,PSYS分别管理不同的设备，为不同的设备提供不同的频率。

再往下翻，这些不同设备的频率是如何产生的呢？由图可知最后，总共有13个CLK提供出来。

由上图可知，通过XOM[0]产生频率，然后在APLL升频，然后在分频1时，有一个两级分频，然后，在分频2又有一个8级分频，最后，就可以输出一个频率，提供给S5PV210的ARM芯片使用，P356页查到常用的CLK值，这里我们的S5PV210的ARMCLK为1000MHz。

那么，在硬件上是如何实现的呢？

观察：

开发板上晶振有三颗，两个24Hz,一个27Hz。( 晶振，全名晶体振荡器，成份石英(二氧化硅)，晶振用于通过 压电效应给CPU提出振荡频率，再通过别的电路，将例如正弦曲线波转换成方波，相当于CPU的起搏器，有了晶振，CPU才有频率输出)。

CPU输出比如24Hz频率后，此时，就需要把频率放大了(否则CPU才24Hz的频率能干吗呢？)，在频率放大的过程中，首先需要考虑的一个问题就是---- phase-locked loop锁相环。简单的说，比如复位后，CPU默认工作频率在400Hz，现在需要升到1000Hz工作，那么从400-->1000Hz需要一个过程，假设为时间t1，在t1这段时间内，CPU的频率是变化的，那么CPU的状态就是不稳定的，此时，就需要把频率锁定，设置锁定时间，直到CPU稳定的输出频率。

CPU第一次启动时，PLL有一个默认的初始值，芯片手册找到P522页，找到默认的初始频率：

• APLL: M=200, P=6, S=1 FOUT = (MDIV X FIN )/ (PDIV X 2(SDIV-1))) = 800MHz 
• MPLL: M=667, P=12, S=1 FOUT = (MDIV X FIN) / (PDIV X 2SDIV) = 667MHz 
• EPLL: M=80, P=3, S=3, K=0 FOUT = ((MDIV+KDIV) X FIN) / (PDIV X 2SDIV) = 80MHz 

由上图查出可知，ARMCLK的默认频率为400MHz

1) 查看芯片手册的P356页，查出总共有以下几种由CMU输出的时钟

有四种PLLs(APLL,MPLL,EPLL,HPLL)，还包括USB_OTG PHY clock。

To generate internal clocks, the following components are used.

• APLL uses FINPLL (refer to Figure 3-1) as input to generate 30MHz ~ 1GHz.

• MPLL uses FINPLL as input to generate 50MHz ~ 2GHz.

• EPLL uses FINPLL as input to generate 10MHz ~ 600MHz.

• VPLL uses FINPLL or SCLK_HDMI27M as input to generate 10MHz ~ 600MHz. This PLL generates 54MHz video clock.

• USB OTG PHY uses XUSBXTI to generate 30MHz and 48MHz

• HDMI PHY uses XUSBXTI or XHDMIXTI to generate 54MHz

常用的APLL/MPLL/EPLL/VPLL是干什么的呢？P448页

• APLL: used to generate ARM clock

• MPLL: used to generate system bus clock and several special clocks

• EPLL: used to generate several special clocks

• VPLL: used to generate Video clocks. Usually, generates 54 MHz.

2)先查看APLL PMS的倍频表

P357 S5PV210_UM_REV1.1.pdf -- Table 3-1. APLL PMS Value 

查看芯片手册，设置P/M/S的bit，可以将频率拉升到我们想要的频率。

那么我们要设置升高频，翻看手册，P371页，找到PLL CONTROL REGISTERS。

• (APLL_LOCK, R/W, Address = 0xE010_0000)

• (MPLL_LOCK, R/W, Address = 0xE010_0008)

• (EPLL_LOCK, R/W, Address = 0xE010_0010)

• (VPLL_LOCK, R/W, Address = 0xE010_0020) 

由芯片手册上显示APLL的lock time是30us，如果是晶振输出的频率是24MHZ，lock time是30毫秒，那么PLL_LOCKTIME是720，也就是 0x2D0。OK，下一篇开始结合u-boot的源码来分析如何配置系统时钟。