怎么打开无线网络开关:S3C2440系统时钟

S3C2440系统时钟

MINI2440开发板在没有开启时钟前，整个开发板全靠一个12MHz的晶振提供频率来运行，也就是说CPU，内存，UART等需要用到时钟频率的硬件都工作12MHz下，而S3C2440A可以正常工作在400MHz下，两者速度相差可想而知，就好比牛车和动车。如果CPU工作在12MHz频率下，开发板的使用效率非常低，所有依赖系统时钟工作的硬件，其工作效率也很低，比如，我们电脑里面经常提到的超频，超频就是让CPU工作在更高的频率下，让电脑运算速度更快，虽然频率是越高越好，但是由于硬件特性决定了任何一个设备都不可能无止境的超频，电脑超频时要考虑到CPU或主板发热过大，烧坏的危险，同样开发板的主板上的外设和CPU也有一个频率限度，ARM920T内核的S3C2440的最高正常工作频率如下：
l   FCLK：400MHz
l   HCLK：100MHz
l   PCLK：50MHz
既然如此，那么怎样让CPU工作在400MHz，让牛车速度提高到动车的速度呢？
在对系统时钟进行提速之前，让我们先来了解下S3C2440上的工作时钟频率，FCLK，HCLK，PCLK，其中FCLK主要为ARM920T内核提供工作频率，如图2-44所示：

图2-44  ARM920T内核结构
HCLK主要为S3C2440 AHB总线（Advanced High performance Bus）上挂接硬件提供工作频率，AHB总线主要挂接有内存，NAND，LCD控制器等硬件，如图2-45所示：

图2-45 S3C2440 AHB总线上挂接硬件
PCLK主要为APB总线提供工作频率，由图2-46所示，APB总线主要挂接UART串口，Watchdog等硬件控制器。

图2-46 S3C2440 APB总线挂接硬件
也就是说，对于一些需要时钟工作的硬件，如果切断其时钟源 ，就不会再工作，从而达到降低功耗的目的，这也是便携嵌入式设备里的一个特点。
时钟源：为了减少外界环境对开发板电磁干扰，降低制作成本，通常开发板的外部晶振时钟频率都很低，MINI2440开发板由12MHz的晶振来提供时钟源，要想让CPU运行在更高的频率就要通过时钟控制逻辑单元PLL（锁相环）来提高主频。
S3C2440里有两个PLL：MPLL和UPLL，MPLL用来产生FCLK，HCLK，PCLK的高频工作时钟，UPLL用来为USB提供工作频率。

图2-47系统时钟初始化时序
开发板上电后，晶振OSC开始提供晶振时钟，由于系统刚刚上电，电压信号等都还不稳定，这时复位信号（nRESET）拉低，这时MPLL虽然默认启动，但是如果不向MPLLCON中写入值，那么外部晶振则直接作为系统时钟FCLK，过几毫秒后，复位信号上拉，CPU开始取指运行，这时可以通过代码设置启动MPLL，MPLL启动需要一定锁定时间（LockTime），这是因为MPLL输出频率还没有稳定，在这期间FCLK都停止输出，CPU停止工作，过了LockTime后时钟稳定输出，CPU工作在新设置的频率下，这时可以通过设置FCLK，HCLK和PCLK三者的频率比例来产生不同总线上需要的不同频率，下面详细介绍开启MPLL的过程：
l  设置LockTime变频锁定时间
l  设置FCLK与晶振输入频率（Fin）的倍数
l  设置FCLK，HCLK，PCLK三者之间的比例
LockTime变频锁定时间由LOCKTIME寄存器（见下表）来设置，由于变频后开发板所有依赖时钟工作的硬件都需要一小段调整时间，该时间计数通过设置LOCKTIME寄存器[31:16]来设置UPLL（USB时钟锁相环）调整时间，通过设置LOCKTIME寄存器 [15:0]设置MPLL调整时间，这两个调整时间数值一般用其默认值即可。
表2-8变频锁定时间寄存器(LOCKTIME)
寄存器名
地址
是否读写
描述
复位默认值
LOCKTIME
0x4C000000
R/W
变频锁定时间寄存器
0xFFFFFFFF
LOCKTIME
位
描述
初始值
U_TIME
[31:16]
UPLL对UCLK的锁定时间值
(U_TIME:300us)
0xFFFF
M_TIME
[15:0]
MPLL对于FCLK，HCLK，PCLK的锁定时间值(M_TIME:300us)
0xFFFF
FCLK与Fin的倍数通过MPLLCON寄存器设置，三者之前有以下关系：
MPLL(FCLK) = (2*m*Fin)/(p*2^s)
其中：m = MDIV + 8, p = PDIV + 2, s = SDIV
当设置完MPLL之后，就会自动进入LockTime变频锁定期间，LockTime之后，MPLL输出稳定时钟频率。
表2-9 MPLL配置寄存器(MPLLCON)
寄存器名
地址
是否读写
描述
复位默认值
MPLLCON
0x4C000004
R/W
MPLL配置寄存器
0x00096030
MPLLCON
位
描述
初始值
MDIV
[19:12]
主分频器控制位
0x96
PDIV
[9:4]
预分频器控制位
0x03
SDIV
[1:0]
后分频器控制位
0x0
通过上述算法比较难以找到合适的PLL值，下表给出了官方推荐的一些MPLL参考设置：
表2-10 官方推荐MPLL

FCLK，HCLK，PCLK三者之间的比例通过CLKDIVN寄存器进行设置，S3C2440时钟设置时，还要额外设置CAMDIVN寄存器，如下表，HCLK4_HALF，HCLK3_HALF分别与CAMDIVN[9:8]对应，下表列出了各种时钟比例：
表2-11 FCLK HCLK PCLK设置比例

如果HDIV设置为非0，CPU的总线模式要进行改变，默认情况下FCLK = HCLK，CPU工作在fast bus mode快速总线模式下，HDIV设置为非0后， FCLK与HCLK不再相等，要将CPU改为asynchronous bus mod异步总线模式，可以通过下面的嵌入汇编代码实现：
__asm{
mrc p15, 0, r1, c1, c0, 0         /* 读取CP15 C1寄存器 */
orr r1, r1, #0xc0000000         /* 设置CPU总线模式 */
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0         /* 写回CP15 C1寄存器 */
}
关于mrc与mcr指令，请查看MMU与内存保护的实现章节。
表2-12时钟分频器控制寄存器（CLKDIVN）
寄存器名
地址
是否读写
描述
复位默认值
CLKDIVN
0x4C000014
R/W
时钟分频器控制寄存器
0x00000000
CLKDIVN
位
描述
初始值
DIV_UPLL
[3]
UCLK选择寄存器（UCLK必须对USB提供48MHz）
0:UCLK=UPLL clock
1:UCLK=UPLL clock/2
0
HDIVN
[2:1]
00:HCLK = FCLK/1
01:HCLK = FCLK/2
10:HCLK = FCLK/4，当CAMIVN[9]=0
HCLK = FCLK/8，当CAMIVN[9]=1
11: HCLK = FCLK/3，当CAMIVN[8]=0
HCLK = FCLK/6，当CAMIVN[8]=1
0
PDIVN
[0]
0:PCLK是和HCLK/1相同时钟
1：PCLK是和HCLK/2相同时钟
0
表2-13摄像头时钟分频控制寄存器（CAMDIVN）
寄存器名
地址
是否读写
描述
复位默认值
CAMDIVN
0x4C000018
R/W
摄像头时钟分频控制寄存器
0x00000000
CAMDIVN
位
描述
初始值
…
…
…
…
HCLK4_HALF
[9]
HDIVN分频因子选择位（当CLKIVN[2:1]位为10b时有效）
0: HCLK=FCLK/4
1: HCLK=FCLK/8
0
HCLK3_HALF
[8]
HDIVN分频因子选择位（当CLKIVN[2:1]位为11b时有效）
0: HCLK=FCLK/3
1: HCLK=FCLK/6
0
…
…
…
…
2
系统时钟驱动可以分别用ARM汇编和C语言两个版本实现。
ARM汇编版本：
; 以下为时钟相关寄存器地址
LOCKTIME                                    EQU     0x4c000000
MPLLCON                                 EQU                   0x4c000004
CLKDIVN                                  EQU                   0x4c000014
CAMDIVN                                          EQU                   0x4c000018
clock_init                                                            ; 时钟初始化代码
; 设置变频锁定时间
ldr r0, =LOCKTIME
ldr r1, =0x00ffffff
str r1, [r0]
; 设置分频比FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8
; 由于CAMDIVN[9]位初始值为0，寄存器CAMDIVN未使用，这儿不用再设置其值
ldr r0, =CLKDIVN
mov r1, #0x05
str r1, [r0]
; 修改CPU总线模式
mrc   p15, 0, r1, c1, c0, 0
orr    r1, r1, #0xc0000000
mcr     p15, 0, r1, c1, c0, 0
ldr r0, =MPLLCON
ldr r1, =0x5c011                                ; MPLL = 400MHz
str r1, [r0]
mov pc, lr                                           ; 函数调用返回
该汇编代码入口处先设置了变频锁定时间为0x00ffffff，然后设置FCLK:HCLK:PCLK的分频比，由于系统时钟已经改变，需要修改CPU总线模式，最后设置系统时钟工作频率。
C语言版本：
/* 通过MPLL计算公式可以算出：MDIV=92,PDIV=1,SDIV=0时，MPLL=400MHz
#define MPLL_400MHz （(92 << 12)|(1 << 4)|(1 << 0)）
void clock_init(void){
/* 设置变频锁定时间 */
LOCKTIME = 0x00ffffff;
/* 设置分频比FCLK:HCLK:PCLK=1:4:8，CAMDIVN初始值为0，不用再对其设置 */
CLKDIVN  = 0x05;
/* 修改CPU总线模式 */
__asm{
mrc   p15, 0, r1, c1, c0, 0
orr     r1, r1, #0xc0000000
mcr p15, 0, r1, c1, c0, 0
}
MPLLCON = MPLL_400MHz;
}
C语言版本与汇编版本一样，只是由于修改CPU总线模式时要使用mrc指令，因此只能使用C语言嵌入汇编方式来实现。
系统时钟驱动实验：
;
; 系统时钟初始化实验
;
WTCON                        EQU          0x53000000        ; 看门狗控制寄存器
WTDAT                         EQU          0x53000004        ; 看门狗数据寄存器
LOCKTIME                  EQU     0x4c000000         ; 变频锁定时间寄存器
MPLLCON                   EQU          0x4c000004        ; MPLL寄存器
CLKDIVN                    EQU          0x4c000014        ; 分频比寄存器
GPBCON                      EQU      0x56000010        ; LED控制寄存器
GPBDAT                       EQU      0x56000014        ; LED数据寄存器
GPBUP                         EQU      0x56000018        ; 上拉电阻设置寄存器
DELAYVAL                  EQU      0x8fff                  ; 延时数值
AREA    CLOCK, CODE, READONLY
ENTRY
start
ldr r0, = 0x53000000                      ; 看门狗关闭代码
mov  r1, #0
str  r1, [r0]
bl  clock_init                                  ; 调用时钟初始化函数
bl  led_on                                      ; 调用点亮Led函数
clock_init                                                  ; 时钟初始化代码
; 设置锁频时间
ldr r0, =LOCKTIME                         ; 取得LOCKTIME寄存器地址
ldr r1, =0x00ffffff                              ; LOCKTIME寄存器设置数据
str r1, [r0]                                          ; 将LOCKTIME设置数据写入LOCKTIME寄存器
; 设置分频数
ldr r0, =CLKDIVN                           ; 取得CLKDIVN寄存器地址
mov r1, #0x05                                   ; CLKDIVN寄存器设置数据
str r1, [r0]                                          ; 将CLKDIVN设置数据写入CLKDIVN寄存器
; 修改CPU总线模式
mrc    p15, 0, r1, c1, c0, 0
orr    r1, r1, #0xc0000000
mcr    p15, 0, r1, c1, c0, 0
ldr r0, =MPLLCON
ldr r1, =0x5c011                                ; MPLL is 400MHz
str r1, [r0]
mov pc, lr
led_on                                                        ; 亮点Led函数
; Led初始化开始
ldr  r0,=GPBCON                        ; 将LED控制寄存器地址放入r0
ldr  r1,[r0]                                        ; 将控制寄存器里的值读出放入r1
bic  r1,r1,#0x3fc00                          ; 将r1里的值（控制寄存器里的值）
; bit[10]~bit[17]清位，其它位不变
orr  r1,r1,#0x15400                         ; 设置控制寄存器
str  r1,[r0]                                        ; 将r1里的值写入控制寄存器
; 禁止GPF4－GPF7端口的上拉电阻
ldr  r0,=GPBUP
ldr  r1,[r0]
orr  r1,r1,#0x1e0
str  r1,[r0]
; Led初始化结束
led_loop                                                     ; 循环点亮Led
ldr  r2,=GPBDAT                                     ; 将LED数据寄存器的地址放入r2
ldr  r3,[r2]                                        ; 将数据寄存器（r2）里的值放入r3
bic  r3,r3,#0x1e0                              ; 清除bit[5]~bit[8]，bit[n]代表led1~led4
orr  r3,r3,#0x1c0                              ; 清对应Led位-亮灯，设置相应位-灭灯（点亮led1）
str  r3,[r2]                                       ; 将控制亮灯数据写入数据寄存器r2
ldr r0,=DELAYVAL                         ; 设置延迟数
bl   delay                                         ; 调用延迟子程序
ldr  r3,[r2]                                        ; 将数据寄存器（r2）里的值放入r3
bic  r3,r3,#0x1e0                              ; 清除bit[5]~bit[8]，bit[n]代表led1~led4
orr  r3,r3,#0x1a0                              ; 清对应Led位-亮灯，设置相应位-灭灯（点亮led2）
str  r3,[r2]                                       ; 将控制亮灯数据写入数据寄存器r2
ldr r0,=DELAYVAL                         ; 设置延迟数
bl   delay                                       ; 调用延迟子程序
ldr  r3,[r2]                                        ; 将数据寄存器（r2）里的值放入r3
bic  r3,r3,#0x1e0                              ; 清除bit[5]~bit[8]，bit[n]代表led1~led4
orr  r3,r3,#0x160                             ; 清对应Led位-亮灯，设置相应位-灭灯（点亮led3）
str  r3,[r2]                                       ; 将控制亮灯数据写入数据寄存器r2
ldr r0,=DELAYVAL                         ; 设置延迟数
bl   delay                                       ; 调用延迟子程序
ldr  r3,[r2]                                        ; 将数据寄存器（r2）里的值放入r3
bic  r3,r3,#0x1e0                              ; 清除bit[5]~bit[8]，bit[n]代表led1~led4
orr  r3,r3,#0xe0                               ; 清对应Led位-亮灯，设置相应位-灭灯（点亮led4）
str  r3,[r2]                                       ; 将控制亮灯数据写入数据寄存器r2
ldr r0,=DELAYVAL                         ; 设置延迟数
bl   delay                                      ; 调用延迟子程序
b led_loop
delay
sub r0,r0,#1                             ; r0=r0-1
cmp r0,#0x0                                   ; 将r0的值与0相比较
bne delay                                                  ; 比较的结果不为0，继续调用delay
mov pc,lr                                        ; 返回
END                                ; 程序结束符
该实验首先关闭了看门狗定时器，然后修改系统时钟，将默认系统工作频率12MHz提高到400MHz，由于CPU工作在较高频率下，其执行速度明显比未启动系统时钟时高的多，可以通过注释掉系统时钟初始化代码跳转指令 bl clock_init，对比LED的跑马灯效果可以证明。
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