S3C2440系统时钟

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：400MHzl HCLK：100MHzl 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？

1 系统工作时钟频率

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，www.linuxidc.com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 clock1:UCLK=UPLL clock/2	0
HDIVN	[2:1]	00:HCLK = FCLK/101:HCLK = FCLK/210:HCLK = FCLK/4，当CAMIVN[9]=0HCLK = FCLK/8，当CAMIVN[9]=111: HCLK = FCLK/3，当CAMIVN[8]=0HCLK = 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/41: 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/31: HCLK=FCLK/6	0
…	…	…	…