關(guān)于STM32H7時(shí)鐘I/O響應(yīng)頻率及定時(shí)器最高頻率的探究

摘要：針對(duì)常規(guī)STM32系列性能測(cè)試所引起的準(zhǔn)確度低、可靠性差、操作困難等問題，文中提出了一種關(guān)于I/O響應(yīng)頻率以及定時(shí)器最高頻率的極限性能測(cè)試方法。通過對(duì)STM32H7時(shí)鐘頻率進(jìn)行最高頻率配置，分別對(duì)需要測(cè)試的引腳進(jìn)行電平翻轉(zhuǎn)并輸出波形，從示波器顯示的波形結(jié)果來看，驗(yàn)證結(jié)果表明I/O響應(yīng)的時(shí)鐘頻率受時(shí)鐘源最高頻率的限制，能夠達(dá)到時(shí)鐘源所規(guī)定的最高頻率。文中給出了STM32CubeMX配置時(shí)鐘頻率的方法。

關(guān)鍵詞：STM32H7；時(shí)鐘頻率；I/O響應(yīng)頻率；示波器；STM32CubeMX

Abstract: Aiming at the problems of low accuracy, poor reliability and difficult operation caused by conventional STM32 series performance test, this paper proposes a test method of the ultimate performance of I/O response frequency and the maximum frequency of timer. Through the maximum frequency configuration of the STM32H7 clock frequency, the level turnover of the pins to be tested and the waveform output respectively. From the waveform results displayed by the oscilloscope, the verification results show that the clock frequency of the I/O response is limited by the maximum frequency of the clock source, and can reach the maximum frequency specified by the clock source. The method of clock frequency configuration with STM32CubeMX is given in this paper.

Keywords: STM32H7; Clock frequency; I/O response frequency; Oscilloscope; STM32CubeMX


近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，嵌入式計(jì)算機(jī)行業(yè)迎來了翻天覆地的變化，隨之而來，嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)于人類的生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生了極其重要的影響，它的應(yīng)用領(lǐng)域從最初的軍事科研應(yīng)用擴(kuò)展到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，從而帶動(dòng)了全球范圍的技術(shù)進(jìn)步，由此引發(fā)了深刻的社會(huì)變革。

在嵌入式計(jì)算機(jī)中，單片機(jī)作為一種體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜的嵌入式計(jì)算機(jī)，它的應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。而STM32系列芯片作為32bit單片機(jī)類型的代表，在實(shí)際的開發(fā)應(yīng)用中，需要對(duì)它的性能做測(cè)試，進(jìn)而驗(yàn)證其保持在最高的頻率下，系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。


1. 系統(tǒng)架構(gòu)框圖

2. 系統(tǒng)時(shí)鐘樹架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)框圖.png

系統(tǒng)時(shí)鐘樹架構(gòu).png


3. 驗(yàn)證系統(tǒng)時(shí)鐘頻率

3.1 原理方案

本文硬件采用的是STM32H723ZGT6開發(fā)板，通過對(duì)時(shí)鐘輸出引腳MCO2進(jìn)行配置，用示波器抓取引腳的波形，從波形中驗(yàn)證時(shí)鐘頻率是否達(dá)到要求。MCO2可輸出的時(shí)鐘源都有SYSCLK、HSE、LLCLK、LL2PCLK、SICLK、SICLK。根據(jù)需求通過HAL_RCC_MCOConfig(RCC_MCO2, RCC_MCO2SOURCE_SYSCLK, RCC_MCODIV_10);函數(shù)進(jìn)行配置時(shí)鐘輸出源以及分頻。

3.2 STM32CubeMX配置時(shí)鐘頻率

3.3 MCO2引腳配置

STM32CubeMX配置時(shí)鐘頻率.pngMCO2引腳配置.png

需要注意的是，MCO2引腳的最大輸出速度應(yīng)配置為Very High，否則輸出速度將受到限制。

3.4 示波器抓取引腳波形變化

示波器抓取引腳波形變化.png

由于系統(tǒng)時(shí)鐘配置的是500MHz，時(shí)鐘輸出的是10分頻后的結(jié)果，從圖中可以看到波形正好是主頻10分頻后的波形，即50MHz，所以推斷出系統(tǒng)實(shí)際時(shí)鐘頻率跟理論時(shí)鐘頻率相符。


4. 驗(yàn)證TIM定時(shí)器最高時(shí)鐘頻率

官方給出的TIM時(shí)鐘源的時(shí)鐘頻率理論值為275MHz，為了方便計(jì)算，本文配置的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為500MHz，分到TIM時(shí)鐘頻率的時(shí)候?yàn)?50MHz。也就是說每一個(gè)TIM的計(jì)數(shù)值為 1s/250MHz =4ns，所以，當(dāng)計(jì)數(shù)值為25 count時(shí)，TIM的輸出周期100 ns，而當(dāng)計(jì)數(shù)值為26 count時(shí)，TIM的輸出周期104 ns，驗(yàn)證實(shí)際輸出的波形可得出TIM的實(shí)際時(shí)鐘頻率。

4.1 配置TIM工作模式


配置TIM工作模式-1.png配置TIM工作模式-2.png


配置TIM工作模式-3.png

4.2 代碼修改

開啟定時(shí)器輸出比較功能，使其引腳輸出波形。使用函數(shù)接口HAL_TIM_OC_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); 進(jìn)行開啟。

代碼修改.png

4.3 示波器抓取引腳波形

示波器抓取引腳波形-1.png

示波器抓取引腳波形-2.png

當(dāng)count為25時(shí)輸出的波形            

當(dāng)count為26時(shí)輸出的波形

4.4 結(jié)論

 從上文的波形中可以看出，每個(gè)count的時(shí)間為4ns，從而得出TIM的實(shí)際輸出時(shí)鐘頻率為1s/4ns=250MHz 。也就是說每個(gè)I/O的引腳響應(yīng)頻率受I/O所在時(shí)鐘源的限制，如主頻輸出的時(shí)鐘頻率能夠到達(dá)500MHz，而TIM的輸出引腳的響應(yīng)頻率能夠到達(dá)250MHz。


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