Autosar MCAL MCU配置时钟-基于cfg

sunsili

Autosar MCAL MCU配置时钟-基于cfg

• cfg配置外部晶振
• CCU
• 时钟源的选择
  
  
  • OSC（Oscillator Circuit）
  • Back up时钟源
    
    
• Clock generation时钟生成
  
  
  • 输入时钟
  • cfg中配置使用PLL
  • PLL模式
  • PLL模式配置
  • cfg配置fpll频率：
  • 配置分频参数N,P,K1-3
  • 实际计算例子：
  • Frequency Modulation频率调制
    
    
• Clock Distribution时钟分配
  
  
  • Clock Divider Limitations
  • 配置外设时钟分频参数
    
    

前言

在Autosar OS中的Counter计数是由STM模块而来，需要在Counter中指定每个tick的时间，但这个时间是根据STM时钟来的，t=1/fstm，并不是指定的时间就是真的运行时间，例如指定的Seconds per tick时间为0.00000001，但STM频率为50000000HZ(50MHz)，实际执行的时间会是0.00000002，导致os所有认为的时间都会慢一倍。基于该问题，本文详细介绍Autosar MCAL的MCU时钟相关配置，应用的芯片为TC27x系列。

MCU时钟配置cfg配置外部晶振

一般都是用的外部晶振作为输入时钟源的方案。
问题：如何配置是从外部晶振来的Fosc?

CCU

Clocking and Clock Control Unit 时钟和时钟控制单元
构建模块包括:•基本时钟生成(时钟源)•时钟速度提升•时钟分布•单个时钟配置

时钟源的选择OSC（Oscillator Circuit）

该晶振电路为皮尔斯晶振，设计用于外部晶体/陶瓷谐振器或外部稳定时钟源，由一个反向放大器XTAL1作为输入，XTAL2作为输出，集成反馈电阻

OSC的模式：外部输入时钟模式：

1.External Input Clock Mode
使用外部时钟信号时，必须连接到XTAL1。XTAL2保持打开状态(未连接)，这种模式下需要输入一个稳定的外部时钟源（固定频率的方波）

Figure 7-2 TC27x Direct Clock Input
当直接提供时钟信号时，不使用外部晶体/陶瓷谐振器（external crystal/ceramic resonator）并绕过晶振，如果在正常模式下使用，输入频率需要等于或大于锁相环VCO的输入频率(该值列在数据表中)。
CC和SR的含义：
CC:这些参数表示控制器特性，这是TC270 / TC275 / TC277的一个显著特征，必须在系统设计中考虑
SR:这些参数表示设计TC270 / TC275 / TC277的微控制器系统必须提供的系统要求。

外部晶体/陶瓷谐振模式

2.External Crystal / Ceramic Resonator Mode
下图显示了两种工作模式的推荐外部电路，外部晶体/陶瓷谐振器模式，包括和不包括外部组件。

包括外部组件：及电阻电容都是外部的。一般采用这种方式
不包括外部组件：电阻电容是内部的，需要进行配置（相关的寄存器）
芯片内部电路：

通过寄存器OSCCON可以配置启用对应的电容。

Back up时钟源

Back up Clock作为备用时钟源。该时钟源提供稳定可靠的时钟源，可作为系统的时钟源。它提供的精度低于外部晶体或陶瓷谐振器。备份时钟无法启用或禁用或以其他方式进行控制.可以配置寄存器CCUCON0.CLKSEL = 00B 选择Back up Clock作为** clock distribution的时钟源** ，配置寄存器CCUCON1.INSEL = 00B选择Back up Clock作为PLL / PLL_ERAY的时钟源。该时钟由EVR Pre-regulator产生，频率为100MHZ，datasheet中描述如下：

Clock generation时钟生成 输入时钟

外部时钟通过OSC振荡后直接输出fosc0,还可以通过配置寄存器CCUCON1.INSEL = 01B选择fosc0作为fosc的输出。内部时钟直接输出fback,还可以通过配置寄存器CCUCON1.INSEL = 00B来选择fback作为fosc的输出

cfg中配置使用PLL

cfg中没有找到在哪里配置使用内部backup时钟，可能默认都是用外部时钟fosc0，MCU的代码中也是默认CCUCON1.INSEL为1.这里的配置项可以为CCUCON0.CLCSEL使用fpll作为外设时钟分配的时钟源。

PLL模式

通过配置PLL参数实现输入时钟的超频
PLL有三种模式可以选择，配置软件中只有两种选择

cfg中配置模式： Normal Mode

Bypassing K1 divider for Main PLL.屏蔽了K1分频。Normal模式下fpll和fpll2的计算公式如下：

Prescaler Mode

预分频器模式：Bypassing P, N, K2, K3 dividers for Main PLL,计算PLL频率公式如下：

Freerunning Mode

自由运行模式：
在自由运行模式下，压控振荡器（VCO）fPLLBASE的基频输出仅被因子K2或K3分压。

每次系统复位后进入自由运行模式。

PLL模式配置配置为自由运行模式：

通过以下设置选择自由运行模式：
•PLLCON0.VCOBYP=0
•PLLCON0.SETFINDIS=1
当PLLSTAT.FINDIS = 1 and PLLSTAT.VCOBYST = 0时，进入自由运行模式
自由运行模式下的操作不需要fOSC的输入时钟频率。 Data Sheet中列出了自由运行模式fPLLBASE的频率。

配置为Prescaler Mode

通过以下设置选择预分频器模式：
•PLLCON0.VCOBYP=1
当以下要求有效时，进入预分频器模式：
•PLLSTAT。VCOBYST=1
预分频器模式下的需要fOSC的输入时钟频率。

配置为Normal Mode

通过以下设置选择正常模式
•PLLCON0.VCOBYP=0
•PLLCON0.CLRFINDIS=1
当以下要求全部有效时，进入正常模式：
•PLLSTAT.FINDIS=0
•PLLSTAT.VCOBYST=0
•PLLSTAT.VCOLOCK=1
•OSCCON.PLLLV=1
•OSCCON.PLLHV=1
正常模式下的操作要求输入时钟频率为fOSC

cfg配置fpll频率：

该频率是通过计算出来的，这里配置应该是为了校验
Fpll =( (Fosc * (McuNDivider + 1)) / ((McuK2Divider+1)(McuPDivider+1)))

Fpll2 =( (Fosc * (McuNDivider + 1)) / ((McuK3Divider+1)(McuPDivider+1)))
对应公式：

The McuClockReferencePointFrequency for NORMAL_MODE should be in range:  
20 - 200 MHz for TC26x/TC27x                                    
  20 - 300 MHz for TC29x
tc27x-datasheet中描述如下：

配置分频参数N,P,K1-3

对于PLL来说，需要配置PLLCON0和PLLCOCN1寄存器，具体参见芯片手册。需要注意的是，实际值为配置值+1
对于PLLERAY来说，也是类似的。

cfg配置分频参数N,P,K1-3 实际计算例子：

配置为外部晶振输入20MHZ，PLL为Noraml mode,K1为1+1=2（Normal mode下K1无作用），K2为2+1=3，K3为2+1=3,N为59+1=60,P为1+1=2.
则： fpll = 20 * 60/(2 * 3)=200M ,fpll2=20 * 60/(2 * 3)=200M.与上面的频率配置一致

Frequency Modulation频率调制

如果PLL在正常模式下工作，则输出频率fPLL还可以通过低频调制进行修改。fVCO是随机调制的
通过位PLLCON0.MODEN启用调制。调制本身随配置的调制幅度的范围随机地改变VCO频率。通过PLLCON2.MODCFG[9:0]选择调制幅度

cfg中配置允许PLL调制： cfg中配置调制幅度%：

计算公式：
MODCFG[9:0]＝（64* McuFMPllModAmp/100*McuMainOscillatorFrequency/McuPllPDivider *McuPllNDivider/3.6）
datasheet中fMV为3.6MHZ

MODCFG最大为32，MA = (3.6/(2 * fosc * N/P)) * MODCFG[9:0] 32 * McuFMPllModAmp/100 =  (3.6/(2 * McuMainOscillatorFrequency*N/P))*MODCFG[9:0]
与cfg中公式对应。McuFMPllModAmp单位为%

Clock Distribution时钟分配

时钟分配通过时钟控制单元（CCU）完成。CCU接收由两个PLL（fPLL/PLL2和fPLL_ERAY/PLL_ERAY2）、备用时钟fBack和fOSC0创建的时钟。这些时钟直接转发或经过分频，以提供子时钟域

对于大多数时钟，提供线性分频器以使时钟频率适应应用要求。该除法器由位字段XXXDIV控制
对于CPU时钟，实现了更复杂的分频器。这允许更好地控制单个CPU的时钟频率变化。该机制允许频率变化适应由应用定义的特定电流限制
这里还有一个用于调试块的固定参考时钟REFCLK1/2，它将主时钟fPLL/fPLLERAY除以24。这允许OCDS独立于选定的SRI和SPB时钟速度生成时间戳。
fMAX被定义为系统内部使用的从fSOURCE导出的任何时钟的最高频率。
以下是不同时钟的简要概述：
•系统总线
——fSRI定义了SRI总线的操作性能，因此定义了所有连接的主设备和从设备之间的数据交换率
——fSPB定义了SPB总线的操作绩效，因此定义所有连接的主机和从设备与中断系统之间的数据交换率
•CPU Controls
–fCPU0定义CPU0的执行速度
–fCPU1定义CPU1的执行速度
•PMU  controls
–fFSI2定义了读取操作的PFlash的执行速度
–fFSI定义了所有其他闪存操作的执行速度
•外设时钟
-fSTM,STM模块的时钟
-fGTM,GTM模块的时钟
-fBAUD1定义了独立于系统其余部分的“慢速”通信接口的基本频率。这允许IIC以恒定波特率（频率）工作。
–fBAUD2定义了独立于系统其余部分的“快速”通信接口的基本频率。这允许QSPI和PSI5以恒定波特率（频率）运行。
–fCAN定义了独立于系统其余部分的多CAN的基本频率（表7-2中列出的限制除外）。这允许MultiCAN在恒定波特率（频率）下运行。
–fASCLINF/ASCLIN定义了独立于系统其他部分的ASCLIN的基本频率（表7-2中列出的限制除外）。这允许ASCLIN以恒定波特率（频率）运行。
•调试系统
——由于调试应不干扰应用系统，因此可使用专用调试资源的单独时钟fBBB。这允许在更改其他时钟配置期间进行调试（跟踪生成）。请注意，fBBB需要快于或等于fSPB才能进行调试

整个系统基于单个时钟（fSOURCE），以实现同步系统的性能优势。因此，在配置时钟控制选项时必须考虑某些限制

Clock Divider Limitations

对于控制不同子时钟域/模块的时钟分频器，允许值是有限的，必须遵守以下比率。比率定义如下：时钟A=fAAA；时钟B=fBBB.允许的比率为1:n，其中n具有定义的值范围。在该定义中，时钟A总是快于或等于时钟B，其中fAAA[MHz]=n*fBBB[MHz]data sheet中规定的最大频率

1)不允许将寄存器CCUCON0、CCUCON1和CCUCON2配置为导致违反允许比率的值，
2） fGTM可以更快、更慢或等于fSPB
3） fSPB可以更快、更慢或等于fSTM
4） fBBB必须更快，或等于fSPB
5）fBAUD1可以更快、更慢或等于fSPB
6）fBAUD2可以更快、更慢或等于fSPB
7）fCAN可以更快、更慢或等于fSPB
8）fASCLINF可以更快、更慢或等于fSPB
9）fASCLINS可以更快、更慢或等于fSPB

配置外设时钟分频参数cfg中配置分频参数 cfg中配置频率，校验用 对应分频参数寄存器

McuBAUD1Divider :It is the BAUD1 divider value used for generation of clock FBaud1. FBaud1 = (Fsource / McuBAUD1Divider).
有效值为： 0,1,2,3,4,5,6,8,10,12,15.

Fcpu0 = (Fsri * (64 - McuCPU0Divider))/64 .

具体分频值的计算公式可以参考芯片手册或者cfg中的描述信息。

分频实例

以STM为例，配置频率为100M,设置的分频值为2.且使用PLL的时钟（配置为200M），则fSTM=fpll/2=200M/2=100M,校验通过

总结

以上就是MCU关于时钟相关的配置，主要还是参考芯片用户手册和datasheet.在Autosar的MCU配置中，时钟主要与McuClockReferencePoint相关，McuGeneralConfiguration配置中也有部分内容与时钟相关。其他BSW模块都会用到McuClockReferencePoint作为时钟的引入。