一、外部晶振 与 内部振荡器 的使用:

mcu和cpld联合编程时,整颗芯片需要一颗外部晶振。

(芯片有内部振荡器,但误差较大,校准后5%以内误差,参后续介绍)

该晶振是mcu和cpld共用的,(没必要为cpld再单独提供一颗晶振)。

晶振可以是有源的,也可以是无源的。

【注:这里的外部晶振配置,跟单纯使用MCU是一样的】

1.使用无源晶体:

如果是无源晶体,频率限制在 4M~16M。要接到芯片的OSC_IN/OUT引脚。然后VE中直接定义主频多少M即可。如:

(这是目前开发板上使用的配置)

2.使用有源晶体

如果是有源晶体,频率无限制。根据接入点分为两种情况:

1. 如果接入到OSC_IN引脚:

ve里定义同上(修改HSECLK项的值为有源晶振频率)。

同时,需要在platformio.ini里增加配置:-D BOARD_HSE_BYPASS=SYS_HSE_BYPASS_ON,

注:上边的 -D 代表宏定义的意思,后边跟的内容是宏定义的内容。-D后可加空格,可不加空格。

2. 如果接入到别的IO引脚(如PIN_2):

VE配置中,除了配置 HSECLK项 外,还需要配置PLL_CLKIN项,如图:

同时,需要在platformio.ini里增加配置:-D BOARD_HSE_BYPASS=SYS_HSE_NONE

注:上边的 -D 代表宏定义的意思,后边跟的内容是宏定义的内容。-D后可加空格,可不加空格。

3.使用内部振荡器

校准后精度大约在5%以内,节省成本且对时钟要求不高的话可以使用。

使用方式:

在VE里增加:"PLL_CLKIN PIN_OSC",如下图:

(注:不用配置HSECLK项)

同时在platformio.ini里增加配置:-D BOARD_HSE_BYPASS=SYS_HSE_NONE

注:上边的 -D 代表宏定义的意思,后边跟的内容是宏定义的内容。-D后可加空格,可不加空格。

注:自动校准目前有以下使用限制:

a)逻辑部分要压缩,platformio.ini中配置 board_logic.compress = true

b)校准动作是在烧录时进行的。

烧录时,需要使用swd方式且通过我们的软件烧录,uart不支持。

(即:出厂烧录不支持uart方式)

目前测试过jlink和dap校准结果都还不错,但是也出现过一个客户使用其他 烧录器校准结果差很多。

(对一个全新的或是wipe过后的芯片烧录会看到校准信息)

二、PLL倍频及分频:

整颗芯片只有一个PLL倍频模块(mcu和cpld共用)。

倍频分频操作是封装在系统内部的(用户无须也不能控制这个时钟树)。

实现原理:

  1. 系统会根据所有用到的频率项(mcu和cpld要用到的全部频率),计算出他们的最小公倍数。该数值就是要倍频到的目标值;
  2. 以外部时钟作为输入,PLL倍频到这个目标值,然后再以这个目标值为基准,分频给mcu各外设和cpld来使用。
  3. 倍频和分频,无须开发者关注。

开发者只要设置好自己需要的各个时钟频率即可。

开发者可设置的频率分为mcu部分和cpld部分。

mcu部分,只需要关注系统主频。

主频是在VE里通过SYSCLK项配置,该主频是mcu的工作频率。

外设频率则基于这个主频再分频(参考各个外设的驱动部分)。

cpld部分,cpld最多可以输入5路不同频率的时钟。

默认情况下,cpld工程接口中输入到cpld的sys_clock,就是跟mcu同频的SYSCLK 系统时钟(由VE决定多少M)。

Bus_clock则是在SYSCLK基础上进行分频的另一路时钟(其实就是后续的PLLCLK3)。

Bus_clock在VE中频率定义(必须是SYSCLK的整数倍分频):

如果 ve 里没有定义 BUSCLK,则 bus_clock 和 sys_clock 同频。

bus_clock 是为了防止 cpld部分速度跟不上sysclk而设定的。

cpld中除了这两路(其实就是0路和第3路),还有3路可以使用。

三、cpld可用的时钟(除去SYSCLK的另外4路):

Cpld的时钟除了以上输入的sys_clock,还有4路可以独立使用。

参考《AGRV2K_逻辑设置.pdf》,如下图:

这里的PLLCLK1、PLLCLK2、PLLCLK3、PLLCLK4就是可使用的独立时钟。

注意:当mcu中使用USB时,PLLCLK1自动给了USB,不能再使用;当mcu中使 用了MAC时,PLLCLK2自动给了MAC,不能再使用。另外,上述的BUSCLK对应的 是这里的PLLCLK3。如果用了BUSCLK的名字,这里的PLLCLK3就不能再用。

这里整理下5路时钟:

PLLCLK0:就是 SYSCLK (名字使用SYSCLK)

PLLCLK1:开USB时,这路时钟给USB用(60M),不开USB时给用户用;

PLLCLK2:开MAC时,这路时钟给MAC用(25/50M),不开MAC时给用户用;

PLLCLK3:用BUSCLK时(只能是sysclk整数分频)不能用PLLCLK3,否则可用;

PLLCLK4:独立给用户使用;

以PLLCLK3和PLLCLK4为例,说明怎么使用该时钟。

在VE里配置如下:

PLLCLK3 40 # 40MHz

PLLCLK4 60 # 60MHz

PLL_CLKOUT3 pll_clk3

PLL_CLKOUT4 pll_clk4

则可定义pllclk3为40M输入,pllclk4为60M输入。

在生成的cpld入口处,分别对应信号pll_clk3和pll_clk4,如图:

输入的时钟,可以跟sys_clock一样使用。

四、几个时钟的设置限制及计算方式:

上边提到的倍频后PLL目标值,其数值关系需要满足:

  1. PLL=HSE*X/Y,X,Y皆为整数
  2. PLL小于1200MHZ。
  3. 所有的设置频率必须能被这个最终PLL整除。

举例:mcu主频100M,系统用了MAC(50M),系统用了USB(60M),cpld自定义了PLLCLK3为80M,cpld自定义了PLLCLK4为60M。则,PLL目标值就是100\50\60\80\60的最小公倍数,为1200M。

如果使用到一些特殊频率,则可以调整其他频率往这个特殊频率的倍数上来凑。

(如果配置后不满足这里的条件,编译时会报错)

五、cpld可运行的最高频率:

mcu的运行最高频率是248M。而cpld中没有标准的最高频率。

最大能跑多少M,取决于cpld里的设计。

如果是逻辑电路,则不存在时钟的概念。

如果是时序电路,则看设计中门电路的复杂程度。如果跑100M的时钟,每个上升沿之间就是10纳秒,在设计时,要保证10纳秒内对应的动作能全部执行完。

如果是简单电路,一般是可以跑到200M以上。

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