KL25-ch13(时钟与其他模块)

1、第第13章章 系统时钟与其他功能模块系统时钟与其他功能模块主要内容：主要内容：13.1 13.1 时钟系统时钟系统13.2 13.2 电源模块电源模块13.3 13.3 低漏唤醒单元低漏唤醒单元13.4 13.4 位带操作位带操作13.5 13.5 看门狗看门狗13.6 13.6 复位模块复位模块13.7 13.7 本章小结本章小结13.1.1 时钟系统概述时钟系统概述 KL25芯片的时钟系统由振荡器（芯片的时钟系统由振荡器（Oscillator，OSC）、）、实时时钟（实时时钟（Real Time Clock，RTC）、多功能时钟发生器）、多功能时钟发生器（Multipurpose Cloc

2、k Generator，MCG）、系统集成模块）、系统集成模块（System Integration Module，SIM）和电源管理器（）和电源管理器（Power Management Controller，PMC）等模块组成。）等模块组成。 其中，其中，OSC和和RTC模块通过外接的晶振器件为系统引模块通过外接的晶振器件为系统引入外部参考时钟信号，入外部参考时钟信号，MCG模块为系统中的各模块分配时模块为系统中的各模块分配时钟源，钟源，SIM模块为系统中的各模块选择时钟源，模块为系统中的各模块选择时钟源，PMC模块可模块可输出输出1kHz的参考时钟信号。时钟系统的框图如下图所示。的参考时钟

3、信号。时钟系统的框图如下图所示。13.1 时钟系统时钟系统13.1.2 时钟模块概要与编程要点时钟模块概要与编程要点 时钟源的选择和复用是通过时钟源的选择和复用是通过MCG模块来控制和编程的，模块来控制和编程的，而系统的时钟分频器和模块时钟门是通过而系统的时钟分频器和模块时钟门是通过SIM模块来编程设模块来编程设置的。置的。 内部参考时钟内部参考时钟(MCGIRCLK)是由是由4MHz的高速内部参考的高速内部参考时钟经过分频（由时钟经过分频（由MCG状态控制寄存器状态控制寄存器MCG_SCFCRDIV设定分频因子），或者设定分频因子），或者32kHz的低速内部参考时钟提供，两的低速内部参考时钟

4、提供，两者经过内部参考时钟选择位者经过内部参考时钟选择位(MCG_C2IRCS)选择后，经过选择后，经过打开的时钟门内部参考时钟使能位打开的时钟门内部参考时钟使能位(MCG_C1IRCLKEN)给给外设提供时钟源。外设提供时钟源。 外部参考时钟外部参考时钟(OSCERCLK)可以由外部晶振提供时钟可以由外部晶振提供时钟源，通过设置外部参考使能源，通过设置外部参考使能(OSC_CRERCLKEN)位可以打位可以打开它的时钟门。通过置外部参考时钟选择位开它的时钟门。通过置外部参考时钟选择位(MCG控制寄存控制寄存器器MCG_C2EREFS0)选择外部晶振作为时钟源。选择外部晶振作为时钟源。 ERC

5、LK32K可以由可以由RTC_CLKIN、OSC32KCLK以及以及1kHz LPO提供时钟源。通过选择提供时钟源。通过选择32K晶振选择位晶振选择位(SIM_SOPT1OSC32KSEL)可以为可以为ERCLK32K选择时钟源。选择时钟源。 RTC_CLKOUT可以选择可以选择RTC 1 Hz和和OSCERCLK驱动。驱动。通过通过SIM_SOPT2中中RTC输出选择位输出选择位(RTCCLKOUTSEL)选选择择RTC 1 Hz还是还是OSCERCLK。 晶振模块的输出晶振模块的输出OSCCLK一般经过分频后进入一般经过分频后进入FLL（锁频环）或（锁频环）或PLL（锁相环）进行倍频处理，

6、经过（锁相环）进行倍频处理，经过PLL得到得到MCGPLLCLK，经过，经过FLL得到得到MCGFLLOUT。 MCGOUTCLK可经过时钟选择位可经过时钟选择位(MCG_C1CLKS) 选择作为时钟源。经过选择作为时钟源。经过分频（分频（OUTDIV1）和一个时钟门输和一个时钟门输出作为系统时钟（内核时钟出作为系统时钟（内核时钟/平台时钟）。再经过平台时钟）。再经过SIM_CLKDIV1OUTDIV4和一个时钟门输出作为总线时钟和一个时钟门输出作为总线时钟和和Flash时钟。时钟。 FLL相比于相比于PLL不是很精确，所以在不是很精确，所以在MCU没有很严格没有很严格的时钟要求时采用的时钟要

7、求时采用FLL。而在需要有精确的时钟要求时最好。而在需要有精确的时钟要求时最好采用采用PLL。 多用途多用途时钟信号生成器（多用途多用途时钟信号生成器（MCG）模块为模块为MCU提提供多种时钟源选择。这个模块由一个锁频环（供多种时钟源选择。这个模块由一个锁频环（FLL）和一个）和一个锁相环（锁相环（PLL）组成。）组成。 这个模块可以选择这个模块可以选择FLL或或PLL输出时钟，或者内部或者输出时钟，或者内部或者外部参考时钟作为外部参考时钟作为MCU系统时钟源。系统时钟源。 MCG共有共有9种运行模式：种运行模式：FEI，FEE，FBI，FBE，PBE，PEE，PEE，BLPI，BLPE，和，

8、和STOP。需要注意的。需要注意的是：这是：这9 种模式不是可以任意切换的，模式的切换需要遵守种模式不是可以任意切换的，模式的切换需要遵守下面的图，只有下图中给出的切换才是允许的。下面的图，只有下图中给出的切换才是允许的。 MCG模块各种模式的含义如下：模块各种模式的含义如下： 本节测试实例选择从本节测试实例选择从FEI进入进入FBE，再进入，再进入PBE，最后，最后达到达到PEE状态。具体步骤请参见教材状态。具体步骤请参见教材P374-P375，其中涉及，其中涉及到的到的MCG模块各位的含义及设置方法请参考模块各位的含义及设置方法请参考KL25参考手参考手册册第第24章（多功能时钟发生器）相

9、关内容。章（多功能时钟发生器）相关内容。13.1.3 时钟模块测试实例时钟模块测试实例 程序源代码请参见教材程序源代码请参见教材P375-P376。13.2 电源模块电源模块13.2 电源模块电源模块 13.2.1电源模式控制电源模式控制 系统模式控制器（系统模式控制器（SMC）提供多种可选电源模式，用）提供多种可选电源模式，用户可以根据不同的功能需求来选择不同的模式。户可以根据不同的功能需求来选择不同的模式。 根据用户应用的功耗需求，提供了多种功耗模式，用户根据用户应用的功耗需求，提供了多种功耗模式，用户可以根据需要选择保留逻辑单元和存储单元的上电状态；或可以根据需要选择保留逻辑单元和存储单

10、元的上电状态；或关闭某些逻辑单元和存储单元电源；或关闭所有逻辑单元和关闭某些逻辑单元和存储单元电源；或关闭所有逻辑单元和存储单元电源。存储单元电源。I/O状态在所有模式操作中都会保留。状态在所有模式操作中都会保留。 下表描述了可使用的电源模式。下表描述了可使用的电源模式。 每个运行模式都有等待和停止的配合。等待模式对应于每个运行模式都有等待和停止的配合。等待模式对应于ARM的睡眠模式。停止模式的睡眠模式。停止模式(VLPS,STOP)对应于对应于ARM深度深度睡眠模式。睡眠模式。 当最大总线频率不是必须的时候，低功耗运行操作模式当最大总线频率不是必须的时候，低功耗运行操作模式能最大减少电源消耗

11、。能最大减少电源消耗。 芯片通过运行、等待和停止三种模式的不同排列来实现芯片通过运行、等待和停止三种模式的不同排列来实现低功耗。低功耗。 RUN模式包含：模式包含：RUN、VLPR。 WAIT模式包含：模式包含：WAIT、VLPW。 STOP模式包含：模式包含：STOP、VLPS、LLS、VLLS3、VLLS1、VLLS0。 各模式在工作电压各模式在工作电压3.0V，温度为，温度为25C时的功耗值如下：时的功耗值如下：13.2.2 电源模式转换电源模式转换 电源模式转换可以通过电源模式转换可以通过WFI指令实现。通过指令实现。通过WFI可以进可以进入等待和低功耗停止模式入等待和低功耗停止模式(

12、包含包含Stop, VLPS, LLS, VLLSx模模式式)。芯片通过中断退出低功耗模式。嵌套向量中断控制器。芯片通过中断退出低功耗模式。嵌套向量中断控制器（NVIC）描述了中断的不同操作以及哪种外设可以引发中）描述了中断的不同操作以及哪种外设可以引发中断，退出低功耗模式。断，退出低功耗模式。 下图为系统电源模式转换图，任意时刻的芯片复位都会下图为系统电源模式转换图，任意时刻的芯片复位都会使芯片转到正常的运行状态。图中各个模式的转换方式，参使芯片转到正常的运行状态。图中各个模式的转换方式，参见见KL25参考手册。测试实例参见随书光盘参考手册。测试实例参见随书光盘. KL25-SMC。1低漏唤

13、醒单元（低漏唤醒单元（LLWU）模块简介）模块简介 MCU低功耗系统中的一个关键组件是低漏唤醒单元低功耗系统中的一个关键组件是低漏唤醒单元（Low Leakage Wake Up，LLWU），它在所有低功耗停止），它在所有低功耗停止模式中充当唤醒监控器。模式中充当唤醒监控器。LLWU支持多达支持多达16个外部输入引脚个外部输入引脚（如下降沿、上升沿或可编程的任何方式）和（如下降沿、上升沿或可编程的任何方式）和8个可由用户个可由用户配置的内部外设唤醒事件。配置的内部外设唤醒事件。2功能说明功能说明 LLWU模块允许内部模块和外部输入引脚成为唤醒源。模块允许内部模块和外部输入引脚成为唤醒源。它只能

14、在它只能在LLS和和VLLS模式下工作。模式下工作。 LLWU模块包含对每个外部引脚和内部模块的引脚使能。模块包含对每个外部引脚和内部模块的引脚使能。对于每个外部引脚，用户可以禁止或选择唤醒的边沿类型对于每个外部引脚，用户可以禁止或选择唤醒的边沿类型（下降沿、上升沿和边沿触发）。当某个外部引脚作为唤醒（下降沿、上升沿和边沿触发）。当某个外部引脚作为唤醒源被使能时，此引脚必须被配置为输入引脚。源被使能时，此引脚必须被配置为输入引脚。 LLWU实现了一个可选的基于实现了一个可选的基于LPO时钟的三周期滤波器。时钟的三周期滤波器。内部模块都没有滤波器，对于内部模块的唤醒操作，可通过内部模块都没有滤波

15、器，对于内部模块的唤醒操作，可通过设置设置WUMEx位使能对应模块作为唤醒源。位使能对应模块作为唤醒源。13.3 低漏唤醒单元低漏唤醒单元 3LLWU模块特性模块特性 （1）支持多达）支持多达16个外部引脚唤醒和多达个外部引脚唤醒和多达8个内部模块的个内部模块的唤醒源，且拥有独立的使能控制位。唤醒源，且拥有独立的使能控制位。 （2）唤醒源可以是外部引脚或运行于）唤醒源可以是外部引脚或运行于LLS或或VLLS模式模式下的内部外设。下的内部外设。 （3）每个外部引脚唤醒输入可以编程为下降沿触发、）每个外部引脚唤醒输入可以编程为下降沿触发、上升沿触发或边沿触发。上升沿触发或边沿触发。 （4）每个内部

16、模块唤醒输入源均有编程使能控制。）每个内部模块唤醒输入源均有编程使能控制。 （5）一旦使能）一旦使能MCU进入低漏模式（进入低漏模式（LLP），将激活唤），将激活唤醒输入。醒输入。 （6）一个可选的数字滤波器提供给指定的外部引脚检）一个可选的数字滤波器提供给指定的外部引脚检测，当进入测，当进入VLLS0模式时，过滤器将会进入禁用或者旁路模模式时，过滤器将会进入禁用或者旁路模式。式。 位带操作为外设地址空间的位进行读位带操作为外设地址空间的位进行读修改修改写提供了写提供了硬件支持。这些外设是基于硬件支持。这些外设是基于Cotex-M0+微控制器的。通过这微控制器的。通过这些外设地址可以访问存储器

17、具体的某一位。些外设地址可以访问存储器具体的某一位。 在在v6M和和v7M架构中，通过结合架构中，通过结合Cotex-M指令集中的载指令集中的载入和存储指令来设置由位带操作提供的虚拟存储区，可以为入和存储指令来设置由位带操作提供的虚拟存储区，可以为这类超低端微控制器提供一个健壮的有效的位读这类超低端微控制器提供一个健壮的有效的位读改改写。写。这种架构的目标是使外设寄存器的这种架构的目标是使外设寄存器的n个位一起操作，并且和个位一起操作，并且和嵌入式标准嵌入式标准C的的I/O硬件寻址架构保持一致。硬件寻址架构保持一致。 位带操作带来的好处就是可以使用普通的加载位带操作带来的好处就是可以使用普通的

18、加载/存储指存储指令来对单一的比特进行读写，且对于硬件令来对单一的比特进行读写，且对于硬件I/O密集型的底层密集型的底层程序具有很大的优越性。对于大范围使用位标志的系统程序程序具有很大的优越性。对于大范围使用位标志的系统程序来说，位带机制提供了很好的平台。来说，位带机制提供了很好的平台。13.4 位带操作位带操作 1功能描述功能描述 看门狗定时器（看门狗定时器（WDOG）全称为）全称为Computer Operating Properly (COP) Watchdog，也可以简称，也可以简称COP。看门狗定时。看门狗定时器具有监视系统功能，当运行程序跑飞或一个系统中的关键器具有监视系统功能，当

19、运行程序跑飞或一个系统中的关键系统时钟停止引起严重的后果的情形下，无法回到正常的程系统时钟停止引起严重的后果的情形下，无法回到正常的程序上执行，看门狗通过复位系统的方式，将系统带到一个安序上执行，看门狗通过复位系统的方式，将系统带到一个安全操作的状态。全操作的状态。 正常情况，看门狗通过与软件的定期通信来监视系统的正常情况，看门狗通过与软件的定期通信来监视系统的执行过程，清看门狗计时器，即定期喂看门狗。如果应用程执行过程，清看门狗计时器，即定期喂看门狗。如果应用程序丢失，未能在看门狗计数器超时之前复位，则将产生看门序丢失，未能在看门狗计数器超时之前复位，则将产生看门狗复位，强制将系统恢复到一个

20、已知的起点。狗复位，强制将系统恢复到一个已知的起点。 任何复位后，看门狗都将被使能。如果应用程序不使用任何复位后，看门狗都将被使能。如果应用程序不使用看门狗，它可以通过看门狗，它可以通过SIM模块中的模块中的COP控制寄存器的控制寄存器的SIM_COPC COPT 位来禁用。位来禁用。13.5 看门狗看门狗 2看门狗设置看门狗设置 （1）看门狗计数器复位清）看门狗计数器复位清0 在正常的工作时间，向在正常的工作时间，向SIM 模块的模块的SIM_SRVCOP寄存寄存器，按顺序写入器，按顺序写入0 x55和和0 xAA可以软件复位看门狗计数器。可以软件复位看门狗计数器。 在超时期间，如果任何在超

21、时期间，如果任何0 x55或或0 xAA以外的值写入以外的值写入SIM_SRVCOP寄存器，则寄存器，则MCU立即复位。立即复位。 （2）看门狗计数器时钟源选择和超时时间设置）看门狗计数器时钟源选择和超时时间设置 在在SIM的的COP控制寄存器控制寄存器SIM_COPCCOPCLKS字段字段中，可以设定用于看门狗定时器的时钟源。可选择的时钟源中，可以设定用于看门狗定时器的时钟源。可选择的时钟源为总线时钟或内部的为总线时钟或内部的1kHz时钟源。每种时钟源可以通过时钟源。每种时钟源可以通过SIM_COPCCOPT设置三个超时时间。设置三个超时时间。 总线时钟源选择后，通过设置在总线时钟源选择后，

22、通过设置在SIM的的 SIM_COPCCOPW位来使窗口位来使窗口COP操作可用。下表总结了操作可用。下表总结了COPCLKS、COPT 和和COPW位的控制功能。位的控制功能。 （3）其他说明：第一次对）其他说明：第一次对SIM模块的模块的SIM_COPC寄存寄存器的写入操作或者任何系统复位，都会使器的写入操作或者任何系统复位，都会使COP计数器初始化，计数器初始化，对对SIM模块的模块的SIM_COPC寄存器的后续的写入操作将不影响寄存器的后续的写入操作将不影响COP的操作，即的操作，即MCU复位之后，复位之后，SIM_COPC寄存器只能写寄存器只能写入一次，第二次及之后的写入操作无效。入

23、一次，第二次及之后的写入操作无效。 如果选择总线时钟作为时钟源，在如果选择总线时钟作为时钟源，在MCU处于调试模式处于调试模式或者系统处于停止模式（包括或者系统处于停止模式（包括VLPS或或LLS）时，）时，COP计数计数器不会增加。器不会增加。 如果选择如果选择1 kHz时钟源时，时钟源时，MCU一旦进入调试模式或停一旦进入调试模式或停止模式（包括止模式（包括VLPS或或LLS），），COP计数器都将被重新初始计数器都将被重新初始化为零。化为零。 3测试实例测试实例 测试实例参见随书光盘测试实例参见随书光盘. KL25-COP。在系统开发过程。在系统开发过程中，一般先关闭看门狗的功能，避免不

24、必要的复位启动事件中，一般先关闭看门狗的功能，避免不必要的复位启动事件的发生。只有在系统开发完成，调试正常准备投入使用时，的发生。只有在系统开发完成，调试正常准备投入使用时，才开启看门狗的功能。才开启看门狗的功能。13.6.1 上电复位（上电复位（POR） 当给当给MCU上电或提供的电压低于上电复位重置电压上电或提供的电压低于上电复位重置电压（VPOR）时，）时，POR电路会触发电路会触发POR复位。当电压升高时，复位。当电压升高时，低电压检测（低电压检测（LVD）电路保持）电路保持MCU处于复位状态直到电压处于复位状态直到电压大于大于LVD低电压阈值（低电压阈值（VLVDL）。）。POR复位

25、后复位后SRSL寄存器寄存器的的POR和和LVD位也要重置。位也要重置。13.6 复位模块复位模块 芯片被正确写入程序后，经复位或重新上电后才可启芯片被正确写入程序后，经复位或重新上电后才可启动执行程序。当出现异常时，也可通过复位使得芯片回复到动执行程序。当出现异常时，也可通过复位使得芯片回复到最初已知状态来保护系统。最初已知状态来保护系统。KL25支持的复位源见下表支持的复位源见下表13.6.2 系统复位源系统复位源 系统复位源包括以下几种：系统复位源包括以下几种： 1外部引脚复位外部引脚复位(RESET) 2低电平检测低电平检测(LVD)复位复位 3COP看门狗复位看门狗复位 4低漏唤醒（低漏唤醒（LLWU）复位）复位 5多功能时钟发生器时钟丢失（多功能时钟发生器时钟丢失（LOC）复位）复位 6多用途时钟发生器失锁多用途时钟发生器失