I.MX6U 裸机开发11.主频和时钟配置实验-CFANZ编程社区

I.MX6U 裸机开发11.主频和时钟配置实验

一、I.MX6U的晶振

1. 32.768KHz晶振
2. 24MHz晶振

（1）硬件电路
（2）主要作用
（3）PLL介绍

ARM PLL ：
System PLL (528PLL)：
USB1、USB2 PLL ：
ENET PLL
Audio PLL：
Video PLL：

二、时钟树

1. 时钟树的概念
2. I.MX6ULL 时钟树结构：
3. 外设找到PLL的方式

三、7路PLL

1. ARM PLL（PLL1）

ARM PLL详解

2. SYSTEM PLL（PLL2）

扩频调制

PLL2 分出的 PFD 详解

3. USB1 PLL（PLL3）
4. Audio PLL（PLL4）
5. Video PLL（PLL5）
6. ENET PLL（PLL6）
7. USB2 PLL（PLL7）

一、I.MX6U的晶振

前面章节的测试程序，I.MX6ULL都是在以默认主频 396M 速度在运行，而该芯片可以以多种速率运行。本章节介绍如何配置主频。

1. 32.768KHz晶振

I.MX6U 裸机开发11.主频和时钟配置实验_ide

该晶振主要有以下作用：

该晶振供RTC（实时时钟）使用，通常用于驱动RTC模块，以提供准确的时间和日期信息，即使处理器在低功耗时也能保持运行。
在低功耗模式下，32.768KHz的时钟也可以作为系统时钟源，以减少功耗。
32.768KHz的时钟还可以作为其他模块的时钟源，如看门狗定时器（WDT）、低功耗定时器（LPT）。

2. 24MHz晶振

（1）硬件电路

I.MX6U 裸机开发11.主频和时钟配置实验_晶振_02

I.MX6U 裸机开发11.主频和时钟配置实验_嵌入式硬件_03

（2）主要作用

在芯片的T16、T17引脚，接了24MHz的晶振，这个晶振是系统的主要的时钟源，主要有以下作用：

系统时钟源：24MHz 晶振作为主时钟源，为处理器和其他外设提供时钟信号。
PLL 输入：24MHz 晶振信号可以作为锁相环（PLL）的输入，PLL 可以将其倍频生成更高频率的时钟信号，用于 CPU 和其他高速外设。
外设时钟：一些外设模块可以直接使用 24MHz 晶振作为时钟源。

I.MX6U 裸机开发11.主频和时钟配置实验_晶振_04

（3）PLL介绍

在 I.MX6ULL 处理器中，PLL（锁相环）用于生成各种频率的时钟信号，以满足不同模块的需求。以下是几种常见的 PLL：

ARM PLL ：

用于生成 ARM Cortex-A7 内核的时钟信号。

System PLL (528PLL)：

用于生成系统总线和外设的时钟信号。

USB1、USB2 PLL ：

用于生成 USB 模块的时钟信号。

ENET PLL

Audio PLL：

用于生成音频模块的时钟信号。

Video PLL：

用于生成视频模块的时钟信号。

二、时钟树

1. 时钟树的概念

I.MX6ULL 的时钟树是一个复杂的时钟分配网络，用于将时钟信号从时钟源分配到处理器内的各个模块和外设。以下是 I.MX6ULL 时钟树的主要组成部分：

外部时钟源：

24MHz 晶振：主要的时钟源，用于生成系统时钟和外设时钟。
32.768KHz 晶振：用于低功耗模式和 RTC（实时时钟）。

PLL（锁相环）：

PLL1 (ARM PLL)：用于生成 ARM Cortex-A7 内核的时钟信号。
PLL2 (System PLL)：用于生成系统总线和外设的时钟信号，输出频率为 528MHz。
PLL3 (USB PLL)：用于生成 USB 模块的时钟信号，输出频率为 480MHz。
PLL4 (Audio PLL)：用于生成音频模块的时钟信号。
PLL5 (Video PLL)：用于生成视频模块的时钟信号。

时钟分配：

CCM（Clock Control Module）：时钟控制模块，用于管理和分配时钟信号。
时钟门控：通过启用或禁用时钟信号来控制各个模块的时钟，以节省功耗。

时钟域：

系统时钟域：包括 CPU、总线和内存控制器等。
外设时钟域：包括 UART、I2C、SPI 等外设模块。
低功耗时钟域：包括 RTC 和低功耗定时器等。

2. I.MX6ULL 时钟树结构：

外部时钟源
  ├── 24MHz 晶振
  │    ├── PLL1 (ARM PLL) -> ARM Cortex-A7 内核时钟
  │    ├── PLL2 (System PLL) -> 系统总线和外设时钟 (528MHz)
  │    ├── PLL3 (USB PLL) -> USB 模块时钟 (480MHz)
  │    ├── PLL4 (Audio PLL) -> 音频模块时钟
  │    └── PLL5 (Video PLL) -> 视频模块时钟
  └── 32.768KHz 晶振
       ├── RTC (实时时钟)
       └── 低功耗模式时钟

时钟分配
  ├── CCM (Clock Control Module)
  │    ├── 系统时钟域
  │    │    ├── CPU
  │    │    ├── 总线
  │    │    └── 内存控制器
  │    ├── 外设时钟域
  │    │    ├── UART
  │    │    ├── I2C
  │    │    └── SPI
  │    └── 低功耗时钟域
  │         ├── RTC
  │         └── 低功耗定时器
  └── 时钟门控
       ├── 启用时钟
       └── 禁用时钟

3. 外设找到PLL的方式

在《IMX6ULL参考手册》 P629：

I.MX6U 裸机开发11.主频和时钟配置实验_ide_05

最右侧是外设，顺着线路向左找对应的PLL。

三、7路PLL

1. ARM PLL（PLL1）

ARM PLL详解

ARM PLL (PLL1) 用于生成 ARM Cortex-A7 内核的时钟信号，其主要特点：

输入时钟源：通常为 24MHz 晶振。
输出频率范围：650 MHz 到 1.3 GHz。
输出频率选择：通过 7 位寄存器字段 CCM_ANALOG_PLL_ARM[DIV_SELECT] 进行选择。
频率计算公式：PLL 输出频率 = Fref * DIV_SEL / 2，其中 Fref 为 24MHz。

2. SYSTEM PLL（PLL2）

PLL2 (System PLL) 用于生成系统总线和外设的时钟信号，其主要特点：

输入时钟源：通常为 24MHz 晶振。
输出频率：默认频率为 528MHz。
低抖动时钟：从 24MHz 参考时钟合成低抖动时钟。
输出时钟：一个主输出时钟和四个 PFD（Phase Fractional Divider）输出。
扩频调制：支持扩频调制，用于减少辐射发射。
锁定时间：由于支持扩频调制，PLL 的锁定时间比不支持扩频调制的 PLL 更长。

扩频调制

扩频操作通过配置 CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS 寄存器来控制。当启用时，PLL 输出频率将根据 STEP 字段定义的量减少，直到达到 STOP 字段中的限制频率。然后频率将类似地返回到原始标称频率。

扩频范围：Spread spectrum range = Fref x CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS[STOP] / CCM_ANALOG_PLL_SYS_DENOM[B]
调制频率：Modulation frequency = Fref x CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS[STEP] / (2 x CCM_ANALOG_PLL_SYS_SS[STOP])