痞子衡嵌入式:淺談i.MXRT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用

来源:https://www.cnblogs.com/henjay724/archive/2022/10/02/16749726.html
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大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用。 痞子衡之前寫過一篇關於時鐘引腳的文章 《i.MXRT1xxx系列MCU時鐘相關功能引腳的作用》,裡面簡單提及了外部晶振相關引腳的作用,但是並沒有詳細展開。最近在客戶支持中,有客戶 ...



  大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用

  痞子衡之前寫過一篇關於時鐘引腳的文章 《i.MXRT1xxx系列MCU時鐘相關功能引腳的作用》,裡面簡單提及了外部晶振相關引腳的作用,但是並沒有詳細展開。最近在客戶支持中,有客戶咨詢項目板級設計上能否將外部 24MHz 晶振完全去掉,就使用晶元內部集成的 RC24M 做初始時鐘源。今天痞子衡就詳細展開這個話題:

  • Note: 本文中圖片代碼均以 i.MXRT1050 為例,但內容基本也適用其他 i.MXRT10xx 系列。

一、外部24MHz晶振作用

  i.MXRT 系列共有兩組外接晶振專用引腳,XTALI/O 用於連接 24MHz 晶振,RTC_XTALI/O 用於連接 32.768KHz 晶振。其中低頻 32.768KHz 晶振主要用於低功耗場景(SNVS 域),而高頻 24MHz 晶振(即本文主角)主要是給內部 PLL 提供時鐘源,它是高性能應用的保證。

  • Note: i.MXRT1011/102x 的 PLL 時鐘源僅能是 OSC 24MHz,而 i.MXRT105x/106x 的 PLL 時鐘源除了 OSC 24MHz 外,還可以是專門時鐘輸入引腳(CLK1_P/N)。

  外部 24MHz 晶振(XTAL24M)並不是直接連到 PLL 模塊的,中間會經過晶元內部 OSC 24MHz 模塊,而 OSC 24MHz 模塊本身還包含了一個 RC24M 震蕩電路,這是為了確保在沒有外部 XTAL24M 的情況下,PLL 也能正常工作。

  • Note1: OSC 24MHz 模塊的源可來自外部 XTAL24M 也可以是內部 RC24M,但這種切換不是自動的,需要在代碼里主動切換。
  • Note2: RC24M 主要用於低速應用場合,並且以 RC24M 為源的功耗比以 XTAL24M 為源的功耗小很多。

二、內部RC24M振蕩器能否替代外部24MHz晶振?

  我們知道內部 RC24M 精度較差,最差的情況甚至有 20% 的精度誤差,這種情況下一些對精度要求高的外設(比如 USB、ENET)是無法使用 RC24M 為源的 PLL 輸出作為時鐘源的。

  如果你的應用里不涉及 USB、ENET 等外設,就使用了一些簡單的 LPUART/LPSPI 等外設,那麼是完全可以禁掉外部 XTAL24M 的使用的,切換代碼如下。其中需要註意的是如果當前內核時鐘源來自 PLL,那麼必須先將內核時鐘切到 OSC24M,否則 OSC24M 時鐘源切換操作會直接導致代碼跑飛(一旦 PLL 時鐘源發生變化,輸出會不穩,此時內核運行會出現異常):

void ClockSelectRcOsc(void)
{
    // 將內核時鐘源從 PLL 切換到 OSC 24M
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphClk2Mux, 1);
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphMux, 1);

    // 將 OSC 24M 時鐘源從外部 XTAL24 切換到內部 RC24M
    CLOCK_InitRcOsc24M();
    CLOCK_SwitchOsc(kCLOCK_RcOsc);
    CLOCK_DeinitExternalClk();

    // 恢復內核時鐘源(這裡的 m、n 為切換之前的配置)
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphClk2Mux, m);
    CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphMux, n);
}

  更多 RC24M 的應用詳見 \SDK_2_12_0_EVKB-IMXRT1050\boards\evkbimxrt1050\demo_apps\power_mode_switch\bm 常式。

三、能否完全去掉外部24MHz晶振?

  既然在低速或者低功耗應用場合,RC24M 可以替代 XTAL24M,那麼我們能不能直接把 XTAL24M 完全去掉呢?答案很遺憾,不能!因為晶元系統(內核、PLL)預設就是以 XTAL24M 為初始時鐘源:

XTALOSC24M->LOWPWR_CTRL[OSC_SEL]    = 1'b0   // 24MHz clock from XTAL OSC
CCM_ANALOG->PLL_ARM[BYPASS_CLK_SRC] = 2'b00  // clock from REF_CLK_24M
CCM->CBCMR[PRE_PERIPH_CLK_SEL]      = 2'b11  // clock from divided PLL1 (PLL_ARM)
CCM->CBCDR[PERIPH_CLK_SEL]          = 1'b0   // clock from pre_periph_clk_sel

  如果沒有外部 XTAL24M,晶元系統上電後,內核沒有正確的時鐘源,BootROM 代碼無法正常執行,這時候甚至模擬器也沒法找到內核,那後續設計也就沒有任何意義。看到這裡,你可能會明白,i.MXRT畢竟是跨界處理器,它是為高性能場景而生的,運行起來後切換到內部 RC24M 來降功耗只是它的附帶功能而已。

  至此,i.MXRT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用便介紹完畢了,掌聲在哪裡~~~

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  衡傑(痞子衡),目前就職於恩智浦MCU系統部門,擔任嵌入式系統應用工程師。

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