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1. PHASE LOCKED LOOP(PLL)
S3C6410里包含三个PLL(锁相环),APLL, MPLL, EPLL,通过设置它们将输入时钟同步输出达到操作CPU的工作频率的目的。如图1-1所示。
Voltage Controlled Oscillator (VCO)P[5:0]位来设置FIN进行分频。通过设置Main-Divider分频数,分频压控振荡器产生的输出时钟频率,分频之后的低频进入鉴相器ScalerS[2:0]位设置PLL的输出时钟频率都可以通过
PLL的时钟选择和输入参照时钟
图1-2描述了时钟产生逻辑。S3C6410有三个PLL锁相环,工作时钟也分为三组,APLL用来为ARM芯片提供工作时钟,MPLL为AXI,AHB,APB总线上设备提供工作时钟,EPLL为特殊外设,如:视频解码器,图片编码器等,提供工作时钟。
图1-2时钟产生逻辑单元
CLK_SRC寄存器的低三位CLK_SRC[2:0]分别控制三种工作时钟。当对应位被置位,则产生对应PLL的工作时钟。否则,不会产生对应的PLL工作时钟。
3. 三种工作时钟的产生
ARM1176最高产生667Mhz的工作频率。用户可以通过设置内部时钟分频器的值来控制输出工作时钟,而不用修改PLL的工作频率。分频器可以选择1~16的分频数。ARM内核可以通过修改分频器的值来减少系统电源的损耗。
S3C6410内部含有AXI,AHB和APB总线,通过不同的总线控制不同的外设,关闭总线上的时钟频率可以达到系统节能的目的。AXI,AHB总线最高工作在133MHz频率下,APB总线最高工作在66MHz频率下。由于APB和AXI,AHB总线上二者工作频率不一致,在这两种总线上进行数据同步传输时会采用特殊逻辑单元,如图1-3所示。
图1-3系统总线工作频率设置
HCLKX2时钟由DDR0,DDR1两个DDR控制器产生,其最高可以以266MHz频率发送和接收数据。每个HCLKX2时钟可以根据用户需要分别被关闭掉来减少系统损耗。AHB总线上的时钟由DIV(HCLK)分频器分频后输出,同样AHB总线上的外设也可以被关闭掉以节省电源消耗。HCLK_GATE寄存器用来关闭工作在HCLKX2和HCLK时钟上的外设。
慢速设备连接在APB总线上。APB时钟最高工作在66MHz,通过DIV(PCLk)分频器来进行分频设置,通过设置PCLK_GATE寄存器来关闭对应的APB总线上的外设。根据S3C6410硬件手册说明,AHB总线和APB总线上的频率必须是偶数,例如,如果DIV(HCLK)对应控制位CLK_DIV[8]设置为1,则DIV(PCLK)对应位CLK_DIV0[15:12]必须设置为1,3,5,…等奇数。否则,APB总线上的外设不能正解的进行数据传输。
AHB总线上的JPEG和安全相关子系统不能工作在133MHz,AHB总线专门为这样低频子系统提供低频工作时钟,通过设置DIV(CLKJPEG)和DIV(CLKSECUR)分频位来设置其工作频率。因此,同样在APB总线上也有类似的这种限制设定,DIV(CLKJPEG)和DIV(CLKSECUR)对应的CLK_DIV0[27:24]分频位和CLK_DIV0[19:18]分频位必须是奇数,二者的和是偶数。如表1-1所示,官方给出了推荐的设置参数。
表1-1官方推荐参数
4. MFC模块时钟的产生
MFC模块需要特殊的时钟,如图1-5所示。
图1-5 MFC时钟产生逻辑
MFC时钟源可以从HCLKX2和MOUT(EPLL)中选择。MFC的工作时钟使用HCLKX2来分频。默认HCLKX2时钟频率为266MHz。因此,CLK_DIV0[31:28]必须设置为b0001来产生MFC工作的133MH时钟。当MFC模块不需要工作在高性能模式下时,有两种方式可以减少MFC模块工作频率来达到减少MFC模块的功耗。第一种方式是设置CLK_SRC[4]使用EPLL的输出时钟,另外一种方式是设置CLK_DIV0[31:28]的分频数,同时,设置CLK_SRC[4]位,这样低频工作时钟就可以提供给MFC模块。EPLL输出时钟是与HCLKX2和HCLK独立的。
5. UART,SPI,MMC工作时钟的产生
如图1-6所示,是上述三种外设工作时钟逻辑。
图1-6 UART,SPI,MMC工作时钟逻辑模块
通过设置CLK_DIV2[19:16]位来设置UART的工作频率的分频数,通过SCLK_GATE[9]来开启关闭UART时钟源。
该模块中有一个额外的时钟源CLK27M,使用该时钟源可以提供更多的可选工作时钟。
6. 时钟的开启/关闭控制
HCLK_GATE,PCLK_GATE和SCLK_GATE用来控制三种时钟源的产生,如果对应的位被设置,对应时钟就会产生。
HCLK_GATE控制HCLK总线上的外设工作时钟的产生,PCLK_GATE控制PCLK总线上的外设工作时钟的产生,PCLK总线上的外设需要特定的时钟,它们通过SCLK_GATE来设置。
7. 同步667MH操作模式
根据S3C6410硬件手册,ARMCLK和HCLK的时钟比必须是整数,用来同步ARM内核和AXI总线接口二者的时钟。S3C6410没有对CPU工作在533MHz做限制,ARMCLK = 533MHz,HCLKX2=266MHz,HCLK=133MH,不过,对于工作在533MHz以上时,例如667Mhz时,只能支持1:2.5:5的时钟比(ARMCLK = 667MHz,HCLKX2=266MHz,HCLK=133MH)
8. 时钟分频
图1-7时钟分频模块
如图1-7所示,时钟分频模块产生三种时钟,ARMCLK,HCLKX2,HCLK。时钟分频器包含两部分,预分频器组和后分频器组,预分频器包含一个1/2预分频器和1/5预分频器,这两个分频器是固定的不能被软件配置,而后分频器可以通过配置CLK_DIV0寄存器方式进行配置。当MISC_CON的SYNC667MHz位被设置时,两个预分频器同时工作,产生APLL的分频经过预分频器分频的时钟,如果APLL的FOUT输出频率为1.33GHz,预分频器ARMCLK的输出为667Mhz,预分频器HCLK的输出为266MHz。这样经过分频的时钟可以通过CLK_DIV0寄存器进行配置。
我们打算将ARM内核时钟设置为官方推荐的稳定的533MHz,让APLL为AHB,APB输出工作频率。让MPLL为UART等外设提供工作频率,EPLL不工作。同时设置HCLKX2为266MHz,HCLK为133MHz,PCLK为66.5MHz,UART工作时钟为66.5MHz。
1. 选择HCLKX2, HCLK, PCLK的时钟源,由图1-2可知其时钟源可以通过OTHER[6]选择是由DOUT_APLL还是MOUT_MPLL,我们选择从DOUT_APLL。
ldr r0, =CLOCK_BASE ;0x7e00f000
ldr r1, [r0, #OTHERS_OFFSET] ; 选择MPLL的时钟源
movr2, #0x40
orr r1, r1, r2
str r1, [r0, #OTHERS_OFFSET]
nop
nop
nop
nop
; 选择CPU的同步工作模式
ldr r2, =0x80
orr r1, r1, r2
str r1, [r0, #OTHERS_OFFSET]
;测试是否已经工作在同步模式下
check_syncack
ldr r1, [r0, #OTHERS_OFFSET]
ldr r2, =0xf00
and r1, r1, r2
cmpr1, #0xf00
bne check_syncack
2. 设置变频锁定时间,当系统时钟修改之后要经过段LOCK时间
; 设置变频锁定时间
movr1, #0xff00
orr r1, r1, #0xff
str r1, [r0, #APLL_LOCK_OFFSET]
str r1, [r0, #MPLL_LOCK_OFFSET]
str r1, [r0, #EPLL_LOCK_OFFSET]
3. 设置ARMCLK, HCLKX2, HCLK, PCLK的分频
各种频率的关系如图1-3所述:
APLL或MPLL产生的输出频率经过OTHER[6]选择之后再经过MISC_CON[19]选择是否被1/5分频,产生的输出频率进入DIV_HCLKx2,根据CLK_DIV0的不同位设置HCLKX2,HCLK,PCLK,CLKJPEG,CLKSECUR的输出频率。其值设置情况如CLK_DIV0寄存器描述内容所述。
l 我们将MPLL选择DOUT_APLL,MISC_ON[19]不进行分频,DOUT_APLL产生的时钟(533MHz)直接进入到DIV_HCLKX2分频器中。
l 根据硬件手册可知,HCLKX2的频率固定为266MHz,所以HCLKX2_RATIO设置为0b1
l HCLK上挂接有内存,Mobile DDR内存最高工作在133MHz,所以HCLK最高主频设置为HCLKX2的1/2,即:HCLK_RATIO = 0b1
l 设置PCLK上的工作频率为66.5MHz,即:PCLK_RATIO = 0b11
l 设置ARM内核工作频率为553MHz,即:ARM_RATIO = 0b0
l 设置DOUT_MPLL为266MHz,为后面UART提供时钟源,即:MPLL_RATIO = 0b0
l 其它时钟频率保持默认值
; MPLL_RATIO = 0<<4, ARM_RATIO = 0
; DOUT_MPLL = MOUT_MPLL/(MPLL_RATIO + 1)
; 即 ARMCLK = DOUT_APLL / (ARM_RATIO + 1)
; 即 ARMCLK = 533MHz, DOUT_MPLL = 266MHz
; HCLKX2_RATIO = 1<<9 , HCLK_RATIO = 1<<8, PCLK_RATIO = 3<<12, HCLKX2IN = 533
; 即 HCLKX2 = HCLKX2IN / (HCLKX2_RATIO + 1) = 266
; 即 HCLK = HCLKX2 / (HCLK_RATIO + 1) = 133
; 即 PCLK = HCLKX2 / (PCLK_RATIO + 1) = 66.5
ldr r1, [r0, #CLK_DIV0_OFFSET]
bic r1, r1, #0xff00
bic r1, r1, #0xff
ldr r2, =0x3300
orr r1, r1, r2
str r1, [r0, #CLK_DIV0_OFFSET]
4. 设置UART工作时钟
由图1-6可知,通过设置CLK_SRC[1]选择DOUT_MPLL的工作时钟是否进行倍频,通过设置CLK_DIV0[4]对时钟进行分频,再通过CLK_SRC[13]选择UART的工作时钟源,设置CLK_DIV2[19:16]位用于分频UART工作时钟。由前面可知DOUT_MPLL = 266MHz,UART选择其作为自己工作时钟源,则对其进行1/4分频可以得到66.5MHz。
如下表可知:设置寄存器CLK_DIV2[19:16] = 0b11,同时还要设置CLK_SRC[13] = 0b1即可。
; 设置UART串口的分频数寄存器CLK_DIV2
ldr r1, [r0, #CLK_DIV2_OFFSET]
bic r1, r1, #0x70000
orr r1, r1, #0x30000 ; 设置其值为3,即CLKUART = CLKUARTIN / 4
str r1, [r0, #CLK_DIV2_OFFSET]
5. 使能APLL,EPLL锁相环
根据硬件手册上的说明设置APLL, EPLL的M,D,S分频数。
APLL产生533MHz的FOUT_APLL
EPLL产生266MHz的MOUT_EPLL
;使能APLL锁相环,配置M,D,S分频数, according to Datasheet FOUT_APLL = 533 then
; APLL_EN = 1<<31, MDIV = 266<<16, PDIV = 3<<8, SDIV = 1
ldr r1, = 0x810a0301
str r1, [r0, #APLL_CON_OFFSET]
; 使能MPLL锁相环,配置M,D,S分频数
; MPLL_EN = 1<<31, MDIV = 266<<16, PDIV = 3<<8, SDIV = 2
ldr r1, = 0x810a0302
str r1, [r0, #MPLL_CON_OFFSET]
6. 设置对应时钟源寄存器,为各种外设提供时钟频率
; UART_SEL = 0b1
; MPLL_SEL = 0b1, APLL_SEL = 0b1
ldr r1, [r0, #CLK_SRC_OFFSET]
ldr r2, =0x2005 ; 同时设置UART的时钟源来自MPLL
orr r1, r1, r2
str r1, [r0, #CLK_SRC_OFFSET]
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