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痞子衡嵌入式：淺談i.MXRT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用

2022-10-03 06:02:24

　　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。最近在客戶支援中，有客戶諮詢專案板級設計上能否將外部 24MHz 晶振完全去掉，就使用晶片內部整合的 RC24M 做初始時鐘源。今天痞子衡就詳細展開這個話題：

  • Note: 本文中圖片程式碼均以 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 用於連線 24MHz 晶振，RTC_XTALI/O 用於連線 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，它是高效能應用的保證。

  • 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 模組的，中間會經過晶片內部 OSC 24MHz 模組，而 OSC 24MHz 模組本身還包含了一個 RC24M 震盪電路，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 模組的源可來自外部 XTAL24M 也可以是內部 RC24M，但這種切換不是自動的，需要在程式碼裡主動切換。
  • 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振盪器能否替代外部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。

　　如果你的應用裡不涉及 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，切換程式碼如下。其中需要注意的是如果當前核心時鐘源來自 PLL，那麼必須先將核心時鐘切到 OSC24M，否則 OSC24M 時鐘源切換操作會直接導致程式碼跑飛（一旦 PLL 時鐘源發生變化，輸出會不穩，此時核心執行會出現異常）：

void ClockSelectRcOsc(void)
{
    // 將核心時鐘源從 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();

    // 恢復核心時鐘源（這裡的 m、n 為切換之前的設定）
    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 例程。

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！因為晶片系統（核心、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，晶片系統上電後，核心沒有正確的時鐘源，BootROM 程式碼無法正常執行，這時候甚至模擬器也沒法找到核心，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，它是為高效能場景而生的，執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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