基于ADSP-BF531处理器的时钟及锁相环

一、 时钟及锁相环

ADSP-BF531处理器使用来自外部晶体的正弦输入，或经过缓冲整形的外部时钟。如果使用外部时钟，该时钟信号应是TTL兼容信号，而且正常运行时，此时钟不能停止、改变、或低于指定的频率。此外部时钟应连到DSP的CLKIN引脚，且XTAL引脚必须悬空。

由于ADSP-BF531处理器有片内振荡电路，所以也可以使用外部晶振。外部晶振应当连接到CLKIN和XTAL引脚，并与两个电容相连。电容值取决于晶振的类型，应当由晶振厂商提供。内核时钟（CCLK）和系统外设时钟（SCLK）可由输入时钟（CLKIN）信号获得，如图5-1所示。用户通过设置PLL_CTL中的倍频因子，可使片上PLL倍频CLKIN信号， CLKIN与倍频因子的乘积为PLL输出（VCO）的中间时钟，内核时钟（CCLK）和系统外设时钟（SCLK）就是由VCO产生。

图5-1 PLL 结构框图

用户可以通过四个MMR寄存器来操作或者读取PLL的状态。分别为分频寄存器（PLL_DIV），PLL控制寄存器（PLL_CTL），PLL状态寄存器(PLL_STAT)和PLL锁定计数寄存器（PLL_LOCKCNT）。四个寄存器都是16位的，访问时候需要注意对齐问题。

表5-1 PLL_DIV（地址：0XFFC0 0004 复位值0x0005）

位	名称	描述
15:6	-	未用
5:4	CSEL	内核时钟选择 00：CCLK=VCO/1； 01：CCLK=VCO/2； 10：CCLK=VCO/4； 11：CCLK=VCO/8。
3:0	SSEL	系统时钟选择 0000：保留 1~15：SCLK= VCO / X

表5-2 PLL_CTL（地址：0XFFC0 0000 复位值0x1400）

位	名称	描述
15	SPORT_HYS	添加250mV滞后电压到SPORT 输入脚
14:9	MSEL	VCO倍频因子 0:64倍频 N=1~63：N倍频
8	BYPASS	跳过PLL 0：不跳过PLL（PLL有效） 1：跳过 PLL
7	OUT_DELAY	输出延迟 0：输出不延迟 1：PLL 到外部时钟输出，添加200ps的延迟
6	IN_DELAY	输入延迟
5	PDWM	掉电模式 0：所有内部时钟掉电 1：所有内部时钟开启
4	-	未用
3	STOPCK	内核时钟停止 0：内核时钟正常运行 1：内核时钟停止
2	-	未用
1	PLL_OFF	PLL 电源控制 0：开启PLL 电源 1：关断PLL 电源
0	DF	输入时钟二分频使能 0：输入时钟直接连PLL； 1：输入时钟二分频后连PLL。

表5-3 PLL_STAT（地址：0XFFC0 000C 复位值0x00A2 只读）

位	名  称	描  述
15:8	-	未使用
7	VSTAT	电压调节器指示 0：电压调节器未达到编程电压 1：电压调节器达到了编程电压
6	CORE_IDLE	内核停止状态
5	PLL_LOCKED	锁相环锁住
4	SLEEP	休眠
3	DEEP_SLEEP	深度休眠
2	ACTIVE_PLLDISABLED	激活模式，PLL禁止
1	FULL_ON	所有均使能
0	ACTIVE_PLLENABLED	激活模式，PLL使能

当用户改变锁相环输出频率时，锁相环需要一段过渡时间，来稳定到新的输出频率，PLL_LOCKCNT寄存器所定义的时钟计数就是设置新的时钟频率后，锁相环锁定需要的周期数。

二、 电源管理

1.    动态电源管理控制器

ADSP-BF531的动态电源管理控制器（DPMC）与PLL结合，使用户能够动态地控制处理器的性能和功耗。用户可以利用DPMC提供下面的功能，对性能和功耗进行控制。

多种运行模式——ADSP-BF531有4种不同的运行模式，每个模式的性能和功耗都不同；

外设时钟——用户可以控制外设时钟的关断和接通，当一个外设处于空闲或者未被使用时，可以节省功耗；

电压控制——ADSP-BF531提供一个片上电压调节器，利用buck技术，它能够操纵Blackfin处理器内核的内部电压，从而进一步降低功耗。

2.    运行模式

ADSP-BF531有4种运行模式，每种模式有不同的性能/功耗特性，此外，动态功率管理有动态地改变处理器内核供电电压的控制功能，进一步降低功耗。控制每一个ADSP-BF531处理器外设的时钟也能降低功耗，表5-4总结了各种模式的运行特性。

表5-4 运行模式

运行模式	省电	PLL状态	PLL旁路	CCLK	SCLK	允许DMA访问
全速	无	使能	否	使能	使能	L1
活动	中	使能	是	使能	使能	L1
休眠	高	使能	否	禁止	使能
深度休眠	最大	禁止		禁止	禁止

(1)  全速模式

全速模式是Blackfin的最高性能模式。在该模式中，PLL被全能并且不被旁路，该模式是Blackfin正常执行时的状态，处理器和所有被使能的外设以全速运行。在该模式下，输入时钟（CLKIN）对内核时钟（CCLK）的频率比不能被改变。DMA存取可用于L1存储器，处理器可以从全速模式切换到活动、休眠或深度休眠模式。

(2)  活动模式

在此模式下，PLL被使能，但被旁路。因为PLL被旁路，处理器内核时钟（CCLK）和系统时钟（SCLK）运行于输入时钟（CLKIN）频率下。在此模式下，CLKIN到CCLK倍频可变，直到进入全速运行模式。通过适当地配置L1存储器，可以进行DMA访问。

在激活模式下，通过PLL控制寄存器（PLL_CTL）能够禁止PLL。如果被禁止，在转换到全速或休眠模式前必须被使能。

(3)  休眠模式

休眠运行模式通过关闭处理器内核（CCLK）的时钟来降低功耗，然而PLL和系统时钟（SCLK）仍在运行。一般通过外部事件或RTC活动来唤醒处理器。此模式下唤醒的出现将会使处理器检查PLL控制寄存器（PLL_CTL）中旁路位（BYPASS）的值。如果旁路位被关闭，处理器将切换到全速运行模式。如果旁路位使能，处理器将切换到活动运行模式。

休眠模式时，系统DMA不支持对L1存储器的访问。在休眠模式下，一个唤醒事件可以使处理器切换到下面两个模式之一：

如果PLL_CTL中的BYPASS位被置位，则进行活动模式；

如果PLL_CTL中的BYPASS位被清零，则进行全速模式。

(4)  深度休眠模式

深度休眠模式通过停止PLL、CCLK和SCLK，达到最省电效果。在该方式中，除了实时时钟（RTC）外，处理器内核以及所有其他外设都被禁止。该模式下不支持DMA。

在深度休眠模式中，DEEP_SLEEP输出管脚输出有效电平。深度休眠方式只能被RTC中断或硬件复位事件激活。一个RTC中断使处理器切换到活动模式，一次硬件复位启动硬件复位序列。在深度休眠方式中，SDRAM的定时信号被关闭。在进入深度休眠方式之前，软件应该保证将SDRAM中重要信息转换到其他存储器中。

3.    片上内核电压调节器

处理器内部提供了一个开关模式电压调节器，只需要几个外部元件，就可以组成一个电压可以设置的动态电源模块，为内核供电。这样，我们就可以根据不同的处理能力需求，来控制内核电压，达到按需供电的目的。以节约能量。如图5-2所示，图中VROUT为内部调节器PWM 输出，与PMOS、蓄能电感、肖特基二极管以及几个相关的电容，组成典型的BUCK电路。

当然，在不需要功率控制的情况下，这一部分电路也可以省略，可以用一个固定输出的电路代替。MS531第一版就是采用SPX3819-1.2固定输出的LDO作为内核电源的。VCCINT的范围为0.85~1.30V，不同电压，能支持的最高频率也是不同的。如果要想更好的性能 ，就得保证较高的内核电压。

图5-2 电源调节器外部结构

VR_CTL 寄存器控制着所有的偏上内核电压调节参数，写入VR_CTL后，将会导致锁相环重新锁定。表5-5为VR_CTL寄存器各位的含义。

表5-5 VR_CTL（地址：0XFFC0 0008   复位值0x00DB）

位	名称	描述
15：9	-	未用
8	WAKE	RTC 唤醒设置 0：不允许RTC唤醒 1：允许RTC唤醒
7：4	VLEV	设定内核电压级别 0000-0101：保留 0110：0.85V 0111：0.90V 1000：0.95V 1001：1.00V 1010：1.05V 1011：1.10V 1100：1.15V 1101：1.20V 1110：1.25V 1111：1.30V
3：2	GAIN	电压输出增益控制，值越大电压调节速率越快，但是容易过冲 00：5    01：10 10：20   11：50
1：0	FREQ	调节器的频率，频率越高需要的电感和电容越小，但是会产生较强的EMI 00：旁路/不工作模式 01：333kHz 10：667kHz 11：1MHz