为什么有的MCU外接24MHz晶振不能去掉？

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为什么有的MCU外接24MHz晶振不能去掉？

大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是i.MXRT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用。

痞子衡之前写过一篇关于时钟引脚的文章 《i.MXRT1xxx系列MCU时钟相关功能引脚的作用》，里面简单提及了外部晶振相关引脚的作用，但是并没有详细展开。最近在客户支持中，有客户咨询项目板级设计上能否将外部 24MHz 晶振完全去掉，就使用芯片内部集成的 RC24M 做初始时钟源。今天痞子衡就详细展开这个话题：

Note: 本文中图片代码均以 i.MXRT1050 为例，但内容基本也适用其他 i.MXRT10xx 系列。
一、外部24MHz晶振作用
i.MXRT 系列共有两组外接晶振专用引脚，XTALI/O 用于连接 24MHz 晶振，RTC_XTALI/O 用于连接 32.768KHz 晶振。其中低频 32.768KHz 晶振主要用于低功耗场景（SNVS 域），而高频 24MHz 晶振（即本文主角）主要是给内部 PLL 提供时钟源，它是高性能应用的保证。


Note: i.MXRT1011/102x 的 PLL 时钟源仅能是 OSC 24MHz，而 i.MXRT105x/106x 的 PLL 时钟源除了 OSC 24MHz 外，还可以是专门时钟输入引脚（CLK1_P/N）。

外部 24MHz 晶振（XTAL24M）并不是直接连到 PLL 模块的，中间会经过芯片内部 OSC 24MHz 模块，而 OSC 24MHz 模块本身还包含了一个 RC24M 震荡电路，这是为了确保在没有外部 XTAL24M 的情况下，PLL 也能正常工作。


Note1: OSC 24MHz 模块的源可来自外部 XTAL24M 也可以是内部 RC24M，但这种切换不是自动的，需要在代码里主动切换。
Note2: RC24M 主要用于低速应用场合，并且以 RC24M 为源的功耗比以 XTAL24M 为源的功耗小很多。

二、内部RC24M振荡器能否替代外部24MHz晶振？
我们知道内部 RC24M 精度较差，最差的情况甚至有 20% 的精度误差，这种情况下一些对精度要求高的外设（比如 USB、ENET）是无法使用 RC24M 为源的 PLL 输出作为时钟源的。


如果你的应用里不涉及 USB、ENET 等外设，就使用了一些简单的 LPUART/LPSPI 等外设，那么是完全可以禁掉外部 XTAL24M 的使用的，切换代码如下。其中需要注意的是如果当前内核时钟源来自 PLL，那么必须先将内核时钟切到 OSC24M，否则 OSC24M 时钟源切换操作会直接导致代码跑飞（一旦 PLL 时钟源发生变化，输出会不稳，此时内核运行会出现异常）：

1. void ClockSelectRcOsc(void)
   
2. {
   
3.     // 将内核时钟源从 PLL 切换到 OSC 24M
   
4.     CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphClk2Mux, 1);
   
5.     CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphMux, 1);
   
6. 
   
7.     // 将 OSC 24M 时钟源从外部 XTAL24 切换到内部 RC24M
   
8.     CLOCK_InitRcOsc24M();
   
9.     CLOCK_SwitchOsc(kCLOCK_RcOsc);
   
10.     CLOCK_DeinitExternalClk();
    
11. 
    
12.     // 恢复内核时钟源（这里的 m、n 为切换之前的配置）
    
13.     CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphClk2Mux, m);
    
14.     CLOCK_SetMux(kCLOCK_PeriphMux, n);
    
15. }

复制代码

更多 RC24M 的应用详见 \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应用场合，RC24M 可以替代 XTAL24M，那么我们能不能直接把 XTAL24M 完全去掉呢？答案很遗憾，不能！因为芯片系统（内核、PLL）默认就是以 XTAL24M 为初始时钟源：

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

复制代码

如果没有外部 XTAL24M，芯片系统上电后，内核没有正确的时钟源，BootROM 代码无法正常执行，这时候甚至仿真器也没法找到内核，那后续设计也就没有任何意义。看到这里，你可能会明白，i.MXRT毕竟是跨界处理器，它是为高性能场景而生的，运行起来后切换到内部 RC24M 来降功耗只是它的附带功能而已。


至此，i.MXRT10xx系列MCU外接24MHz晶振的作用便介绍完毕了，掌声在哪里~~~

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