外部32.768KHzクリスタルからSAMD21クロック設定まで

はじめに

外部32.768KHz水晶発振子からSAMD21クロックを48MHzに設定する手順、ソースをメモにしておく。

設定手順

1. DFLL48Mリファレンスとして使用されるXOSC32Kクロック（オンボード外部32.768Hzクリスタル）を有効にする。
2. XOSC32Kを汎用クロックジェネレーター1として使用する。
3. 汎用クロックジェネレータ1を汎用クロックマルチプレクサ0（DFLL48Mリファレンス）のソースとして使用する。
4. DFLL48Mクロックを有効にする。
5. 汎用クロックジェネレータ0をDFLL48Mに切り替える。
6. CPUのクロックは48MHzで動作する。

ソースコード

下記参考資料から抜粋したソースは以下のとおり。

/* Set 1 Flash Wait State for 48MHz, cf tables 20.9 and 35.27 in SAMD21 Datasheet */
NVMCTRL->CTRLB.bit.RWS = NVMCTRL_CTRLB_RWS_HALF_Val ;

/* Turn on the digital interface clock */
PM->APBAMASK.reg |= PM_APBAMASK_GCLK ;

/* Enable XOSC32K clock (External on-board 32.768Hz oscillator) */
SYSCTRL->XOSC32K.reg = SYSCTRL_XOSC32K_STARTUP( 0x6u ) | /* cf table 15.10 of product datasheet in chapter 15.8.6 */
                       SYSCTRL_XOSC32K_XTALEN | SYSCTRL_XOSC32K_EN32K ;
SYSCTRL->XOSC32K.bit.ENABLE = 1 ; /* separate call, as described in chapter 15.6.3 */
while ( (SYSCTRL->PCLKSR.reg & SYSCTRL_PCLKSR_XOSC32KRDY) == 0 )
{
  /* Wait for oscillator stabilization */
}

/* Software reset the module to ensure it is re-initialized correctly */
GCLK->CTRL.reg = GCLK_CTRL_SWRST ;
while ( (GCLK->CTRL.reg & GCLK_CTRL_SWRST) && (GCLK->STATUS.reg & GCLK_STATUS_SYNCBUSY) )
{
  /* Wait for reset to complete */
}

/* Put XOSC32K as source of Generic Clock Generator 1 */
GCLK->GENDIV.reg = GCLK_GENDIV_ID( GENERIC_CLOCK_GENERATOR_XOSC32K ) ; // Generic Clock Generator 1
while ( GCLK->STATUS.reg & GCLK_STATUS_SYNCBUSY )
{
  /* Wait for synchronization */
}

/* Write Generic Clock Generator 1 configuration */
GCLK->GENCTRL.reg = GCLK_GENCTRL_ID( GENERIC_CLOCK_GENERATOR_OSC32K ) | // Generic Clock Generator 1
                    GCLK_GENCTRL_SRC_XOSC32K | // Selected source is External 32KHz Oscillator
//                  GCLK_GENCTRL_OE | // Output clock to a pin for tests
                    GCLK_GENCTRL_GENEN ;
while ( GCLK->STATUS.reg & GCLK_STATUS_SYNCBUSY )
{
  /* Wait for synchronization */
}

/* Put Generic Clock Generator 1 as source for Generic Clock Multiplexer 0 (DFLL48M reference) */
GCLK->CLKCTRL.reg = GCLK_CLKCTRL_ID( GENERIC_CLOCK_MULTIPLEXER_DFLL48M ) | // Generic Clock Multiplexer 0
                  GCLK_CLKCTRL_GEN_GCLK1 | // Generic Clock Generator 1 is source
                  GCLK_CLKCTRL_CLKEN ;
while ( GCLK->STATUS.reg & GCLK_STATUS_SYNCBUSY )
{
  /* Wait for synchronization */
}

/* Enable DFLL48M clock */  
SYSCTRL->DFLLCTRL.reg = SYSCTRL_DFLLCTRL_ENABLE;
while ( (SYSCTRL->PCLKSR.reg & SYSCTRL_PCLKSR_DFLLRDY) == 0 )
{
  /* Wait for synchronization */
}
SYSCTRL->DFLLMUL.reg = SYSCTRL_DFLLMUL_CSTEP( 31 ) | // Coarse step is 31, half of the max value
                       SYSCTRL_DFLLMUL_FSTEP( 511 ) | // Fine step is 511, half of the max value
                       SYSCTRL_DFLLMUL_MUL( (VARIANT_MCK + VARIANT_MAINOSC/2) / VARIANT_MAINOSC ) ; // External 32KHz is the reference
while ( (SYSCTRL->PCLKSR.reg & SYSCTRL_PCLKSR_DFLLRDY) == 0 )
{
  /* Wait for synchronization */
}

/* Write full configuration to DFLL control register */
SYSCTRL->DFLLCTRL.reg |= SYSCTRL_DFLLCTRL_MODE | /* Enable the closed loop mode */
                         SYSCTRL_DFLLCTRL_WAITLOCK |
                         SYSCTRL_DFLLCTRL_QLDIS ; /* Disable Quick lock */
while ( (SYSCTRL->PCLKSR.reg & SYSCTRL_PCLKSR_DFLLRDY) == 0 )
{
  /* Wait for synchronization */
}

/* Enable the DFLL */
SYSCTRL->DFLLCTRL.reg |= SYSCTRL_DFLLCTRL_ENABLE ;
while ( (SYSCTRL->PCLKSR.reg & SYSCTRL_PCLKSR_DFLLLCKC) == 0 ||
        (SYSCTRL->PCLKSR.reg & SYSCTRL_PCLKSR_DFLLLCKF) == 0 )
{
  /* Wait for locks flags */
}
while ( (SYSCTRL->PCLKSR.reg & SYSCTRL_PCLKSR_DFLLRDY) == 0 )
{
  /* Wait for synchronization */
}

/* Switch Generic Clock Generator 0 to DFLL48M. CPU will run at 48MHz. */
GCLK->GENDIV.reg = GCLK_GENDIV_ID( GENERIC_CLOCK_GENERATOR_MAIN ) ; // Generic Clock Generator 0
while ( GCLK->STATUS.reg & GCLK_STATUS_SYNCBUSY )
{
  /* Wait for synchronization */
}

/* Write Generic Clock Generator 0 configuration */
GCLK->GENCTRL.reg = GCLK_GENCTRL_ID( GENERIC_CLOCK_GENERATOR_MAIN ) | // Generic Clock Generator 0
                    GCLK_GENCTRL_SRC_DFLL48M | // Selected source is DFLL 48MHz
//                  GCLK_GENCTRL_OE | // Output clock to a pin for tests
                    GCLK_GENCTRL_IDC | // Set 50/50 duty cycle
                    GCLK_GENCTRL_GENEN ;
while ( GCLK->STATUS.reg & GCLK_STATUS_SYNCBUSY )
{
  /* Wait for synchronization */
}

参考資料

ArduinoCore-samd | Github