晶振损坏了，STM32还能正常运行？

问题：

该问题由某客户提出，发生在STM32F103VDT6器件上。据其工程师讲述：在其产品的设计中，STM32的HSE外接8MHz的晶体产生振荡，然后通过STM32内部的PLL倍频到72MHz，作为STM32的系统时钟，驱动芯片工作。在STM32片外有专用的看门狗芯片，监控STM32的运行。STM32内部的软件会在STM32的某个管脚上产生脉冲来复位看门狗。一旦STM32没有及时的产生脉冲来复位门狗，则看门狗会认为STM32运行不正常，从而复位STM32。在对该产品做可靠性测试时，进行了对看门狗监控时钟失效能力的测试。

测试的方法是：将HSE外接的晶体的两个端子接地，使其停止振荡，从而验证看门狗能否做出对STM32的做出复位动作。试验结果表明，看门狗没有产生复位动作。进一步测试发现，STM32在失效情况下仍在向看门狗发送复位脉冲。详解STM32时钟的文章：详解STM32的时钟系统，收藏了。

调研：

重复测试，确认其所述现象属实。检查软件代码，确认其软件没有开启STM32的CSS功能。修改代码，将PLL的二分频从STM32的MCO管脚送出，以方便用示波器观察。通过控制晶体的管脚是否接地来控制HSE是否振荡。当HSE正常振荡时，MCO送出的信号频率为36MHz，当HSE停止振荡时，MCO送出的信号的频率在1.7MHz附近，如图（一）所示:

 

通过调试器观察寄存器 RCC_CFGR 中的 SWS 控制控制位，其值为[10]，说明此时的系统时钟确实来自PLL的输出。

从STM32F103VD的数据手册中查找PLL相关的参数如表（一）：

其中，PLL的输出频率范围是16MHz–72MHz。也就是说，PLL 在处于相位锁定的状态下，可以输出16MHz–72MHz的时钟信号。而当输入信号频率过低而导致输出信号频率低于16MHz时，将可能处于失锁的状态。在这状态下，它的输出信号的频率与输入信号的频率之间，不一定符合所设定的倍频与分频关系。更确切的说，不能通过公式:

得出“输入信号频率为零时，输出信号频率也为零”这样的结论。这一点与实测的结果相吻合。

结论：

STM32的PLL在没有输入信号的情况下，仍能维持在最低的频点处振荡，产生输出。以至，CPU及其它外设仍能在PLL送出的时钟的驱动下运行。所以，通过判断有无时钟来驱动CPU执行指令的方式来判断HSE是否失效是行不通的。

处理：

对软件做如下修改：

1、在软件的初始化部分，开启STM32的CSS功能；

2、修改NMI中断服务程序，加入 while(1)陷阱语句；

开启CSS功能后，当HSE失效时，STM32会自动开启HSI，并将系统时钟的来源切换到HSI的输出，同时产生NMI中断。这样，程序的流程将停留在NMI中而不能产生复位片外的看门狗的脉冲。当片外看门狗溢出后，就会复位STM32，使其恢复到正常驻的状。

建议：

STM32中的CSS功能是专门为检测和处理HSE失效而设计的。但该功能在STM32复位后是被禁止的，需要软件对其使能才会发挥作用。当CSS单元检测到HSE失效时，它会使能HSI,并将系统时钟切换到HSI。同时，它会关闭HSE，如果PLL的输入信号来自HSE的输出，它也会关闭PLL。CSS单元在做时钟调整的同时，也会产生一个NMI中断请求，和一个送给高级定时器的刹车信号。NMI中断请求会产生一个NMI中断，以便用户程序可以在中断服务程序中做紧急处理，而刹车信号则是使高级定时器进入刹车状态，以防止由其控制的电机驱动桥臂由于失去控制而过流。用户程序可以在NMI中断服务程序中尝试恢复HSE及PLL的功能，也可以使用陷阱让程序的流程停留在服务程序中，从而等待看门狗复位整个系统。

来源：玩转单片机与嵌入式
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审核编辑 黄宇