基于GUI 軟件配置UCD3138 數(shù)字電源 PMBUS 命令
2013-07-01
作者:Neil Li, Sundy Xu
來源:China Telecom Application Team
摘要
可與數(shù)字電源UCD3138 配套使用的Fusion Digital Power Designer 軟件擁有Graphical User Interface (GUI) 界面,用戶可在其上編輯數(shù)據(jù)并通過對應的PMBUS 命令與UCD3138 的軟件交互。在GUI 界面中,用戶可以靈活的增加GUI 軟件支持的PMBUS 命令,亦可以刪除,因此大幅提高了GUI 的靈活性。本文通過兩個實例,詳細分析了如何增加和刪除GUI 軟件可以支持的PMBUS 命令。
1 數(shù)字電源GUI 軟件及其配置功能
數(shù)字電源GUI 軟件運行于用戶計算機,可以借助PMBUS 總線與UCD3138 數(shù)字電源通信,完成配置、設計和監(jiān)控等功能。用戶可以靈活的在界面中添加PMBUS 命令支持的信息,亦可以在其中刪除。
1.1 數(shù)字電源GUI 軟件
圖1 所示的是與UCD3138 數(shù)字電源芯片配套使用,可用來對基于UCD3138 數(shù)字電源進行配置,設計及監(jiān)控的GUI 軟件:Fusion Digital Power。該軟件安裝并運行于用戶的計算機上,通過PMBUS 總線與UCD3138 的軟件進行交互。
圖1:數(shù)字電源GUI 軟件
該軟件主要包含以下功能:
1)配置:通過PMBUS 命令對數(shù)字電源的參數(shù)進行配置,如輸入電壓的欠壓保護點(對應的PMBUS 命令為VIN_ON 和VIN_OFF),輸出電流的過流保護(對應的PMBUS 命令為IOUT_OC_FAULT_LIMIT)。
2)設計:主要是對數(shù)字電源的環(huán)路參數(shù)進行設計和模擬。
3)監(jiān)控:可以實時監(jiān)控輸入電壓,輸入電流和溫度等諸多信息。
4)狀態(tài):可以顯示電源板輸入和輸出等狀態(tài),告知用戶當前是否存在故障。
1.2 GUI 軟件的配置功能
圖1 所示的是GUI 的配置界面,其顯示的每一條信息都對應一條PMBUS 命令,可以在用戶計算機與UCD3138 之間傳遞。例如制造商的位置信息(MFR_LOCATION ),對應的便是PMBUS 命令MFR_LOCATION (0x9C),借助PMBUS 總線GUI 軟件可以將UCD3138 中存貯的信息讀取并顯示出來。用戶也可以自行重新編輯該信息,新信息會傳遞到UCD3138 芯片中并進行存儲。
在實際應用中,不同的用戶會關注不同的參數(shù)信息。為提高靈活性,GUI 軟件支持用戶添加和刪除PMBUS 命令支持的參數(shù)信息。下面將詳細介紹如何在GUI 中進行相關操作。
2 增加輸出過流保護點信息
輸出過流保護點對應的PMBUS 命令為IOUT_OC_FAULT_LIMIT,可以用來配置系統(tǒng)的輸出過流保護點。本節(jié)詳細介紹如何在GUI 中添加信息欄來接收用戶的輸入,同時修改UCD3138 的軟件來對用戶的輸入信息進行處理并最終調(diào)整相應模擬比較器的閾值電壓。
2.1 解除對PMBUS 命令的屏蔽
在UCD3138 軟件中,定義了CMD_DCDC_NONPAGED 變量,保存了每一個PMBUS 命令的狀態(tài):用0和1 表征屏蔽還是未屏蔽,如下代碼所示。而“ 輸出過流保護點” 對應的PMBUS 命令是IOUT_OC_FAULT_LIMIT (0x46),需要首先在UCD3138 的軟件中去掉對該命令的屏蔽。
#define CMD_DCDC_NONPAGED \
{0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x02, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0xFE, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x00, \
0x00, 0x40, \
0x3D, 0x00, \
0x00, 0x14 \
}
Fusion Digital Designer 提供了Bitmask tool,用來快速生成新的CMD_DCDC_NONPAGED 變量。具體操作如下。
1) 如圖2,在菜單“Tools”中點擊Isolated GUI Bitmask Generator Tool;
圖2:運行Isolated GUI Bitmask Generator
2)如圖3,在隨后打開的界面中,勾選“PMBUS_CMD_IOUT_OC_FAULT_LIMIT”,即使能命令IOUT_OC_FAULT_LIMIT。此時界面右側的數(shù)據(jù)會有變化,該PMBUS 對應的位由0 變?yōu)榱?。
圖3:勾選相應PMBUS 命令并復制輸數(shù)據(jù)
3)將圖3 右側紅色圖內(nèi)的數(shù)據(jù)復制到UCD3138 的軟件中,覆蓋原來的CMD_DCDC_NONPAGED 變量。
2.2 GUI 中增加新的信息欄
將上述新生成的軟件編譯后燒錄到UCD3138 中,此時通過Fusion Digital Designer 與UCD3138 建立連接后,會發(fā)現(xiàn),GUI 中新增了一條信息輸入欄,見圖
4 中的紅色框
該信息欄的名稱為“IOUT_OC_FAULT_LIMIT”,代碼為0x46,上述為固定信息,是由GUI 軟件自身設定,用戶無法修改。后面的“Value/Edit”值則用來輸入用戶設定的過流保護點。
圖4:GUI 出現(xiàn)新增信息輸入欄
2.3 UCD3138 軟件中的數(shù)據(jù)處理
截止到上節(jié),用戶可以在GUI 中新增一條信息欄并輸入數(shù)據(jù),然后通過對應的PMBUS 命令,將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)経CD3138 中。但為了使UCD3138 接收該數(shù)據(jù)并調(diào)整相應的模擬比較器閾值,還需要修改UCD3138 的軟件。
1、定義變量和結構體
如下代碼,定義了新的結構體變量PMBUS_DCDC_CONFIG,包含成員iout_oc_fault_limit 和reserved。隨后定義了該結構體類型的外部變量pmbus_dcdc_config 和pmbus_dcdc_config_translated,分別用于接收和保存GUI 傳輸?shù)経CD3138 的數(shù)據(jù)和格式轉換后的數(shù)據(jù)。
typedef struct
{
Uint16 iout_oc_fault_limit;
Uint16 reserved;
}PMBUS_DCDC_CONFIG; //must be even number of int16
EXTERN PMBUS_DCDC_CONFIG pmbus_dcdc_config[1];
EXTERN PMBUS_DCDC_CONFIG pmbus_dcdc_config_translated[1];
2、創(chuàng)建新的PMBUS 讀與寫函數(shù)
由于從GUI 傳輸過來的數(shù)據(jù)的首個字節(jié)是對應的PMBUS 命令的代碼,如0x46,并會存放在pmbus_buffer[0]中。因此,可以在函數(shù)pmbus_write_message()中創(chuàng)建新的case 語句,并返回一個新創(chuàng)建的函數(shù)pmbus_write_iout_oc_fault_limit(),該新函數(shù)用來處理接收到的數(shù)據(jù)。這樣就實現(xiàn)了一旦UCD3138 接收到新的數(shù)據(jù)后,且該數(shù)據(jù)是用戶重新編輯的“輸出過流保護點”信息,則就會調(diào)用pmbus_write_iout_oc_fault_limit()函數(shù)進行處理。
switch (pmbus_buffer[0])
{
case 0x46:
return pmbus_write_iout_oc_fault_limit();
}
同時,也需要在函數(shù)pmbus_read_message() 中創(chuàng)建新的case 語句,并返回一個新創(chuàng)建的函數(shù)pmbus_read_iout_oc_fault_limit(),用來返回接收到的信息到GUI 中,以確保信息傳輸正確。這種讀取后再返回驗證的操作是PMBUS 協(xié)議的規(guī)定。
switch (pmbus_buffer[0])
{
case 0x46:
return pmbus_read_iout_oc_fault_limit();
}
3、數(shù)據(jù)處理函數(shù)的設計
◎接收數(shù)據(jù)處理函數(shù)pmbus_write_iout_oc_fault_limit()
該函數(shù)用來接收來自GUI 的數(shù)據(jù),并將該數(shù)據(jù)的格式由Linear Data Format 轉換為浮點型數(shù)據(jù),最后強制轉換為整數(shù)型賦給模擬比較器。關鍵代碼分析如下:
上文提到,來自GUI 的數(shù)據(jù)的首字節(jié)是對應的PMBUS 命令代碼。隨后的兩個字節(jié)便是Linear Data 格式的數(shù)據(jù)。將該數(shù)據(jù)保存在pmbus_dcdc_config 結構體的iout_oc_fault_limit 成員中,如下代碼所示。
Pmbus_dcdc_config[0].iout_oc_fault_limit = pmbus_buffer[1] + (pmbus_buffer[2] << 8);
下面代碼是調(diào)用格式轉換函數(shù)linear11_to_float(),將上面接收到的數(shù)據(jù)轉換為浮點型數(shù)據(jù)。
local_variable = linear11_to_float(pmbus_dcdc_config[0].iout_oc_fault_limit);
由于轉換后的浮點型數(shù)據(jù)與最終需要賦給模擬比較器閾值的數(shù)據(jù)存在一定的比例,需要一個轉換系數(shù)(scaler)。縮放后存放在pmbus_dcdc_config_tanslated 結構體的iout_oc_fault_limit 成員中。
pmbus_dcdc_config_translated[0].iout_oc_fault_limit = (int)(local_variable*2.54);
最終該值賦給模擬比較器的閾值,用來做快速保護。
FaultMuxRegs.ACOMPCTRL0.bit.ACOMP_B_THRESH=pmbus_dcdc_config_translated[0].iout_oc_fault_limit;
◎返回數(shù)據(jù)處理函數(shù)pmbus_read_iout_oc_fault_limit
該函數(shù)用來返回UCD3138 軟件接收的數(shù)據(jù)到GUI 中,以使GUI 將寫入和讀取的數(shù)據(jù)做比較(比較判斷等操作在GUI 軟件中完成),保證數(shù)據(jù)正確。該函數(shù)調(diào)用pmbus_read_two_byte_handler() 將保存在Pmbus_dcdc_config[0].iout_oc_fault_limit 的數(shù)據(jù)返回到GUI。關鍵代碼如下:
pmbus_read_two_byte_handler(pmbus_dcdc_config[0].iout_oc_fault_limit);
而在pmbus_read_two_byte_handler()函數(shù)中的關鍵代碼為:
pmbus_buffer[1] = value >> 8;
pmbus_buffer[0] = value & 0xff;
pmbus_buffer 字節(jié)中的數(shù)據(jù)會最終上傳到GUI 軟件中。
4、數(shù)據(jù)轉換函數(shù)的設計
◎Linear Data Format 數(shù)據(jù)格式
上文提到,來自GUI 的數(shù)據(jù)遵循PMBUS 協(xié)議,其格式為Linear Data Format。如圖5,其低11 位為“尾數(shù)”,以補碼形式保存;高5 位為“指數(shù)”,亦是以補碼形式保存。該數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)的關系為:X=Y× 2N 。
圖5:PMBUS 協(xié)議中的Linear Data Format
◎ARM 編譯器中的浮點型數(shù)據(jù)
如圖6,為ARM 編譯器中對單精度浮點型數(shù)據(jù)的存儲格式。其最高位為符號位,接下的8 位為指數(shù),后面的23 位為尾數(shù)。在編譯器中定義的浮點數(shù)據(jù),將以該格式存儲在硬件存儲空間。
圖6:ARM 編譯器中的浮點型數(shù)據(jù)格式
◎定義結構體和聯(lián)合體
如下,定義了結構體FLOAT_ELEMENTS ,用以保存上文提到的浮點型數(shù)據(jù)。還定義了聯(lián)合體FLOAT_OPEN,成員包括浮點型數(shù)據(jù)“all”和結構體類型數(shù)據(jù)“bit”,用以保存轉換完畢的浮點型數(shù)據(jù)。
struct FLOAT_ELEMENTS {
Uint32 SIGN:1;
Uint32 EXPONENT:8;
Uint32 MANTISSA:23;
};
union FLOAT_OPEN {
float all;
struct FLOAT_ELEMENTS bit;
Uint32 word;
};
◎轉換函數(shù)linear11_to_float()
該函數(shù)完成將來自GUI 的Linear Data Format 格式的數(shù)據(jù)轉換為浮點型數(shù)據(jù),并作為返回值返回。包含的關鍵代碼如下。
定義變量,包括整型“mantissa”和“exponent”及結構體變量“final”。
int16 mantissa, exponent;
union FLOAT_OPEN final;
下面代碼完成對輸入?yún)?shù)的分析,并擴展到16 位。如果輸入?yún)?shù)的尾數(shù)是負值,前5 位補1;如果是正值,前5 位補0。
if(linear11 & 0x0400)// if mantissa is negative
{ mantissa = linear11 | 0xfc00; //put it in there at minimum mantissa }
else
{ mantissa = linear11 & 0x07FF; }
下面代碼首先是將mantissa 左移16 位(16+16=32),以使其數(shù)據(jù)長度符合單精度浮點型數(shù)據(jù)的長度,然后exponent 減去16,保證了原始數(shù)據(jù)的大小沒有變化。
final.all = ((int32)mantissa) << 16; //set it up for minimum exponent.
exponent = (linear11 >> 11) - 16; //get exponent to match shifted value
下面代碼首先判斷單精度浮點型的指數(shù)是否為負。如果是負,則改寫其為零,原因是對應的“輸出過流保護點”不會出現(xiàn)負值;如果是正,則將指數(shù)信息放置在單精度浮點型數(shù)據(jù)的指數(shù)位置。
if((final.bit.EXPONENT + exponent) < 0)//if it's so low it will wrap
{ final.bit.EXPONENT = 0; }
else
{ final.bit.EXPONENT = final.bit.EXPONENT + exponent; }
上述操作完畢后,final.all 中就保存了轉換后的浮點型數(shù)據(jù),因此可以作為返回值返回。
return final.all;
2.4 操作流程圖
上述所有操作的流程圖見圖7。
圖7:UCD3138 接收信息流程圖
3 刪除GUI 信息欄
用戶亦可以自行刪除GUI 中多余的信息欄,操作過程主要包括對應PMBUS 命令的屏蔽,UCD3138 軟件對應接收處理函數(shù)的刪除等。如圖8,以刪除紅色框內(nèi)的信息欄為例。查看其對應的PMBUS 命令代碼是0xFA,故首先在CMD_DCDC_NONPAGED 變量中屏蔽對應的位,可以使用Bit Mask Tool。
圖8:刪除GUI 中的信息欄
此時重新編譯軟件并下載到UCD3138 后,GUI 中將不再會出現(xiàn)該信息欄,見圖4。但UCD3138 軟件中依然保留有對該PMBUS 命令的接收、轉換和處理等函數(shù),亦需要刪除,在此不再贅述。
4 小結
通過上文兩個實例的分析可知,用戶在GUI 軟件中可以靈活的添加或刪除PMBUS 命令對應的信息欄,提高了GUI 的靈活性。該操作主要包括PMBUS 命令的使能或屏蔽及UCD3138 軟件添加或刪除相應處理函數(shù)等兩大部分。
5 參考文獻
1. UCD3138 datasheet, Texas Instruments Inc., 2011
2. PMBus_Specification_Part_I_Rev_1, 2007
3. PMBus_Specification_Part_II_Rev_1, 2010
4. ARM Optimizing C/C++ Compiler, v4.9, User's Guide, Texas Instruments, 2011