作者:Terry Deng
本文档概述了一种基于 SCI/UART 输入信号,可以自动校准本设备SCI/UART波特率的方法,该方法适用与所有第三代C2000芯片,比如F2807x/37x,F28004x,F28002x等等。

一 原理说明
假设有2块电路板通过SCI进行通信。“Transmitter”向“Receiver”发送未知波特率的数据,“ Receiver”则使用 eCAP 测量未知的波特率,然后修改其自身的波特率和“Transmitter”匹配。
下面款图是一种情况,其中“Transmitter” 的波特率设置为 9889,而“Receiver”的初始波特率设置为 9601 ,相比之下“Receiver”的波特率为 -3% 偏差。 经过算法的自动校准以后,“Receiver”将会把自身波特率校正为与“Transmitter”相同的9889。
8270.a.png
下面框图则是另一种情况,假如“Receiver”和“Transmitter”的初始波特率都是9889,但“Receiver”的内部晶振INTOSC有-3%的偏差。使用上述完全相同的方法原理和步骤,“Receiver”波特率设置将会从9889校准成9601,这样“Receiver”的波特率设置被自动校准抵消内部晶振的偏差。在测量实际信号时,“Receiver”输出到“Transmitter”的信号会是正确的 9889 波特率。
0167.b.png

二 Receiver 的校准代码
1. 初始化
需要配置以下模块来校准波特率:

  • 时钟:使用 INTOSC2 并选择 100MHz 的 LSPCLK
#define DEVICE_SETCLOCK_CFG      (SYSCTL_OSCSRC_OSC2 | SYSCTL_IMULT(20) |  \
  •                                      SYSCTL_FMULT_NONE | SYSCTL_SYSDIV(2) |   \
  •                                      SYSCTL_PLL_ENABLE)
  •     //
  •     // Set up PLL control and clock dividers
  •     //
  •     SysCtl_setClock(DEVICE_SETCLOCK_CFG);
  •     //
  •     // Make sure the LSPCLK divider is set to the default (divide by 4)
  •     //
  •     SysCtl_setLowSpeedClock(SYSCTL_LSPCLK_PRESCALE_1);
  • 复制代码

    • SCI 模块:通讯数据使用,发出校准以后的波形
        // Initialize SCIA and its FIFO.
  •     //
  •     SCI_performSoftwareReset(SCIA_BASE);
  •     //
  •     // Configure SCIA for communications.
  •     //
  •     SCI_setConfig(SCIA_BASE, DEVICE_LSPCLK_FREQ, TARGETBAUD, (SCI_CONFIG_WLEN_8 |
  •                                                         SCI_CONFIG_STOP_ONE |
  •                                                         SCI_CONFIG_PAR_NONE));
  •     SCI_resetChannels(SCIA_BASE);
  •     SCI_resetRxFIFO(SCIA_BASE);
  •     SCI_resetTxFIFO(SCIA_BASE);
  •     SCI_clearInterruptStatus(SCIA_BASE, SCI_INT_TXFF | SCI_INT_RXFF);
  •     SCI_enableFIFO(SCIA_BASE);
  •     SCI_enableModule(SCIA_BASE);
  • SCI_performSoftwareReset(SCIA_BASE);
  • 复制代码

    • Xbar 输入:将 GPIO28/SCI 内部连接到 INPUTXBAR7 与 ECAP1 配合使用
    //
  •     // Configure GPIO 28 as eCAP input
  •     //
  •     XBAR_setInputPin(XBAR_INPUT7, 28);
  • 复制代码

    • ECAP 模块:监控接收到的 SCI 通信脉冲宽度
    //
  •     // Disable ,clear all capture flags and interrupts
  •     //
  •     ECAP_disableInterrupt(ECAP1_BASE,
  •                           (ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_1  |
  •                            ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_2  |
  •                            ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_3  |
  •                            ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_4  |
  •                            ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_OVERFLOW |
  •                            ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_PERIOD   |
  •                            ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_COMPARE));
  •     ECAP_clearInterrupt(ECAP1_BASE,
  •                         (ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_1  |
  •                          ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_2  |
  •                          ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_3  |
  •                          ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_4  |
  •                          ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_OVERFLOW |
  •                          ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_PERIOD   |
  •                          ECAP_ISR_SOURCE_COUNTER_COMPARE));
  •     //
  •     // Disable CAP1-CAP4 register loads
  •     //
  •     ECAP_disableTimeStampCapture(ECAP1_BASE);
  •     //
  •     // Configure eCAP
  •     //    Enable capture mode.
  •     //    One shot mode, stop capture at event 4.
  •     //    Set polarity of the events to rising, falling, rising, falling edge.
  •     //    Set capture in time difference mode.
  •     //    Select input from XBAR7.
  •     //    Enable eCAP module.
  •     //    Enable interrupt.
  •     //
  •     ECAP_stopCounter(ECAP1_BASE);
  •     ECAP_enableCaptureMode(ECAP1_BASE);
  •     ECAP_setCaptureMode(ECAP1_BASE, ECAP_ONE_SHOT_CAPTURE_MODE, ECAP_EVENT_4);
  •     ECAP_setEventPolarity(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_1, ECAP_EVNT_FALLING_EDGE);
  •     ECAP_setEventPolarity(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_2, ECAP_EVNT_RISING_EDGE);
  •     ECAP_setEventPolarity(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_3, ECAP_EVNT_FALLING_EDGE);
  •     ECAP_setEventPolarity(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_4, ECAP_EVNT_RISING_EDGE);
  •     ECAP_enableCounterResetOnEvent(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_1);
  •     ECAP_enableCounterResetOnEvent(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_2);
  •     ECAP_enableCounterResetOnEvent(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_3);
  •     ECAP_enableCounterResetOnEvent(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_4);
  •     ECAP_selectECAPInput(ECAP1_BASE, ECAP_INPUT_INPUTXBAR7);
  •     ECAP_enableLoadCounter(ECAP1_BASE);
  •     ECAP_setSyncOutMode(ECAP1_BASE, ECAP_SYNC_OUT_DISABLED);
  •     ECAP_startCounter(ECAP1_BASE);
  •     ECAP_enableTimeStampCapture(ECAP1_BASE);
  •     ECAP_reArm(ECAP1_BASE);
  •     ECAP_enableInterrupt(ECAP1_BASE, ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_4);
  • 复制代码
    2. 中断
    捕获传入 SCI 通信的脉冲宽度,每捕获 4 次就中断一次。 将这 4 个捕获添加到阵列中。
    __interrupt void ecap1ISR(void)
  • {
  •     if(stopCaptures==0)
  •     {
  •         //
  •         // Get the capture counts, interrupt every 4. Can be 1-bit or more wide.
  •         // add one to account for partial eCAP counts at higher baud rates
  •         // (e.g. count = 40, but if had higher resolution, this would be 40.5)
  •         //
  •         capCountArr[0] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_1);
  •         capCountArr[1] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_2);
  •         capCountArr[2] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_3);
  •         capCountArr[3] = 1+ECAP_getEventTimeStamp(ECAP1_BASE, ECAP_EVENT_4);
  •         //
  •         // Add samples to a buffer. Get average baud and tune INTOSC if buffer filled.
  •         //
  •         capCountIter = 0;
  •         for (capCountIter=0; capCountIter<4; capCountIter++)
  •         {
  •             //
  •             // if we still have samples left to capture, add it to the samples array
  •             //
  •             if(samplesArrIter<NUMSAMPLES)
  •             {
  •                 samplesArr[samplesArrIter] = capCountArr[capCountIter];
  •                 samplesArrIter++;
  •             }
  •             //
  •             // else, all samples were received, break to begin tuning
  •             //
  •             else
  •             {
  •                 stopCaptures=1;
  •                 break;
  •             }
  •         }
  •     }
  •     //
  •     // Clear interrupt flags for more interrupts.
  •     //
  •     ECAP_clearInterrupt(ECAP1_BASE,ECAP_ISR_SOURCE_CAPTURE_EVENT_4);
  •     ECAP_clearGlobalInterrupt(ECAP1_BASE);
  •     //
  •     // Start eCAP
  •     //
  •     ECAP_reArm(ECAP1_BASE);
  •     //
  •     // Acknowledge the group interrupt for more interrupts.
  •     //
  •     Interrupt_clearACKGroup(INTERRUPT_ACK_GROUP4);
  • }
  • 复制代码
    3. 主循环
    捕获阵列满后,计算阵列的平均脉冲宽度 (也就是波特率),并更新SCI波特率寄存器,使其尽可能接近计算的平均值。
    //
  •     // Loop forever. Suspend or place breakpoints to observe the buffers.
  •     //
  •     for(;;)
  •     {
  •         //
  •         // Array is filled, begin tuning
  •         //
  •         if(stopCaptures==1)
  •         {
  •             //
  •             // Get an average baud rate from the array of samples
  •             //
  •             uint32_t avgBaud = getAverageBaud(samplesArr,NUMSAMPLES,TARGETBAUD);
  •             //
  •             // if the baud function returns the error code '0', then flag an error
  •             //
  •             if(avgBaud==0)
  •             {
  •                 ESTOP0;
  •             }
  •             //
  •             // Update the device's baud rate to match the measured baud rate
  •             //
  •             SCI_setBaud(SCIA_BASE, DEVICE_LSPCLK_FREQ, avgBaud);
  •             //
  •             // (OPTIONAL) Continuously send data to SCITX once tuning
  •             // is complete for external observation (by logic analyzer or scope)
  •             //
  •             //unsigned char *msg;
  •             //while(1)
  •             //{
  •             //    msg = "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa\0";
  •             //    SCI_writeCharArray(SCIA_BASE, (uint16_t*)msg, 91);
  •             //}
  •             //
  •             // Wait for user to view the results in "Expressions" window
  •             //
  •             ESTOP0;
  •             //
  •             // If continuing, reset the array iterator and unlock the ISR for new captures
  •             //
  •             samplesArrIter=0;
  •             stopCaptures=0;
  •         }
  • }
  • 复制代码
    4. 平均脉冲宽度
    对于许多应用的SCI 通信,传输的数据 (例如 0xA5)是变化不固定的,因此SCI的高低电平脉冲宽度就是变化的。所以必须对样本阵列进行如下的预处理,然后才能计算平均脉冲宽度。
    a) 丢弃大于 10 位宽的脉冲宽度 (丢弃空闲时间)
    b) 将 n 位值除以 n
    c) 对修改后的样本数组进行平均化
    uint32_t getAverageBaud(volatile float arr[], int size, float targetBaudRate)
  • {
  •     //
  •     // clean up variable width array to single-bit-width array
  •     //
  •     uint16_t pass = arrTo1PulseWidth(arr, size, (float)DEVICE_SYSCLK_FREQ/targetBaudRate);
  •     //
  •     // pass only if enough good samples provided
  •     //
  •     if(pass == 0)
  •     {
  •         return 0;
  •     }
  •     //
  •     // convert 2-bit width, 3-bit width, etc. to 1-bit width values by dividing, and average these values.
  •     // skip unrelated values
  •     //
  •     float averageBitWidth = computeAvgWidth(arr, size);
  •     //
  •     // get the rounded baud rate from the average number of clocks and the sysclk frequency
  •     //
  •     return (uint32_t)(((float)DEVICE_SYSCLK_FREQ/(float)averageBitWidth)+0.5);
  • }
  • 复制代码
    以下是平均脉宽计算的原理和代码流程图
    www.png
    8863.dd.png

    三 结果
    按照以下设置进行测试,结果详见表格,校准以后的误差从3% 改善为0.1%左右甚至更小。

    • “Transmitter”设置为正确的波特率 (我们尝试匹配的波特率)
    • “Receiver”设置为错误波特率 (-3% 或 +3%)
    • “Receiver”运行校准程序以匹配“Transmitter”

    100K 波特
    9601波特率
    -3%
    +3%
    -3%
    +3%
    Transmitter
    (我们正在尝试匹配的内容)
    理想波特率
    (仅供参考)
    103306
    96899
    9889
    9314.
    实际波特率
    (必须与此匹配)
    104174.
    96906
    9890
    9315.
    Receiver
    (初始错误波特率)
    波特率
    (校准前)
    100154.
    100157.
    9622.
    9622.
    出错百分比
    (校准前)
    -3.859%
    3.355%
    -2.706%
    3.296%
    Receiver
    (校准后波特率)
    波特率
    (校准后)
    104336.
    97047.
    9888
    9314.
    出错百分比
    (校准后)
    0.156%
    0.146%
    -0.016%
    -0.012%


                                   
                   



    来源:TI