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(yīng)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(gè)實(shí)例，詳細(xì)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(yùn)行于用戶計(jì)算機(jī)，可以借助PMBUS 總線與UCD3138 數(shù)字電源通信，完成配置、設(shè)計(jì)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(jìn)行配置，設(shè)計(jì)及監(jiān)控的GUI 軟件：Fusion Digital Power。該軟件安裝并運(yùn)行于用戶的計(jì)算機(jī)上，通過PMBUS 總線與UCD3138 的軟件進(jìn)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(jìn)行配置，如輸入電壓的欠壓保護(hù)點(diǎn)（對應(yīng)的PMBUS 命令為VIN_ON 和VIN_OFF），輸出電流的過流保護(hù)（對應(yīng)的PMBUS 命令為IOUT_OC_FAULT_LIMIT）。

2）設(shè)計(jì)：主要是對數(shù)字電源的環(huán)路參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和模擬。

3）監(jiān)控：可以實(shí)時(shí)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(dāng)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(yīng)一條PMBUS 命令，可以在用戶計(jì)算機(jī)與UCD3138 之間傳遞。例如制造商的位置信息（MFR_LOCATION ），對應(yīng)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(jìn)行存儲。

    在實(shí)際應(yīng)用中，不同的用戶會關(guān)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(xì)介紹如何在GUI 中進(jìn)行相關(guān)操作。

2 增加輸出過流保護(hù)點(diǎn)信息

    輸出過流保護(hù)點(diǎn)對應(yīng)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(hù)點(diǎn)。本節(jié)詳細(xì)介紹如何在GUI 中添加信息欄來接收用戶的輸入，同時(shí)修改UCD3138 的軟件來對用戶的輸入信息進(jìn)行處理并最終調(diào)整相應(yīng)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(gè)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(hù)點(diǎn)” 對應(yīng)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(diǎn)擊Isolated GUI Bitmask Generator Tool；

圖2：運(yùn)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I(lǐng)OUT_OC_FAULT_LIMIT。此時(shí)界面右側(cè)的數(shù)據(jù)會有變化，該P(yáng)MBUS 對應(yīng)的位由0 變?yōu)榱?。

圖3：勾選相應(yīng)PMBUS 命令并復(fù)制輸數(shù)據(jù)

3）將圖3 右側(cè)紅色圖內(nèi)的數(shù)據(jù)復(fù)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(shí)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(shè)定，用戶無法修改。后面的“Value/Edit”值則用來輸入用戶設(shè)定的過流保護(hù)點(diǎn)。

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(yīng)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(yīng)的模擬比較器閾值，還需要修改UCD3138 的軟件。

1、定義變量和結(jié)構(gòu)體

     如下代碼，定義了新的結(jié)構(gòu)體變量PMBUS_DCDC_CONFIG，包含成員iout_oc_fault_limit 和reserved。隨后定義了該結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(gè)字節(jié)是對應(yīng)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(gè)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(shí)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(hù)點(diǎn)”信息，則就會調(diào)用pmbus_write_iout_oc_fault_limit()函數(shù)進(jìn)行處理。

switch (pmbus_buffer[0])

{

case 0x46:

return pmbus_write_iout_oc_fault_limit();

}

同時(shí)，也需要在函數(shù)pmbus_read_message() 中創(chuàng)建新的case 語句，并返回一個(gè)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(yàn)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(shè)計(jì)

◎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(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，最后強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為整數(shù)型賦給模擬比較器。關(guān)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(yīng)的PMBUS 命令代碼。隨后的兩個(gè)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換函數(shù)linear11_to_float()，將上面接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。

local_variable = linear11_to_float(pmbus_dcdc_config[0].iout_oc_fault_limit);

由于轉(zhuǎn)換后的浮點(diǎn)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(gè)轉(zhuǎn)換系數(shù)（scaler）?？s放后存放在pmbus_dcdc_config_tanslated 結(jié)構(gòu)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(hù)。

FaultMuxRegs.ACOMPCTRL0.bit.ACOMP_B_THRESH=pmbus_dcdc_config_translated[0].iout_oc_fault_limit;

◎返回?cái)?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(guān)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(guān)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(zhuǎn)換函數(shù)的設(shè)計(jì)

◎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(bǔ)碼形式保存；高5 位為“指數(shù)”，亦是以補(bǔ)碼形式保存。該數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的關(guān)系為：X=Y× 2^N 。

圖5：PMBUS 協(xié)議中的Linear Data Format

◎ARM 編譯器中的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)

如圖6，為ARM 編譯器中對單精度浮點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)型數(shù)據(jù)格式

◎定義結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體

如下，定義了結(jié)構(gòu)體FLOAT_ELEMENTS ，用以保存上文提到的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。還定義了聯(lián)合體FLOAT_OPEN，成員包括浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)“all”和結(jié)構(gòu)體類型數(shù)據(jù)“bit”，用以保存轉(zhuǎn)換完畢的浮點(diǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)，并作為返回值返回。包含的關(guān)鍵代碼如下。

定義變量，包括整型“mantissa”和“exponent”及結(jié)構(gòu)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(kuò)展到16 位。如果輸入?yún)?shù)的尾數(shù)是負(fù)值，前5 位補(bǔ)1；如果是正值，前5 位補(bǔ)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(diǎn)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(diǎn)型的指數(shù)是否為負(fù)。如果是負(fù)，則改寫其為零，原因是對應(yīng)的“輸出過流保護(hù)點(diǎn)”不會出現(xiàn)負(fù)值；如果是正，則將指數(shù)信息放置在單精度浮點(diǎn)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(zhuǎn)換后的浮點(diǎn)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(yīng)PMBUS 命令的屏蔽，UCD3138 軟件對應(yīng)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(yīng)的PMBUS 命令代碼是0xFA，故首先在CMD_DCDC_NONPAGED 變量中屏蔽對應(yīng)的位，可以使用Bit Mask Tool。

圖8：刪除GUI 中的信息欄

此時(shí)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P(yáng)MBUS 命令的接收、轉(zhuǎn)換和處理等函數(shù)，亦需要刪除，在此不再贅述。

4 小結(jié)

通過上文兩個(gè)實(shí)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(yīng)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(yīng)處理函數(shù)等兩大部分。

5 參考文獻(xiàn)

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