紫光同创PGL22G开发平台试用连载（1）——PMbus调试经验

PMBus（Power Management Bus）是一种电源管理总线一种控制电源转换器的开放的标准协议。它脱胎于基于I2C和SMBUS（System Management Bus），但是定义了很多和电源管理相关的命令。可以说是之前的I2C是物理层（具体Slave会有指令集，但只是怎么该slave，没有统一的指令集），而现在的PMbus却有了协议层，如果想用PMbus就必须遵守该规范，这就有了统一的协议，加速了它的推广和应用。现在很多可编程的PowerIC都引用了这个PMbus协议。

小编所在的公司最近就对这样的可编程IC“下手了”。我们把“第一次”给了TI公司的TPSXX（不做广告）电源管理芯片。

• PMBus 运行时控制和状态

–通过调整 VREF 实现运行时电压定位

–使能和禁用每个开关

–故障和状态监视

•用户可配置的 PMBus/I2C 选项，保存在 EEPROM中

–电源接通和关断排序

–可基于固定时间延迟或 PGOOD 实现电源排序

–通过 VREF 配置实现初始电压定位

–针对每个开关调节 PWM 频率

–针对每个开关单独进行 PWM 相位对齐以尽可能减小纹波和电容器尺寸

–可调节每个稳压器的电流限制以优化电感器的尺寸和成本

–软启动时间

一、硬件设计

1.1电感选择

根据电感选择公式

注：is the current ripple in the inductor通常取最大电流的0.1~0.3。Vin为12V±10%

我们需要的电压大概范围是2~6V，电流0.5~2A，为2.2MHZ。代入公式计算得到1.26uH~27.27uH。

选择通常用的值，，电流2A，为2.2MHZ，带入可得2.8uH。

1.2输出电容选择

纹波范围一般会在10mA~500mA，如果选择100mA得以得到输出容大约0.003uF~6.15uF。

选择完电感和输出电容，就可以根据不同的模式连接电路了这里可以自由参考datasheet设计。

二、代码设计

2、1数据格式

图1 Send Byte Protocol With PEC

图2Write Byte Protocol With PEC

• When data is transmitted, the lowest order byte is sent first and the highest order byte is sent last.

• Within any byte, the most significant bit (MSB) is sent first and the least significant bit (LSB) is sent last.

7位的Slaveaddress是根据I2CADDR上的电阻确定，不同的阻值地址不同。Wr指读写标志位，1指读；0指写。8位的Commandcode这里指器件的寄存器地址。Databyte是向寄存器写入的数值。TPSXX支持的PEC（Packet Error Checking）代码，该代码将在每次读写操作结束时进行验证。PEC计算的内容包括Salver address(包括Wr), Command code和Data bytes for。

2.2 PEC计算

由于TPSXX的PEC是默认使能的，平且该寄存器是只读寄存器。

图3 CAPABILITY COMMAND Data Byte Contents

在发送端和接收端都需要进行PEC的计算。PMbus的PEC计算是采用8-bit循环冗余校验码（cyclic redundancy check）CRC-8。

介绍一下CRC-8：

CRC即循环冗余校验码（Cyclic Redundancy Check）：是数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。

图3 参数模型

NAME：参数模型名称。 
WIDTH：宽度，即CRC比特数。 
POLY：生成项的简写，以16进制表示。例如：CRC-32即是0x04C11DB7，忽略了最高位的"1"，即完整的生成项是0x104C11DB7。 
INIT：这是算法开始时寄存器（crc）的初始化预置值，十六进制表示。 
REFIN：待测数据的每个字节是否按位反转，True或False。 
REFOUT：在计算后之后，异或输出之前，整个数据是否按位反转，True或False。 
XOROUT：计算结果与此参数异或后得到最终的CRC值。

从上表可以看出CRC-8的生成项C(x) = x8 + x2 + x +1；INIT和XOROUT都是00；REFIN和REFOUT都是false。

具体的计算过程：

• 将多项式转化为二进制序列，由C(x) = x8+ x2 +x+1可知二进制一共有9位，第8位、第2位、第1位和第0位分别为1，则序列为100000111。

• 举个例子要计算的数据为24-bit数据da00ff（16进制）,多项式的最高次为8，则在数据的后面加上8位0，数据变为da00ff00（16进制），然后使用模2除法(异或运算)除以除数100000111，最终得到的除不尽的余数，变为我们要求的CRC-8结果。

图4模2除法计算

为了得到并行输出的结果，需要把data分解一下。该电源的有效数据是24bits，我们就以24-dit数据为例。Data为D(x)，生成项为C(x)，Di为D(x)的第i位（0≤i≤23，整数），Dn为D(x)的第n位，且为“1”（0≤n≤23，整数）， “^”为异或，“÷”为模二除法。

CRC(x)=D(x)÷C(x)  ……………………………………………………①

D(x)= D23^D22^D21^D20^……^D0 ………………………………②

②代入①

CRC(x)=（D23÷C(x)）^（D22÷C(x)）^……^（D0÷C(x)）

如果D(x)为24’hFFFFFF时，D23、D22、……D0都是定值，故他们与生成项C(x)的模二除法的结果是固定的，如表1。如果D(x)中有哪位是”0”,则它对应的模二除法结果就为00。就是说，如果Di为“1”时就按下表中Dn的CRC-8计算结果，如果是“0”那么此位的计算结果就是“00”，可以推出，Di与与Dn的CRC-8计算结果是“&”的关系，如果Dn的CRC-8计算结果相应位为零，此项就可以省区，又异或是按位计算则可并行得到需要的结果。

以CRC-8的第7位的计算为例。

从Dn的CRC-8的计算结果中，最高位为“1”的有D22、D20、d[18]、d[17]、 d[15] 、 d[13]、  d[11] 、d[7] 、 d[6] 、 d[5]。然后对这些位做异或，就可以得到crc[7]。

crc[7] = d[22] ^ d[20] ^ d[18] ^ d[17] ^ d[15] ^ d[13] ^ d[11] ^ d[7] ^ d[6] ^ d[5]

按上述方法可以得到：

crc[0] = d[23] ^ d[21] ^ d[19] ^ d[18] ^ d[16] ^ d[14] ^ d[12] ^ d[8] ^ d[7] ^ d[6] ^ d[0];

crc[1] = d[23] ^ d[22] ^ d[21] ^ d[20] ^ d[18] ^ d[17] ^ d[16] ^ d[15] ^ d[14] ^ d[13] ^ d[12] ^ d[9] ^ d[6] ^ d[1] ^ d[0];

crc[2] = d[22] ^ d[17] ^ d[15] ^ d[13] ^ d[12] ^ d[10] ^ d[8] ^ d[6] ^ d[2] ^ d[1] ^ d[0];

crc[3] = d[23] ^ d[18] ^ d[16] ^ d[14] ^ d[13] ^ d[11] ^ d[9] ^ d[7] ^ d[3] ^ d[2] ^ d[1];

crc[4] = d[19] ^ d[17] ^ d[15] ^ d[14] ^ d[12] ^ d[10] ^ d[8] ^ d[4] ^ d[3] ^ d[2];

crc[5] = d[20] ^ d[18] ^ d[16] ^ d[15] ^ d[13] ^ d[11] ^ d[9] ^ d[5] ^ d[4] ^ d[3];

crc[6] = d[21] ^ d[19] ^ d[17] ^ d[16] ^ d[14] ^ d[12] ^ d[10] ^ d[6] ^ d[5] ^ d[4];

crc[7] = d[22] ^ d[20] ^ d[18] ^ d[17] ^ d[15] ^ d[13] ^ d[11] ^ d[7] ^ d[6] ^ d[5];

表1 分式CRC-8计算结果

三、仿真结果 

图5CRC-8程序仿真

图6PMBUS仿真 

图5中d[23:0]为需要传输的有效位（需要计算PEC部分），newCRC_D24[7:0]为计算得到的PEC结果。

图6中i2c_scl_out1和i2c_sda1是PMBUS的两根传输线，link_data1是ack应答信号标志位。

总结一下，此次我们用PMbus协议对Power IC进行控制，主要是最PEC部分进行了说明，从最终的结果看，输出电压都在我的预想范围内，可以说取得了不错的效果。在此感谢紫光同创和黑金科技提供的PGL22G硬件平台。

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