Gen-3 C2000 F280025C 外圍電路和引腳配置詳解
本文主要討論ADC通道的選擇、FSI接口的應用、3.3V供電選型考量、GPIO口的配置和JTAG的連接與調試進行詳細介紹。
- ADC通道的輸入寄生電容：
當我們在把外部信號匹配到C2000的ADC通道的時候，常常會忽略到ADC的輸入模型可能會帶來的潛在影響。其中最為明顯的就是每個ADC通道上都會有一個輸入寄生電容，而具有較大輸入寄生電容的ADC通道通常是不適用于高頻采樣信號的。這是因為較大的輸入寄生電容會帶來更長的采樣窗口，進而可能會影響到控制回路里的Computational power budget。如需了解更多信息，請參照 F28002X TRM的Choosing an Acquisition Window Duration?章節。
針對于Gen-3的F28002X的C2000, 我們可以在數據手冊的ADC Input Model章節的表格Table 1 中查詢到每一個ADC通道的內部輸入寄生電容。基于Table 1，ADCINA3/ADCINC5通道不管是否啟用了比較器，因為其內部輸入寄生電容達到71.4pF，都是明顯是不適合用于高速采樣信號的。而對于ADCINA0/ADCINC15來說，如果使用了內部比較器，那么就需要慎重考慮采樣窗口和外部采樣電路。例如：如果我們希望使用某個ADC通道實現OVP功能的實現，而我們又只剩下了ADCINA0/ADCINC15這一個通道，那么我們可以利用軟件代碼在后臺任務來實現OVP的功能，而無需使用內部比較器。如果我們一定要實現基于CMPSS模塊的OVP功能，那么建議切換到其他到ADC通道。
?Table 1: ADC 通道寄生電容
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- FSI?接口介紹：
FSI接口是Gen-3的C2000引入的最新的高速可靠的快速串行接口。針對需要隔離的通信應用場景，FSI接收端模塊具有一個可編程的Delay Line Control。通過對每一個線的RX_DLY_LINE_CTRL寄存器值進行修改，從而對系統元器件（例如信號緩沖器和隔離器等）引起的信號延遲和板級的（例如不均勻的布線等）引起的信號延遲進行補償，最終保證信號的完整性，實現高速可靠通信。FSI是應用于點對點的的通信協議，例如單主/單從配置，所以FSI主要應用于以下兩種場景：
- 兩個MCU直接進行通信
- 板級之間的通信，例如PSFB的原邊和副邊的兩個MCU通過隔離芯片來通信
FSI接口的傳輸端（FSITX）和接收端（FSIRX）是完全獨立的，每個端口有自己獨立的寄存器、時鐘和中斷。而不同于IIC接口的一個重要區別是其只能作為單一方向的通信傳輸。基于Figure 1, FSI的每個端口有3個信號線，分別是時鐘CLK，數據線D0和一個額外的數據線D1。額外的數據線D1是作為多線傳輸來加倍數據傳輸速率，也可作為GPIO口。所以，通常來說點對點的FSI需要至少4根信號線。FSI最大可支持的時鐘頻率為50MHz，而時鐘的上升沿和下降沿也可作為數據的有效位判定。所以，理論上是可以達到最高200Mbps的傳輸速率。
?Figure 1: FSITX/RX 模塊連接圖
在電機驅動和數字電源中，MCU之間進行實時通信越來越普遍，而這也對通信實時性的要求變高。FSI接口因為具有可編程的delay line control，可以確保隔離應用場景下高速通信且可靠，所以對比傳統的UART、SPI和CAN等通信接口來說更具優勢。
F28002X FSI 和IIC兼容GPIO口及隔離芯片：
如果我們要把F280025C 64pin作為副邊的MCU和原邊的MCU進行FSI通信，在工程師進行系統調試階段，有時會希望通信接口既能作為FSI又能作為IIC通信。這個時候就會引入一些問題，例如IIC是雙向通信，而FSI是單向的。針對F280025C 64pin，只有以下GPIO口既能支持FSI，又能支持IIC:
- GPIO33 >> I2CA_SCL and FSIRXA_CLK
- GPIO8 >> I2CA_SCL and FSITXA_D1
- GPIO0 >> I2CA_SDA and FSIRXA_CLK
- GPIO32 >> I2CA_SDA and FSIRXA_D0
- GPIO10 >> I2CA_SDA and FSITXA_CLK
首先，只有GPIO32是支持FSIRXA_D0的數據線。其次，只有GPIO33的FSI和IIC都是作為時鐘使用。所以我們建議使用GPIO32/33作為接收端（RX）的數據和時鐘線。
此外，在選擇隔離器時，如果我們已經明確了通信方向，那么只要我們保持IIC和FSI的數據傳輸方向，那么依然可以使用單向的隔離器，例如ISO7742來傳輸數據。
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- 3V供電電源芯片選擇小細節：
通常我們根據C2000的供電VDDA/VDDIO選擇對應的前級DC/DC或者LDO時，更多會把重點放在輸出電流能力、PSRR和壓降等參數上，往往忽視了LDO的精度可能會帶來的影響。針對C2000內部CMPSS模塊的參考DAC模塊，系統框圖如下圖。如果我們選擇VDDA作為COMPDAC的參考電壓，那么VDDA的任意百分比變化都會影響到COMPDAC的輸出。所以通常針對峰值電流控制模式的DC/DC，推薦使用1%精度的LDO，例如TPS7A90。
Figure 2: C2000 CMPSS 模塊的參考DAC部分框圖
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- GPIO口與外部信號的匹配：
- 三態（Tri-state）外部信號。例如外部信號Active的時候需要拉高，Sleep狀態下需求拉低，IDLE模式需求Floating。那么我們有兩種方式來處理，第一是通過將GPIO設置為輸入，然后禁用上拉，第二種是將GPIO設置為輸出和開漏，同時把GPIO電平設為低位。而這都可以通過C2000里面的GPAODR寄存器實現。
- 特定情況下，一些例如使能的數字口，如果不足以在低電平拉低，可以把其配置到模擬口。然后通過軟件對模擬量的判斷來實現高低電平的判斷，從而實現使能和關閉使能。
數字GPIO口不夠時的備選方案：
- 將原本作為風扇等其他小型設備的反饋電壓（原邊為數字信號）作為模擬GPIO口。然后通過軟件代碼基于采樣電壓來判斷高低電平。
- Boot load的GPIO24和GPIO32如果是boot from flash，可以節省出兩個GPIO口。如果是boot from SCI和CAN等的話，可以在boot結束后復用為其他GPIO口。
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- JTAG接口連接及調試：
通常來說JTAG（IEEE標準 1149.1-1990 Standard Test Access Port and Boundary Scan Architecture） 具有五個引腳：TMS/TDI/TDO/TCK/TRSTn。主要的三大功能如下：
- 下載軟件到MCU的Flash
- 調試
- 邊界掃描：訪問芯片內部的信號邏輯狀態以及芯片引腳狀態等
通常針對JTAG連接出現問題的調試流程如下：
a) Power Good LED 開啟：TI所有的C2000開發板都有LED來標識MCU的供電是否正常。
b) 檢查Device Manager：使用JTAG仿真器和PC通信，我們首先需要安裝好驅動文件。通常我們在安裝CCS的時候會有具體細節。如需驗證驅動是否成功安裝，連接JTAG模擬器到PC并供電。然后在PC的Control Panel >> Device Manger 來定位到USB仿真器。
Figure 3: Device Manager 驅動確認
c) 檢查MCU JTAG的TRSTn信號是否拉高：如果在CCS連接過程中，TRSTn沒有改變狀態，那么需要驗證仿真器是否配置正常。
d) 檢查Target Configuration：在Target Configuration File (.ccxml) 會包含連接Target device的所有相關信息以及JTAG仿真器的類型。在CCS中點擊“View”，然后點擊Target Configuration，找到User Defined下的 .ccxml 文件，就會顯示處New Target Configuration 界面如下圖。在下圖中選擇合適的Devices，保持配置，再點擊測試連接即可測試連接是否正常。
Figure 4: Target Configuration 確認連接是否正常
e) 啟動CCS調試。
f) 檢查XRSn狀態：如果XRSn的狀態是低或者出現從低到高再到低的脈沖狀態，那么可能是多種因素造成。例如如果是從低到高再到低的脈沖，那么可能是看門狗導致的重啟。如果一直處于低電平，那么可能是因為供電或者PCB的其他的原因導致了Brown Out Rest （BOR）。
g) 檢查Boot Mode：如果使用的是GPIO24和GPIO32默認的Bootload口，那么參照F28002X的TRM中3章節，檢查GPIO24和GPIO32的引腳來確認是否在期望的Boot load 模式。
h) 檢查VREG/時鐘/系統時鐘：測量并確認JTAG的時鐘和晶振是否符合數據手冊表明。測量并確認是否供電是否運行在了推薦電壓值以外導致了BOR等問題。