【MCAL】MCU模块详解 |
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目录 前言 正文 1. MCU模块介绍 2. MCU依赖的模块 3. MCU模块提供服务 3.1 时钟的初始化 3.2 MCU模式的配置 3.3 MCU软件复位功能 3.4 RAM的初始化 4.MCU重要数据类型 4.1 Mcu_ResetType 4.2 Mcu_ModeType 5. MCU重要API 5.1 Mcu_Init 5.2 Mcu_InitClock 5.3 Mcu_DistributePllClock 5.4 Mcu_GetPllStatus 5.5 Mcu_GetResetReason、 5.6 Mcu_PerformReset 5.7 Mcu_SetMode 6. MCU配置实例 6.1 RH850-U2A时钟介绍 7.总结 前言MCAL处于AUTOSAR架构的最底层,和具体的芯片强绑定,且不同的芯片使用不同的MCAL配置工具,例如英飞凌芯片系列使用EB配置MCAL,瑞萨芯片系列使用Davince配置MCAL。所以,除了AUTOSAR标准定义好的配置项及标准接口外,不同厂商的MCAL还会有独立于MCAL标准之外的配置,所以MCAL的学习最好是结合具体的工具和芯片来学习。本系列MCAL分享,将基于瑞萨RH850芯片来讲解,本文为MCU(Microcontroller Unit Driver)模块详解篇。 正文 1. MCU模块介绍MCU直接访问微控制器硬件,位于微控制器抽象层(MCAL)中。 MCU模块为基本的微控制器初始化、上下电、复位和其他MCAL软件模块所需的微控制器特定功能提供服务。在MCU模块初始化之前(提供标准接口服务之前)ECU还会有一段启动代码,启动代码是非常特定于单片机的(非AUTOSAR标准定义之内,和每个具体的芯片厂商强绑定)。本文着重接受AUTOSAR标准MCU模块,提到系统启动代码只是为了提示在标准化的MCU初始化能够启动之前必须考虑到的一些功能。 每个具体MCU的启动代码部分都是独有的,MCU模块只能描述/提供那些公有的服务,如时钟/RAM初始化,上下电,重启。 MCU驱动提供的具体服务: --描述MCAL其他模块没有覆盖到的功能配置,如时钟设置 --设置锁相环和时钟分配 -- RAM段初始化服务 --激活MCU低功耗模式 --执行MCU重启 --获取MCU重启的原因 其中的难点和重点就算MCU时钟的配置。 2. MCU依赖的模块Start-up Code: 在MCU驱动程序可以初始化之前,必须执行MCU的基本初始化。这种MCU特定的初始化通常在启动代码中执行。 MCU的启动代码应在通电和任何一种单片机复位后执行。它将执行非常基本的和微控制器特定的启动初始化,并应保持简短,因为单片机时钟和PLL尚未初始化。启动代码应涵盖不属于其他单片机服务或其他MCAL驱动程序的单片机特定初始化。 启动代码应初始化中断和异常向量表的基本地址。这些基本地址作为配置参数或连接器/定位器设置提供。 如果MCU支持中断堆栈,启动代码应初始化中断堆栈指针。中断堆栈指针的基本地址和堆栈的大小作为配置参数或链接器/定位器的设置提供。 启动代码应初始化用户堆栈指针。用户堆栈指针基地址和堆栈大小作为配置参数或链接器/定位器设置提供。 如果MCU支持上下文保存操作,则启动代码应初始化用于上下文保存操作的内存。连续上下文保存操作的最大数量作为配置参数或链接器/定位器设置提供。 启动代码应确保在从MCAL看门狗驱动器初始化看门狗之前,不启动单片机内部看门狗。这可以通过增加看门狗的服务时间来实现。 如果MCU支持数据和/或代码的缓存内存,则应在启动代码中进行初始化和启用它。 启动代码应初始化MCU关于内部内存的特定功能,例如,内存保护。 如果使用外部内存,内存应在启动代码中初始化。启动代码应准备,根据代码位置支持不同的内存配置。在从外部/内部内存中执行代码时,应考虑到不同的配置选项。 不同内存的设置作为配置参数。在启动代码中,应执行MCU时钟系统的默认初始化,包括全局时钟预调节器。 如果MCU支持,启动代码应启用特殊功能寄存器(SFR)的保护机制。 启动代码应该对一些一次性写入寄存器完成写入功能。 启动代码应初始化最低数量的RAM,以便允许正确地执行MCU驱动程序服务和这些服务的调用者。 3. MCU模块提供服务 3.1 时钟的初始化MCU模块的时钟初始化和具体的MCU类型强相关,不同的MCU有自己独特的时钟单元和时钟树。但是,对于每个MCU芯片来说,每类MCU都提供一个可以灵活配置的时钟树。对于AUTOSAR标准MCU模块而言,MCU模块封装了具体的芯片配置,MCU模块初始化后,完成具体芯片的时钟初始化,为每一个外设模块提供具体的时钟配置(例如,MCU模块根据需求初始化后,U2A16的SPI模块的基准时钟就是80M,ADC模块的时钟就算40M等)。具体的时钟配置参考后面的RH850-U2A16的示例配置。 3.2 MCU模式的配置每类芯片都有自己的MCU模式,例如RH850-U2A16芯片就有RUN, HALT,STOP,CYCLISTOP,DEEPSTOP,CYCLIRUN六种芯片特有模式。每种模式下的MCU特性或者权限都不一样,比如MCU正常上电后一般运行在RUN模式,如果ECU有深度休眠的需求,经过MCU模式切换就会进入到DeepStop模式(MCU停止运行,但是MCU芯片还是维持上电状态,MCU芯片进入到中断可唤醒状态,所有的RAM数据在芯片唤醒后还能保持住休眠钱状态)。而AUTOSAR标准MCU软件模块需要提供MCU模式的配置,同时提供切换/获取MCU模式的标准接口(MCU重要API中会涉及到)。 3.3 MCU软件复位功能AUTOSAR标准MCU模块提供了一个名为MCU_PerformReset的执行MCU软件复位的标准接口。 3.4 RAM的初始化AUTOSAR标准MCU模块应该提供RAM初始化的配置和标准接口,但是实际项目中,如果是断电系统(MCU每次都是PowerOn上电),RAM初始化一般在Main函数之前的Start-Up代码中完成,所以,MCU模块中的RAM初始化一般没有用到。 4.MCU重要数据类型 4.1 Mcu_ResetTypeMcu_ResetType定义了MCU复位的类型: MCU_POWER_ON_RESET:MCU冷启动(也就是MCU上电)复位。 MCU_WATCHDOG_RESET:MCU看门狗复位(发送看门狗监控异常)。 MCU_SW_RESET:MCU软件复位。 MCU_RESET_UNDEFINED :未定义复位类型。 4.2 Mcu_ModeTypeMcu_ModeType枚举定义了MCU模式类型,如RUN,HALT模式等。 5. MCU重要API 5.1 Mcu_Init一般在EcuM模块的硬件第一阶段初始化中完成Mcu模块的初始化,一旦Mcu模块完成初始化后,整个Ecu的时钟体系是一个具体状态,同时提供Mcu模式设置/获取功能,Mcu复位功能。 5.2 Mcu_InitClockMcu_InitClock服务初始化PLL和其他MCU特定的时钟选项,只能在使用Mcu_Init初始化后调用函数Mcu_InitClock。Mcu_InitClock应启动PLL锁定程序(如果PLL应初始化),直到PLL锁定后即可返回。如果参数McuInitClock设置为false,则应禁用Mcu_InitClock功能。如果前一个参数设置为TRUE,则此函数可用。 5.3 Mcu_DistributePllClockMcu_DistributePllClock服务激活PLL时钟到MCU时钟分布。Mcu_DistributePllClock应激活PLL时钟到MCU时钟分配。Mcu_DistributePllClock将会从MCU时钟分布中删除当前时钟源(例如内部振荡器时钟, oscillator clock)。 MCU模块的环境只能在PLL状态被函数Mcu_GetPllStatus锁定后调用函数Mcu_DistributePllClock。 /* wait till PLL lock */ while(Mcu_GetPllStatus() == MCU_PLL_UNLOCKED) { } /* switch system clock tree to PLL */ Mcu_DistributePllClock();如果PLL时钟已被MCU硬件自动激活,则功能Mcu_DistributePllClock将在不影响MCU硬件的情况下返回。 如果在PLL锁定之前调用函数Mcu_DistributePllClock,该函数将立即返回E_NOT_OK,无需任何进一步的操作。 如果预编译参数McuNoPll设置为false,则函数Mcu_DistributePllClock应可用。否则,就必须禁用此Api。 5.4 Mcu_GetPllStatus功能Mcu_GetPllStatus应返回PLL的锁定状态。如果在调用函数Mcu_Init之前调用此函数,则函数Mcu_GetPllStatus将返回MCU_PLL_STATUS_UNDEFINED。如果预编译参数McuNoPll被设置为TRUE,则函数Mcu_GetPllStatus还应返回MCU_PLL_STATUS_UNDEFINED。 5.5 Mcu_GetResetReason、Mcu_GetResetReason应从硬件读取复位原因,如果硬件支持则返回此原因。如果硬件不支持硬件检测复位原因,则功能Mcu_GetResetReason的返回值应始终为MCU_POWER_ON_RESET。 5.6 Mcu_PerformResetMcu_PerformReset应通过使用微控制器的硬件特性来执行微控制器的复位。单片机模块的环境只能在Mcu_Init模块初始化后调用函数Mcu_PerformReset。 5.7 Mcu_SetModeMcu_SetMode设置单片机的电源模式。在CPU断电模式下,函数Mcu_SetMode在执行唤醒后返回。 6. MCU配置实例 6.1 RH850-U2A时钟介绍RH850-U2A芯片提供一下的时钟源头,每个时钟源还有具体的可配置时钟值。 通过时钟源及时钟树的配置,可以产生用于每个具体硬件模块的时钟(如CLK_CPU, CLK_HSB,CLK_LSB等)。 因为时钟源的值有可选配置值,所以模块的时钟也存在可选配置值。 问题:怎么确定每个时钟源及时钟的具体值? 答:需要配置三个特殊的寄存器的具体项。 需要配置: 1)CKSC_CPUC寄存器的CPUCLKSCSID项 2)Option Byte11的CKDIVMD项 3)CLKD_PLLC寄存器的PLLCLKDCSID项 例如: CKSC_CPUC.CPUCLKSCSID == 0b 且 OPBT11.CKDIVMD == 11b 且 CLKD_PLLC.PLLCLKDCSID == 001b 则我们配置的具体时钟为: CLK_PLL 800000000 CLK_PLLO 400000000 CLK_IOSC 200000000 CLK_SYS 800000000 CLK_CPU 400000000 CLK_SBUS 200000000 CLK_HBUS 100000000 CLK_UHSB 160000000 CLK_HSB 80000000 CLK_LSB 40000000 CLK_RLIN 80000000 CLK_RCANOSC 40000000 CLK_ADC 40000000 CLK_MSPI 80000000 CLKA_TAUJ 80000000 CLKA_ADC 40000000 7.总结MCU模块最复杂的就是时钟的配置,需要我们结合具体的芯片特性来具体配置。MCU模式的设置在EcuM模块的Sleep或者Shutdown序列中会用到,需要我们根据具体的需求及芯片的特性来配置。Mcu的复位在Dcm模块和WdgM模块中会用到,是必须配置和实现的功能。RAM的初始化,接触到项目中基本没有在MCU模块中配置过。Mcu模块在其他模块中的使用可以参考其他系类的文章。 |
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