PD快充也没那么神秘CH543D（PD诱骗受电Sink解析）

只看该作者 · 2022-3-16 15:01

本帖最后由 Liuhl1998 于 2022-8-8 18:00 编辑

随着USB PD3.1的发布，PD快充将支持最高48V电压输出，充电功率同步提升至240W，在生活中PD充电器随处可见，为人们日常提供不可或缺的便捷。如果有一款合适的“诱”电端，PD充电器就可以连续输出可调节的电压，这对于工程师来说不就相当于一个可调的电压源吗？基于CH543的评估板做了这样一个受电端，效果差不多这样：

PD快充是基于CC线通讯完成，需要遵循USB Power Delivery规范，从PD协议规范中可以了解到具体的协商过程：

由上图可以看出USB PD通讯就是Host（Source）和Power Brick（Sink）之间的数据交互。当Sink接入后（主机检测到5.1K下拉电阻的接入），主机（Source）将在100ms~200ms内会发送Source Cap（包含可提供电压档位的PDO）。
设备接收到主机发来的消息时会回复Good CRC进行响应，并在24ms内回复Request（请求需要的电压电流）。
主机收到设备发来的Request会回复Good CRC进行响应，并检测自身PDO是否支持设备Request，支持：会在24ms内回复Accept，不支持：回复Reject。
设备接收到主机发来的Accept/Reject，都会回复Good CRC进行响应。
主机若是支持设备请求，将会在450ms进行调压，调压完成后发送PS_RDY，然后等待设备回复Good CRC进行响应。

理论明白了，现在就动手来实践吧，硬件采用的是：“沁恒微电子”的CH543评估板，CH543 内置了 USB Power Delivery 控制器和 PD BMC PHY 收发器，支持 USB type C、BC、PD2.0、PD3.0、PPS，还支持 12V 高压电源，PD通讯时需要的BMC编解码、4B5B编解码、CRC校验也都有集成，这样的话用CH543实现一个PD通讯就比较简单了。

单片机原理图CC可以直接连接Type-C端口，不需要额外添加器件（CH543内置5.1K下拉），电路还是比较简单的：

我这次编写的是PD Sink受电端，那么我只需要在合适的场景下及时回复Good CRC和Request，就能完成USB PD通讯。在消息处理上，我是根据CH543 USB PD中断的特点来进行相应消息处理，软件如下：

复制

void PD_PHY_ISR(void) interrupt INT_NO_USBPD using 1

{

        if ( PIF_RX_RST ) {/*接收到复位信息中断*/

                printf("RST ");

                PD_PHY_HRST_ISR();                //收到HRST

                PD_PHY_RX_INIT();

        }

        if ( PIF_RX_ACT ){/*数据包接受完成中断*/

            TR0 = 0;  ET0 = 0; 

                        PIF_RX_ACT = 0;

                if ( (UPD_INT_FG & MASK_PD_STAT) == PD_RX_SOP0 ) {        //收到HRST或SOP数据                

                        Union_Header = (_Union_Header *)PD_RX_BUF;    //强制转化                        

                                        if ( PD_PHY_STAT.WaitingGoodCRC ) {          //是否在等待GoodCRC

                                          if(Union_Header->HeaderStruct.MsgType == GoodCRC){

                                                        PD_PHY_STAT.WaitingGoodCRC = 0;                  

                                                        if(PD_PHY_STAT.SendingRequest == 1){ PD_PHY_STAT.SendingRequest = 0;}        

                                                        Send_Count = 0;

                                                        PD_PROT_ISR();                                              

                                }

                        }else {                

                                        switch(Union_Header->HeaderStruct.MsgType)

                                        {

                                                case SourceCap:

                                                                 NDORcv=Union_Header->HeaderStruct.NDO;

                                                           memcpy(PD_Source,PD_RX_BUF,30);

                                                                 PD_PHY_STAT.SendingRequest = 1;

                                                                 break;

                                                case Request:

                                                                 break;

                                                case Accept:

                                                           MsgID ++;

                                                                 break;

                                                case Reject:

                                                                 break;

                                                case PS_RDY:

                                                                 break;

                                                case GetSrcCap:

                                                            MsgID++;

                                                           PD_PHY_STAT.SendingSourceCap = 1;

                                                     break;

                                                case GetSinkCap:

                                                                 MsgID++;

                                                                 PD_PHY_STAT.SendingSinkCap = 1;          

                                                                 break;

                                          case SourceCap_VDM:

                                                                 break;        

                                                default :

                                                break;        

                                        }

                                                mDelayuS(25);

                                          PD_PHY_STAT.SendingGoodCRC = 1;        //置发送GoodCRC标志位

                                                PD_PHY_TX_GoodCRC();                                //回复GoodCRC        

                        }        

        }else PD_PHY_RX_INIT();

}

        if ( PIF_TX_END ) {                /*数据包发送完成中断 */

                  PIF_TX_END = 0;

                        if(CCSel == 1){  //发送完成关闭低压

                                CC1_CTRL &= ~bCC_LVO;        

                        }else if(CCSel == 2){

                         CC2_CTRL &= ~bCC_LVO;        

                        }            

                if ( PD_PHY_STAT.SendingGoodCRC ==1 ) {                       

                        PD_PHY_STAT.SendingGoodCRC = 0;

                        PD_PROT_ISR(); //GoodCRC发送完成，向Prot转交数据

                }else {                        /*开始接收GoodCRC*/

                                        PD_PHY_STAT.WaitingGoodCRC = 1;        

                                           mTimer_x_SetData(10000);    //5ms

                                        PD_PHY_RX_INIT();

                }

        }

}

Sink端的程序编写从一个Request开始，Request请求结构如下:

下面是用CH543编写Request的代码：

复制

void PD_PHY_TX_Request(void)

{

        UINT16 Volt_Value;

  UINT8 temp=0xff;  //pdo 档位

        UINT8 i;

        UINT16 Temp;

        UINT16 Data_H8;

        UINT16 Cur_Temp = 0; 

        

        for (i=0;i!=NDORcv;i++) 

        {

                        Union_SrcCap = (_Union_SrcCap *)&PD_Source[2+(4*i)];  

                        Data_H8 = (Union_SrcCap->SrcCapStruct.DataH8);

                        if((Data_H8 >> 6 ) == 3)

                        {

                                        PPS_Flag = 1;

                                        printf("\r %d is PPS\n",(UINT16)(i+1));

                        }else{

                                                        Temp = (PD_Source[3+(i<<2)] >> 2)+((PD_Source[4+(i<<2)] & 0x0F)<<6);

                                                        Temp*=50;

                                                        if (Temp <= Volt_Value ) 

                                                        {

                                                                if(Temp > Cur_Temp) 

                                                                {

                                                                        Cur_Temp = Temp;

                                                                        temp = i+1;

                                                                }

                                                        }

                         }

        }

        if(Temp_PDO != temp )

        {

                printf("No requested voltage! \r\n");

                printf("Request adjacent voltage! \r\n");

        }

        if(temp != 0xff)

        {

                        UPD_T_SOP = UPD_SOP0;

                        UPD_T_LEN = 6;

                        PD_TX_BUF[5] =( (temp<<4) | 0x02);

                        PD_TX_BUF[4] = ((PD_Source[3+((temp - 1)<<2)]&0x03)<<2) |(PD_Source[2+((temp - 1)<<2)]>>6) | (PD_Source[4+((temp - 1)<<2)] &0xF0);

                        PD_TX_BUF[3] =(PD_Source[3+((temp - 1)<<2)]&0x03) | (PD_Source[2+((temp - 1)<<2)]<<2);

                        PD_TX_BUF[2] = PD_Source[2+((temp - 1)<<2)];

                        PD_TX_BUF[1] = (0x10 | (MsgID << 1));

                        PD_TX_BUF[0] =0x02 | (0xC0 & PD_Source[0]);

                        PD_PHY_TX_INIT();

        }else{        

          printf("No Matched Volt.\r\n");

        }

}

按照PD的协商流程，可以完成PD通讯。另外在工程中增加了I/O中断来调节电压档位升降：
主程序内循环检测：

复制

 if(Gears_Plus == 1)

        {

     if(P1_5 == 1)

                 {

                         PD_Request_Gears += 1;

                         Gears_Plus = 0;

                 }

                if(PD_Request_Gears>5)        

                 {

      PD_Request_Gears = 1;

                 }                        

        }

        if(Gears_Sub == 1)

        {

                 if(P1_4 == 1)

                 {

                         PD_Request_Gears -= 1;

                         Gears_Sub = 0;

                 }

     if(PD_Request_Gears<1)        

                 {

      PD_Request_Gears = 5;

                 }                         

        }

        if(Temp_PDO !=PD_Request_Gears)

        {

                Temp_PDO = PD_Request_Gears;



                printf("Temp_PDO == %d\r\n",(UINT16)Temp_PDO);

                PD_PHY_TX_Request();

        }

通过逻辑分析仪观察，PD的SINK通讯成功！

当主机发来Source Cap后，设备端点按照PD协议流程进行响应并回复Request，直到主机发送PS_RDY 结束一次PD请求调压过程，然后设备端点可以多次发送Request来请求新的电压，从上图中可以看出，多次请求成功！

至此PD Sink端的应用升降电压就实现了，另外要实现PPS调压还需要完善程序代码（PPS和固定档位的PDO处理方法有一定区别），后面会找时间继续。附件是硬件、软件资料，小伙伴们可以按需下载。