一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，該方法利用一個(gè)精準(zhǔn)的參考時(shí)鐘源，通過(guò)軟/硬件配合完成對(duì)片內(nèi)一個(gè)或者多個(gè)振蕩器的校準(zhǔn)，同時(shí)還可以利用已經(jīng)完成校準(zhǔn)的振蕩器輸出的時(shí)鐘對(duì)芯片內(nèi)部其他振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明旨在使用嵌入式芯片內(nèi)部的處理器，配合較少的硬件資源，完成振蕩器的高精度校準(zhǔn)，在大幅降低了校準(zhǔn)復(fù)雜度的同時(shí)，提高了校準(zhǔn)的精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，尤其是滿(mǎn)足該方法的軟硬件流程以及硬件實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]嵌入式處理器芯片，時(shí)鐘源一般分為三類(lèi):芯片外接時(shí)鐘、芯片外接晶振、片內(nèi)振蕩器。使用片內(nèi)振蕩器的嵌入式處理器，由于制造工藝的偏差，不同芯片內(nèi)的振蕩器所產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率差異較大。為了能夠使芯片的時(shí)鐘頻率更為準(zhǔn)確，在設(shè)計(jì)片內(nèi)振蕩器時(shí)，一般都會(huì)添加控制字(Code)來(lái)控制振蕩器內(nèi)部的電流或者電壓，或者調(diào)節(jié)電阻/電容大小，來(lái)對(duì)時(shí)鐘頻率進(jìn)行調(diào)整，控制字和時(shí)鐘頻率之間的關(guān)系為單調(diào)(增/減)關(guān)系，通過(guò)對(duì)控制字的控制來(lái)調(diào)整振蕩器的輸出頻率?，F(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于時(shí)鐘的校準(zhǔn)精度較低，校準(zhǔn)復(fù)雜度高，所需資源多。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:本發(fā)明提供了一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，該方法是使用一個(gè)精準(zhǔn)的參考時(shí)鐘源(Ext_ref_clock或In_ref_clock),利用處理器，配合較少的硬件資源，快速的完成對(duì)一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘振蕩器輸出時(shí)鐘(Calib*_clock)的精確校準(zhǔn)，還可以利用同一套電路，使用校準(zhǔn)好的時(shí)鐘再對(duì)芯片內(nèi)部其他的時(shí)鐘(Calib*_clock)進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:本發(fā)明提供一整套軟件、硬件交互流程的解決方案。該解決方案中，整個(gè)流程受軟件控制，每次校準(zhǔn)由軟件調(diào)度硬件電路開(kāi)始工作，硬件電路完成特定工作之后，通過(guò)中斷反饋給軟件，之后軟件再根據(jù)目前得到的結(jié)果決定是否啟動(dòng)下一次校準(zhǔn)，最終完成時(shí)鐘的校準(zhǔn)。
[0005]在該校準(zhǔn)流程中，使用二分法及遞歸求最小排序法，進(jìn)行快速迭代。最多僅需N次迭代，即可完成時(shí)鐘的校準(zhǔn)，同時(shí)找到最精確的時(shí)鐘所對(duì)應(yīng)的控制字。N為時(shí)鐘振蕩器的控制字的BIT數(shù)。
[0006]本發(fā)明提供了硬件設(shè)計(jì)的電路框圖及對(duì)應(yīng)的時(shí)序說(shuō)明，硬件電路主體為兩個(gè)定時(shí)器(Timerl和Timer2)，通過(guò)兩個(gè)定時(shí)器之間的特定時(shí)序關(guān)系，握手完成定時(shí)，然后上報(bào)中斷，完成單次定時(shí)。
[0007]本發(fā)明提供的解決方案，為保證校準(zhǔn)后的時(shí)鐘振蕩器的精度，需要提供一個(gè)高精度的參考時(shí)鐘源，在此條件下，本發(fā)明可以把時(shí)鐘校準(zhǔn)精度提高至幾個(gè)PPM甚至更低。
[0008]若芯片內(nèi)部有多個(gè)需要校準(zhǔn)的時(shí)鐘，可以利用同一套硬件電路，通過(guò)參考時(shí)鐘直接對(duì)芯片內(nèi)部所有待校準(zhǔn)的時(shí)鐘振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0009]若芯片內(nèi)部有多個(gè)需要校準(zhǔn)的時(shí)鐘，也可以通過(guò)參考時(shí)鐘先對(duì)高頻率的內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)，然后再利用這個(gè)已經(jīng)校準(zhǔn)完的高頻率時(shí)鐘振蕩器，利用同一套電路，再對(duì)芯片內(nèi)部其他低頻率的時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。這種方式相對(duì)于上文提到的直接利用參考時(shí)鐘對(duì)片內(nèi)所有時(shí)鐘校準(zhǔn)的方法，在參考時(shí)鐘頻率較低時(shí)，可以大幅度降低校準(zhǔn)成本、提高精度。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:該方法利用一個(gè)精準(zhǔn)的參考時(shí)鐘源，通過(guò)軟/硬件配合完成對(duì)片內(nèi)一個(gè)或者多個(gè)振蕩器的校準(zhǔn)，同時(shí)還可以利用已經(jīng)完成校準(zhǔn)的振蕩器輸出的時(shí)鐘對(duì)芯片內(nèi)部其他振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明旨在使用嵌入式芯片內(nèi)部的處理器，配合較少的硬件資源，完成振蕩器的高精度校準(zhǔn)，在大幅降低了校準(zhǔn)復(fù)雜度的同時(shí)，提高了校準(zhǔn)的精度。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1時(shí)鐘校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)框圖；
[0012]圖2利用參考時(shí)鐘對(duì)內(nèi)部待校準(zhǔn)時(shí)鐘Calib_clock校準(zhǔn)軟件流程圖；
[0013]圖3校準(zhǔn)硬件電路實(shí)現(xiàn)時(shí)序圖；
[0014]圖4利用內(nèi)部已校準(zhǔn)時(shí)鐘Calib_clock對(duì)其它待校準(zhǔn)時(shí)鐘CalibN_clock校準(zhǔn)軟件流程圖；

【具體實(shí)施方式】
:
[0015]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更佳清楚、明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明的整體思路為:通過(guò)軟件對(duì)整體流程的控制，調(diào)度硬件電路完成參考時(shí)鐘和待校準(zhǔn)時(shí)鐘的定時(shí)控制，完成定時(shí)之后，軟件根據(jù)回讀的定時(shí)結(jié)果確定時(shí)鐘頻率需要增加還是減少，然后利用二分法配置時(shí)鐘控制字，同時(shí)使用遞歸求最小排序法保存最接近的控制字及其對(duì)應(yīng)的差值，重復(fù)上述操作，直至找到最接近理論值的控制字，完成校準(zhǔn)。在完成一個(gè)時(shí)鐘校準(zhǔn)之后，可以使用同一套硬件電路，使用參考時(shí)鐘對(duì)片內(nèi)其他待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)；或者，也可以利用同一套硬件電路，使用剛才已經(jīng)完成校準(zhǔn)的時(shí)鐘，再對(duì)芯片內(nèi)其他待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。若使用已校準(zhǔn)時(shí)鐘對(duì)其他時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，則建議先校準(zhǔn)高頻時(shí)鐘，再使用高頻時(shí)鐘校準(zhǔn)其他低頻時(shí)鐘，但該建議并不限制于本發(fā)明。
[0017]下文將以時(shí)鐘控制字(Code)為7bit，且待校準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率相對(duì)于控制字是單調(diào)增加為例，講述具體的實(shí)施方式，假設(shè)待校準(zhǔn)時(shí)鐘名稱(chēng)為Calib_clock。本發(fā)明不限于7bit控制字的說(shuō)明，也不限于時(shí)鐘和控制字的關(guān)系是單調(diào)增加的。
[0018]如圖1所示，是本發(fā)明的軟/硬件實(shí)現(xiàn)框圖100，包括處理器(CPU)lOl、硬件電路部分104、內(nèi)部參考時(shí)鐘107、內(nèi)部待校準(zhǔn)時(shí)鐘振蕩器0SC1108、內(nèi)部待校準(zhǔn)時(shí)鐘振蕩器OSCN109、存儲(chǔ)器(Memory) 110。CPUlOl用于控制整個(gè)校準(zhǔn)流程，調(diào)度硬件電路104部分為其工作完成整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程，硬件電路104包括:定時(shí)器Timerll02、定時(shí)器Timer2103、Timerl時(shí)鐘選擇單元105、Timer2時(shí)鐘選擇單元106。Timerl和Timer2使用不同的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，
[0019]時(shí)鐘選擇單元105和106，根據(jù)不同的芯片時(shí)鐘架構(gòu)，設(shè)計(jì)有所差異:
[0020]?根據(jù)使用參考時(shí)鐘的不同，Timerl的時(shí)鐘選擇單元有所不同，可以使用芯片外部直接提供的精確參考時(shí)鐘，也可以使用芯片內(nèi)部精確的參考時(shí)鐘，比如晶體振蕩器或者PLL輸出的時(shí)鐘。
[0021]?根據(jù)片內(nèi)所需校準(zhǔn)的時(shí)鐘個(gè)數(shù)不同，Timerl和Timer2時(shí)鐘選擇單元不一樣,具體根據(jù)片內(nèi)所需校準(zhǔn)時(shí)鐘個(gè)數(shù)決定。
[0022]?若有多個(gè)時(shí)鐘需要校準(zhǔn)，則根據(jù)校準(zhǔn)的方法不同，時(shí)鐘選擇單元不一樣:
[0023]-若使用一個(gè)參考時(shí)鐘(內(nèi)部或者外部)對(duì)片內(nèi)所有待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，則圖中111/112則可以不需要，只需要把待校準(zhǔn)時(shí)鐘連接至Timer2的時(shí)鐘選擇單元即可
[0024]-若先使用一個(gè)參考時(shí)鐘對(duì)片內(nèi)一個(gè)待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，然后利用已經(jīng)完成校準(zhǔn)的時(shí)鐘對(duì)芯片其他待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，則需要把待校準(zhǔn)時(shí)鐘連接至Timerl時(shí)鐘選擇單元上面。
[0025]針對(duì)硬件電路104部分:利用參考時(shí)鐘對(duì)內(nèi)部待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，Timerl的時(shí)鐘需要選擇參考時(shí)鐘，用于控制一次校準(zhǔn)所用的時(shí)間，Timer2用于對(duì)被校準(zhǔn)的時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到計(jì)數(shù)值(M-1)，通過(guò)中斷上報(bào)給軟件該計(jì)數(shù)值。假設(shè)Timerl計(jì)數(shù)為N，則單次計(jì)數(shù)所需的計(jì)數(shù)時(shí)間為T(mén) = N*l/fMf elk，其中fMf elk為參考時(shí)鐘的時(shí)鐘頻率。若使用已經(jīng)完成校準(zhǔn)的時(shí)鐘對(duì)其他待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)，相反，Timerl則用于內(nèi)部其他待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行定時(shí)，Timer2用于內(nèi)部已完成校準(zhǔn)的時(shí)鐘定時(shí)。
[0026]首先說(shuō)明利用參考時(shí)鐘直接對(duì)內(nèi)部待校準(zhǔn)時(shí)鐘(一個(gè)或者多個(gè))進(jìn)行校準(zhǔn)。如圖2所示，是本發(fā)明的軟件流程圖，是對(duì)圖101中CPU執(zhí)行的詳細(xì)說(shuō)明，用于說(shuō)明時(shí)鐘校準(zhǔn)的整個(gè)流程，本發(fā)明所使用的校準(zhǔn)算法為二分法以及遞歸求最小排序法，通過(guò)二分法進(jìn)行迭代校準(zhǔn)，加快校準(zhǔn)的收斂速度，通過(guò)遞歸求最小排序法找到最準(zhǔn)確的校準(zhǔn)控制字:
[0027]步驟一，如圖2中201為啟動(dòng)校準(zhǔn)的準(zhǔn)備動(dòng)作，設(shè)置三個(gè)變量，同時(shí)配置時(shí)鐘控制字為變量Mid數(shù)值。
[0028]步驟二，配置完控制字后需要延時(shí)202 —段時(shí)間，以確保配置控制字之后，振蕩器已根據(jù)該配置，改變時(shí)鐘頻率，輸出的是穩(wěn)定的時(shí)鐘。
[0029]步驟三，待時(shí)鐘振蕩器輸出的時(shí)鐘穩(wěn)定之后，啟動(dòng)硬件203(也即啟動(dòng)硬件電路的定時(shí)功能)，硬件電路單次定時(shí)過(guò)程時(shí)序圖如圖3所示。
[0030]步驟四，軟件啟動(dòng)硬件之后，等待硬件觸發(fā)中斷204，待硬件電路完成一次定時(shí)計(jì)算之后，上報(bào)中斷給軟件。
[0031]步驟五，軟件收到中斷之后，進(jìn)入205和206的處理，計(jì)算Timer2計(jì)數(shù)值和理論值的差別205，若該差值為0，則代表已經(jīng)找到最準(zhǔn)確的控制字，直接進(jìn)入步驟八，找到時(shí)鐘校準(zhǔn)Code。否則的話(huà)，記錄本次和上次差值的最接近的差值，以及該差值所對(duì)應(yīng)的控制字。若是二分法最后一次迭代，也直接進(jìn)入步驟八，找到時(shí)鐘校準(zhǔn)Code，使用差值最小對(duì)應(yīng)的Code作為本次校準(zhǔn)使用的Code。否則的話(huà)進(jìn)入步驟六208。
[0032]步驟六，判斷Timer2計(jì)數(shù)值和理論值的差值，若相對(duì)于理論值偏小了，則說(shuō)明待校準(zhǔn)時(shí)鐘慢了，需要增加控制字用于調(diào)快待校準(zhǔn)時(shí)鐘210 ;相反，若相對(duì)于理論值偏大了，則說(shuō)明待校準(zhǔn)時(shí)鐘快了，需要減少控制字用于調(diào)慢待校準(zhǔn)時(shí)鐘209。同時(shí)更新二分法三個(gè)變量，然后進(jìn)入步驟七。
[0033]步驟七，配置新的Code值至?xí)r鐘振蕩器，然后轉(zhuǎn)至步驟二。
[0034]步驟八，找到Code值，該值即為時(shí)鐘校準(zhǔn)值，結(jié)束校準(zhǔn)流程。
[0035]本發(fā)明在搜索過(guò)程中，首先利用了二分法，其次使用了遞歸求最小排序法，這樣既加快了校準(zhǔn)的迭代速度，又能夠保證找到的校準(zhǔn)控制字是最準(zhǔn)確的。
[0036]如圖3所示，為本發(fā)明的硬件電路的工作時(shí)序圖，也即兩個(gè)Timer的工作時(shí)序圖。Timerl用于對(duì)參考時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)，Timer2用于對(duì)待校準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行計(jì)時(shí)。軟件配置啟動(dòng)硬件203之后，首先該配置同步至參考時(shí)鐘的時(shí)鐘域,生成計(jì)數(shù)使能信號(hào)cntl_enable, Timerl計(jì)數(shù)至N-1,然后關(guān)閉計(jì)數(shù)使能信號(hào)；同時(shí)cntl_enable同步至待校準(zhǔn)時(shí)鐘的時(shí)鐘域，當(dāng)該信號(hào)有效時(shí)，Timer2啟動(dòng)，直至該信號(hào)被關(guān)閉。當(dāng)Timerl使能信號(hào)關(guān)閉時(shí)，產(chǎn)生中斷信號(hào)Interrupt,觸發(fā)軟件回讀Timer2的計(jì)數(shù)值(假設(shè)Timer2計(jì)數(shù)至M-1),用于和理論值比較。
[0037]根據(jù)上述的校準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，可以得到:
[0038]每次定時(shí)時(shí)間為

【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述方法包括: 使用一個(gè)精準(zhǔn)的參考時(shí)鐘源，利用處理器，配合較少的硬件資源，快速的完成對(duì)時(shí)鐘振蕩器的精確校準(zhǔn)，還可以利用同一套電路，使用校準(zhǔn)好的時(shí)鐘再對(duì)芯片內(nèi)部其他的時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，本發(fā)明所使用的精準(zhǔn)參考時(shí)鐘源，可以使用芯片內(nèi)部或者外部的精準(zhǔn)參考時(shí)鐘源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述發(fā)明為通過(guò)軟件/硬件配合完成時(shí)鐘的校準(zhǔn)，校準(zhǔn)精度高達(dá)幾個(gè)ppm甚至更低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，所使用的硬件電路資源少，主體為兩個(gè)定時(shí)器(Timerl和Timer2),通過(guò)兩個(gè)定時(shí)器之間的特定時(shí)序關(guān)系，握手完成定時(shí)，然后上報(bào)中斷，完成單次定時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?3所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，軟件流程內(nèi)部使用迭代完成校準(zhǔn)，迭代所選擇的算法為二分法，同時(shí)使用遞歸求最小排序法，使用了比較選擇過(guò)程，這種流程首先加快了校準(zhǔn)的速度，其次提高了校準(zhǔn)的精確度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，可以通過(guò)同一套硬件電路，利用同樣的方法對(duì)一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?5所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，可以通過(guò)同一套硬件電路，利用校準(zhǔn)好的時(shí)鐘作為參考時(shí)鐘源，對(duì)片內(nèi)其他的一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行校準(zhǔn)。這種校準(zhǔn)方法可以使得所有待校準(zhǔn)的時(shí)鐘得到高精度的校準(zhǔn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1?7所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，可以根據(jù)需求，任意設(shè)定參數(shù)，選擇適合自己的校準(zhǔn)精度要求。
9.根據(jù)權(quán)利要求1?8所述的一種嵌入式處理器片內(nèi)振蕩器的高精度校準(zhǔn)方法，其特征在于，本校準(zhǔn)流程可快速收斂，可快速完成校準(zhǔn)流程。若對(duì)校準(zhǔn)速度還有要求，可以通過(guò)設(shè)定定時(shí)器的參數(shù)，加快校準(zhǔn)速度。
【文檔編號(hào)】H03L7/099GK104133520SQ201410366240
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】王和國(guó), 陶建平, 劉勇, 張永攀, 孫振瑋 申請(qǐng)人:江蘇宏云技術(shù)有限公司