一. 概述：
MC33665A：通用電池管理通信網關和變壓器物理層 (TPL) 收發器。該設備通過標準通信協議轉發來自不同 TPL（NXP 的隔離菊花鏈協議）埠的消息，標準通信協議可確保與市場上可用的微控制器兼容。
MC33774：AFE 模擬前端，可管理 4~18 串電池，採用 TPL3 菊花鏈協議，兼容了高精度電池電壓和溫度測量以及各種電池電壓平衡策略。
MC33665A 提供了四個隔離的 TPL 菊花鏈埠，可用於與菊花鏈中的其他隔離 BMS 設備（如MC33771C、MC33772C 和 MC33775A）進行通信，具有單鏈模式及迴環模式。本文將簡要介紹在單條鏈上 MC33665 與 MC33774 的控制流程，其餘菊花鏈控制流程相似。
二. TPL3 協議
1. MCU 與 MC33665 之間使用 SPI：在介紹控制流程之前首先需要了解其使用的通信協議。對於 MC33665ATS4AE 此 SPI 網關來說，它與 MCU 通過 SPI 連接，相應的還有 UART 網關和 CAN 網關，分別以 UART 和 CAN 方式連接，本文以 SPI 網關為例。
2. MC33665 與 MC33774 之間使用 TPL3：MCU 通過 SPI 發送或接收 TPL3 結構的幀來與 MC33665 通信，修改幀中的菊花鏈地址（CADD）和設備地址（DADD）可以選擇進行 MC33665 內部寄存器配置 ，還是在匹配配置的 TPL 埠上發送消息，若是選擇在 TPL 埠上發送消息，信號則以 TPL3 差分形式進行傳輸，通過雙絞線到達鏈上的 MC33774 電池管理單元。
如圖 1 所示為基於 MC33665A 的 BMS 架構示例，其採用了迴環模式。
圖 1 基於 MC33665A 的 BMS 架構示例
3. TPL3 協議：接下來將通過三個問題了解 TPL3 協議
（1）什麼是 TPL？
TPL：NXP 專有的菊花鏈協議，利用脈衝變壓器實現的高速差分隔離通訊。
（2）TPL3的編碼符號是什麼樣？
圖 2 TPL3 編碼符號
（3）TPL3 幀包括哪些內容？
如圖3 所示為 TPL3 的幀結構，TPL3 協議支持 64 位、80 位、96 位和 112 位的消息長度，在發送前要將消息打包為上述結構的幀，MCU 與 MC33665 之間通過 SPI 來收發該 TPL 幀，接收到的 TPL 幀需要在 MCU 進行解碼。MC33665 與 MC33774 之間則通過 TPL 埠來收發 TPL3 幀格式的差分信號。
以下為 TPL3 幀結構主要內容：
圖 3 TPL3 幀結構
MADD：主節點地址（默認 0）。
CADD：菊花鏈地址（MC33665A 有四條菊花鏈）。
DADD：鏈上的設備地址（每條鏈 62 個節點）。
RADD：寄存器訪問起始地址。
MSGCNT：記錄 MC33665A 的響應消息數量。
DATALEN：有效 data 的數目。
PAD：指定是否響應消息需要填充。
RESPLEN：一個響應幀中要傳輸的寄存器數。
NUMREG：請求的寄存器總數。
Padded:可選消息填充。
三. MC33665 與 MC33774 通信過程
1. MCU 配置
MC33665 分為請求 SPI 和響應 SPI，進行 MCU 配置前，需要通過硬體接線選擇 MC33665 使用的是單路 SPI 還是雙路 SPI ，本文以單路 SPI 為例。首先根據 MC33665 的默認配置來進行 MCU SPI 配置，默認情況下 MCU SPI 需要先作為主機，其 CPHA = 1，CPOL = 0，在 SPI 可以讀寫 MC33665 內部寄存器後再修改所需模式。
圖 4 MCU初始配置
2. MC33665 配置
2.1 復位和喚醒
圖 5 MC33665 運行模式及過渡
（1） 啟動：檢查 VDDD > 4V。
（2） 復位引腳高電平（100us）後轉低電平（延時 500 us 以上）。
（3） 喚醒事件喚醒：
① MCU 側喚醒（發送 TPL3 64 bit NOP 幀）：
a. SPI CSN_REQ 上升沿
b. SDAT_REQ_RXD 下降沿
a. SPI CSN_REQ 上升沿
b. SDAT_REQ_RXD 下降沿
② 喚醒引腳：
a. WAKE_IN 高電平（最小激活時間30微秒）
a. WAKE_IN 高電平（最小激活時間30微秒）
③ TPL 接口上喚醒：
a. TPL PORT0~3 (EVH_WAKEUP_CFG.PORTx == 1 && SYS_PORTx_CFG.EN == 1)
寫入 EVH_WAKEUP_CFG.WAKEUPMSG.寄存器可以配置喚醒源，讀取喚醒原因寄存器 EVH_WAKEUP_REASON 可清楚喚醒原因
（4） 檢查 STB_OUT 和 STB_N_OUT 引腳：從 STB_OUT 和 STB_N_OUT 可以看出當前所處模式，當 STB_OUT 為低電平、 STB_N_OUT 為高電平時說明當前處於主動模式；當 STB_OUT 為高電平、 STB_N_OUT 為低電平時說明當前處於睡眠或過渡模式。
2.2 SPI 發送打包成 TPL3 格式的幀讀寫寄存器
發送 TPL3 幀前需要根據 TPL3 幀格式將所需內容進行打包，TPL3 打包方式如下：
（1）無前綴：分別打包為 64 位、80 位、96 位和 112 位幀，如圖 3 所示。
（2）啟動前綴：將 TPL3 打包為固定長度的 128 bit，消息前綴用於在不觸及消息的情況下為消息提供附加信息,固定的幀長度可以幫助 MCU 中的處理(例如，DMA 傳輸)。前綴啟用時，允許 MCU 添加一個或多個零填充字節。MC33665A忽略這個填充。如圖 6、7 分別為請求前綴和響應前綴。
圖 6 請求前綴
圖 7 響應前綴
2.3 MC33665 內部寄存器配置
在打包後發送鏈地址等於 0 (CADD = 0)和設備地址等於 1 (DADD = 1)的命令將提供對 MC33665A內部寄存器的訪問。以下為 MC33665 的主要配置寄存器:
在打包後發送鏈地址等於 0 (CADD = 0)和設備地址等於 1 (DADD = 1)的命令將提供對 MC33665A內部寄存器的訪問。以下為 MC33665 的主要配置寄存器:
① SYS_COM_TO_CFG 配置系統通信超時。
② SYS_PORTx_CFG 配置鏈上傳輸 TPL2/3、配置 CADD 等 …
③ SYS_HOST_COM_CFG 啟用前綴。
3. MC33774 配置
3.1 發送 MC33774 喚醒消息
① 發送喚醒幀。
② 延時 2.4 ms。
③ 再次發送喚醒幀。
④ 延時 4 * 設備個數 ms。
喚醒幀格式可如圖 8 所示，該時序為啟用了前綴後的 128 bit TPL3 幀，data 為 0xFFEE，主機地址為 0 ，喚醒全部 TPL 埠及鏈上設備。
圖 8 喚醒幀結構
3.2 ID 分配
初始化配置 MC33774 設備地址 DADD：首先 MCU 要由 MC33665 內部寄存器配置轉換為匹配配置的 TPL 埠上發送，修改 CADD 為 MC33665 SYS_PORTx_CFG 寄存器設定的值。例如啟用埠 PORT0，在 MC33665 內部寄存器配置時將 SYS_PORT0_CFG 的 CADD 位設置為 001 （自定義菊花鏈編號， CADD ≠ 0），將 TPL 幀中的設備地址 DADD 修改為 0 ，此時數據在 TPL 埠 PORT0 上傳輸，只有一個設備時，即可配置鏈上的第一個 MC33774 設備寄存器。
將 TPL 幀中 MC33665 寄存器地址修改為 MC33774 SYS_COM_CFG 寄存器地址，CADD = 0001，DADD =0，MC33774 SYS_COM_CFG 寄存器用來進行初始配置，應給第一個設備分配其 ID。如圖 9 為 SYS_COM_CFG 寄存器可進行配置的內容。
將 TPL 幀中 MC33665 寄存器地址修改為 MC33774 SYS_COM_CFG 寄存器地址，CADD = 0001，DADD =0，MC33774 SYS_COM_CFG 寄存器用來進行初始配置，應給第一個設備分配其 ID。如圖 9 為 SYS_COM_CFG 寄存器可進行配置的內容。
圖 9 SYS_COM_CFG 寄存器
① NUMNODES：菊花鏈中的節點數。
② BUSFW：是否 TPL 總線轉發。
③ CADD：鏈地址（與 MC33665 配置一致，如菊花鏈 001）。
④ DADD：設備地址（給定第一個設備 ID，如給定第一個設備地址為 000001）。
當給定第一個設備地址 DADD = 000001 後，接下來的 TPL 幀中的 DADD 則修改為對應的 DADD = 000001，才可進行第一個設備其他寄存器的配置。如若一條鏈上有多個 MC33774，則首先需要給鏈上所有設備分配 DADD。如圖 10 所示為 3 個 MC33774 的地址分配流程， BUSFW 位為 1 提供總線的轉發，DADD 等於 0 可按鏈上設備順序依次進行 DADD 分配，給第一個設備 DADD 寫 1，第二個設備 DADD 寫 2，第三個設備 DADD 寫 3。地址分配結束後通過修改 TPL 幀中的 DADD 即可讀寫對應 MC33774。
圖 10 DADD 分配過程
四. 總結
本文主要介紹了 TPL3 幀結構及 MC33665、MC33774 的控制流程，實際上 MC33665 還可使用 TPL2 協議，具有雙路 SPI，可使用迴環模式等可提供選擇。
五. 參考資料
MC33665A Datasheet (3.0)
MC33774A Datasheet (2.0)
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