使用 NXP PCA9450C PMIC 构建 Linux 电源总线监控器

为什么要构建这个项目?

在开发 i.MX 8M Plus 系统时，处理器只是整个电源架构的一部分。PMIC 需要生成多个电源轨，处理启动和关机序列，支持不同的工作条件，并在调节器报告故障时做出正确响应。

NXP PCA9450C 是专为此任务设计的芯片，集成了多个降压稳压器、五个 LDO、负载开关、电源控制逻辑以及 I²C 接口。PCA9450C 还可在相应的降压稳压器上实现动态电压调节，因此当处理器需要不同电压工作点时非常实用。

在成熟的嵌入式产品中，大多数开发者通常通过处理器的 Linux 调节框架间接与 PMIC 交互。这种方式方便，但可能使电源问题的调试变得困难。

我想要一个小型实验室环境，能够直接对 PMIC 进行检测。

本项目的作用

该项目使用 i.MX 8M Plus Linux 系统通过 I²C 与 PCA9450C 进行通信。

软件主要完成四项任务：

- 检测 I²C 总线上是否存在 PCA9450C。

- 读取 PMIC 的设备 ID 和状态寄存器。

- 检查调节器故障状态寄存器。

- 读取并配置选定的调节器寄存器，用于实验室测试。

PCA9450 在上电复位后具有 7 位的 I²C 地址 0x25。它支持标准模式、快速模式和快速增强模式的 I²C 操作，最高可达 1 Mbit/s。

因此，在底层板卡和设备树配置正常运行后，从 Linux 系统中对 PMIC 进行调试相对容易。

理解电源架构

PCA9450C 并非仅仅是多个独立电压调节器的简单组合。

对于 i.MX 8M Plus 设计，NXP 的应用说明指出，BUCK1 和 BUCK3 以双相配置工作，而 BUCK2 提供另一个与处理器相关的电源。BUCK4 用于 3.3 V 供电轨，BUCK5 和 BUCK6 则提供额外的低压供电轨。

这种架构在调试嵌入式处理器板时尤为关键，因为启动失败可能并非源自处理器本身。错误的总线、使能问题、过流状态或错误的启动顺序可能导致系统无法进入 Linux。

从 Linux 读取 PMIC

启动 Linux 后，第一步是验证 PMIC 是否可见：

当所选总线连接到 PMIC 的 I²C 接口时，PCA9450 应在地址 0x25 处显示。

随后，Python 应用程序可直接读取 PMIC 的寄存器。

例如，寄存器 0x00 包含设备 ID 寄存器。NXP 文档中记录的默认复位值为 0x11。

然后可以使用状态寄存器来检查电源开启、看门狗、温度、低 VSYS 以及电压调节器故障信息。

为什么这有用

这并非旨在替代 Linux 的调节器驱动程序。

其目的不同：它提供了一种底层诊断工具，在启动新电路板时非常实用。

例如，当自定义的 i.MX 8M Plus 板无法启动时，开发者可以检查以下内容：

PMIC 是否响应?

•I²C 地址是否正确?

•PMIC 是否报告了调节器故障?

•系统是否处于低 VSYS 状态?

•热管理或看门狗的状态位是否激活?

•预期的调节器配置值是否存在?

这可以在电路板调试过程中节省大量时间。

添加示波器

软件界面只是实验的一半。

我还会将示波器探头连接到选定的电源轨，将软件配置与实际电压波形进行比对。

这在启动过程中尤其有用。调节器可能已达到预期的寄存器配置，但物理波形仍可能出现过度振荡、缓慢归零、意外的负载瞬变或其他板级问题。

因此，示波器提供电气层面的视图，而Linux则提供配置和状态信息。

安全的电压实验

PCA9450提供了可编程的调节器输出。然而，在Linux运行期间盲目更改处理器供电并非一个理想的实验。

正因如此，本项目将诊断功能与电压实验分开。

初始软件仅读取状态寄存器和配置寄存器。另一个独立的可选实验会改变实验室中的LDO输出，该输出并未连接至处理器核心供电。

这对于任何人将本项目适配到自己的电路板上来说，是一个重要的区别。

我学到的经验

最重要的教训是，PMIC应被视为嵌入式系统的一部分，而不是一个黑箱。

处理器、电源管理芯片(PMIC)、存储器、时钟、复位信号和电源顺序都需要协同工作。

PCA9450C 尤其引人注目，因为它将高电流降压稳压、低电流LDO、负载切换、DVS、电源控制逻辑以及I²C监控功能集成于单一器件中。

一旦基本监控功能正常运行，同样的软件便可扩展为电路板上电调试工具、自动化生产测试夹具或功耗特性分析工具。

代码

本文编译自hackster.io