适用于TI mmWave sensor单芯片SOC平台的连续波点频模式设置方法

星星科技指导员 2023-03-15 2024

描述

TI mmWave sensor是高集成度的毫米波雷达传感器SOC，在开发过程中，SDK及TI DEMO均使用灵活的UART接口发送CLI命令进行射频参数配置及相关算法参数的配置。对于研发及测试认证过程中，往往都会有对连续波点频率模式设置的要求。本文介绍一种可以把连续波模式配置增添到应用代码中的实现方式，同时支持原有串口的CLI配置，仅需增加APP层代码，无需修改SDK驱动层代码，即可完成FMCW chirp模式或连续波CW模式的设置，旨在给用户提供一种简洁的配置方式，方便用户对毫米波雷达模块进行RF性能、天线方向图、频带内外性能、电源可靠性等测试。本文的测试环境如下：

此方法适用器件型号：I/AWR1443, I/AWR1642, I/AWR1843, I/AWR6843

本文测试硬件平台：IWR6843ISK EVM

1. 使用mmWave studio工具的连续波（点频）模式配置方法

DCA1000EVM是一款数据采集卡，适配于德州仪器（TI）的77GHz&60GHz 毫米波雷达传感器EVM高速60PIN接口，采集卡主要功能是使用户能够通过DCA1000板卡的以太网获得从雷达的LVDS接口送出的ADC数据；于此同时，DCA1000EVM也板载了USB<->SPI接口，方便PC软件对雷达传感器芯片进行配置。

mmWave Studio是一款独立的 Windows GUI，它具有配置和控制 TI 毫米波传感器模块以及收集 ADC 数据以进行离线分析的功能。该 ADC 数据捕获旨在评估和表征射频性能，以及进行信号处理算法的 PC 开发。下图是使用DCA1000+mmWave Studio 软件进行毫米波雷达数据采集的框图，PC上使用mmWave Studio 软件，通过USBßàSPI接口对毫米波雷达芯片进行工作模式配置并采集数据。可支持包括chirping mode、advance frame mode、continuous wave mode在内的全部毫米波雷达RF配置，并且GUI集成的数据分析功能可对采集回来的数据进行初步的分析。

传感器

图1. 使用DCA1000+mmWave Studio软件进行数据采集框图

mmWave studio GUI 中连续波模式的设置界面如下图所示，用户仅需遵循mmWave studio软件的配置流程，配置毫米波雷达芯片于连续波工作模式即可，于此同时，DCA1000EVM还可以从LVDS接口获取在连续波模式下的接收通道获取的ADC数据。

传感器

图2. mmWave studio GUI 中连续波模式的设置界面示意图

小结，使用DCA1000EVM +mmWave Studio软件组合的要求及优势如下：

硬件：mmWave radar sensor EVM + DCA1000EVM + PC

软件：mmWave studio

Radar硬件所需预留接口：LVDS（ADC数据传输） + SPI（RF参数配置） + UART（固件加载）+ SOP（SOC启动模式配置）

优势：RF所有的配置都支持，同时可以获取点频模式下的ADC数据，可以同步分析RX性能。

2. 使用mmWave Studio CLI tools工具的连续波（点频）模式配置方法

mmWave Studio CLI tools是使用命令行界面 (CLI) 控制毫米波传感器的GUI工具，可以替换mmWave Studio的基本功能，对比于完整功能的mmWave Studio，mmWave Studio CLI tools是一个轻量化的工具，它使用与OOB(SDK out-of-box demo) 相同的配置方式与命令，同时，在硬件连接的需求上，省了一个SPI接口，所以在外场测试过程中，能够简化硬件连接及操作流程。

传感器

图3. 使用DCA1000+mmWave Studio CLI tools组合的硬件连接框图

mmWave studio CLI tools的使用较为简单，直接使用TI已提供的软件包即可实现高占空比的FMCW波形配置，也可实现点频模式的配置，下文将要介绍了操作步骤。

连续波点频发射模式

烧写bin文件bin到板卡

修改串口号". studio_cliguimmw_cli_toolmmwaveconfig.txt"

COM_PORT_NUM=9 修改为Application/User口（命令口），需注意，这个串口跑的是921600bps

修改cfg文件为CW模式。修改".studio_cliguimmw_cli_toolmmwaveconfig.txt"

CONFIG_JSON_CFG_PATH=....profile_continuous_mode_xwr68xx.cfg #连续波模式

CONFIG_JSON_CFG_PATH=....profile_chirp_mode_xwr68xx.cfg #FMCW chirp模式

双击运行".studio_cliguimmw_cli_toolmmwave_studio_cli.exe"即可按点频连续波发射。

设置为其他频点。修改".studio_cliprofile_continuous_mode_xwr68xx.cfg"

contModeCfg 61 0 0 6000 0 0 30 0 1024

contModeCfg 60 0 0 6000 0 0 30 0 1024

61/60即是发射连续波时候的频点。

FMCW chirp扫频发射模式

烧写bin文件bin到板卡

修改串口号".studio_cliguimmw_cli_toolmmwaveconfig.txt"

COM_PORT_NUM=9 修改为Application/User口（命令口），需注意，这个串口跑的是921600bps

修改cfg文件为chirp模式。修改".studio_cliguimmw_cli_toolmmwaveconfig.txt"

CONFIG_JSON_CFG_PATH=....profile_continuous_mode_xwr68xx.cfg #连续波模式

CONFIG_JSON_CFG_PATH=....profile_chirp_mode_xwr68xx.cfg # FMCW chirp模式

双击运行".studio_cliguimmw_cli_toolmmwave_studio_cli.exe" 即可按设定的FMCW chirp模式发射。

设置为其他频段，请修改".studio_cliprofile_chirp_mode_xwr68xx.cfg"。

profileCfg 0 60.75 30.00 25.00 59.10 0 0 54.71 1 96 2950.00 2 1 36

chirpCfg 0 0 0 0 0 0 0 1

chirpCfg 1 1 0 0 0 0 0 2

chirpCfg 2 2 0 0 0 0 0 4

frameCfg 0 2 96 0 26 1 0

其中framecfg中的26可以修改，比如26ms对应7%占空比。70ms对应36.66%占空比。

小结，使用DCA1000+mmWave Studio CLI tools软件组合的软硬件要求及优势如下：

硬件：mmWave radar sensor EVM + DCA1000 + PC

软件：mmWave studio CLI tools

Radar硬件所需预留接口：LVDS（ADC数据传输） + UART（RF参数配置及固件加载）+ SOP（SOC启动模式配置，仅需配置一次）

优势：支持FMCW模式及连续波点频模式，获取ADC数据则需DCA1000EVM数据采集卡的配合，若只需评估TX性能，可以只使用SOC板卡，不需要DCA1000EVM。

3. 使用mmWave SDK out-of-box demo的连续波（点频）模式配置方法

3.1. 运行mmWave SDK out-of-box demo的对外接口说明

在现有的TI mmWave SDK及TOOLBOX相关的示例代码中，均使用两个串口进行参数的配置及数据的获取，EVM板载的TM4C MCU是一个板载XDS110仿真器，仿真器自带两路串口，可以直接完成SDK DEMO中的参数配置及数据输出。在客制化产品中，可以使用外部的2个USB<->UART桥接线缆进行调试，两个串口的默认使用情况如下：

传感器

图4. 运行mmWave SDK out-of-box demo的对外接口框图

配置命令口：Application/User Uart: Configuration port 115200bps: UART_RX/TX port <-> USB-UART cable <-> PC

数据口：Auxilliary Data Port: Data port 921600bps: MSS_LOGGER-> USB-UART cable -> PC

3.2. 在mmWave SDK out-of-box demo中增加连续波CW模式配置代码

在现有的TI mmWave SDK及TOOLBOX相关的示例代码中，增加配置连续波点频的函数，完成对连续波模式的配置及单次自校准，通过原有的CLI串口调试接口，将连续波模式的CFG参数以CLI的格式配置进去，即可完成连续波点频模式的配置，该配置实现代码较为简单，可作为应用程序的一部分与应用程序整合，实现代码如下：

在c 增加头文件

#include

在c 增加一条新的CLI指令

cliCfg.tableEntry[cnt].cmd = "ContMode";

cliCfg.tableEntry[cnt].helpString = "";

cliCfg.tableEntry[cnt].cmdHandlerFxn = MmwDemo_CLIContMode;

cnt++;

在c 增加以下代码

#define ROUND_TO_INT32(X) ((int32_t) (X))

//#define CONV_FREQ_GHZ_TO_CODEWORD(X) (uint32_t) ((float)X * (1e9) / 53.644)//77G device

#define CONV_FREQ_GHZ_TO_CODEWORD(X) (uint32_t) ((float)X * (1e9) / 40.233)//60G device

static int32_t MmwDemo_CLIContMode (int32_t argc, char* argv[])

{

int32_t retVal;

float nFreqCent;

rlContModeCfg_t contModeCfg;

rlContModeEn_t contModeEnable;

if (argc != 2)

{

CLI_write ("Error: Invalid usage of basicCfg commandn");

return -1;

}

nFreqCent = atof(argv[1]);

contModeCfg.startFreqConst = (CONV_FREQ_GHZ_TO_CODEWORD(nFreqCent));

contModeCfg.txOutPowerBackoffCode = 0;

contModeCfg.txPhaseShifter = 0;

contModeCfg.digOutSampleRate = 6000;

contModeCfg.hpfCornerFreq1 = 0;

contModeCfg.hpfCornerFreq2 = 0;

contModeCfg.rxGain = 30;

// b0 FORCE_VCO_SEL

// 0 - Use internal VCO selection

// 1 - Forced external VCO selection

// b1 VCO_SEL

// 0 - VCO1 (77G:76 - 78 GHz or 60G:57 - 60.75 GHz)

// 1 - VCO2 (77G:77 - 81 GHz or 60G:60 - 64 GHz)

// //77G device

// if (nFreqCent > 78)

// contModeCfg.vcoSelect = 0x2;

// else

// contModeCfg.vcoSelect = 0x0;

//60G device

contModeCfg.vcoSelect = 0x2;

CLI_write ("CONT_FREQ_CONST=%X,%Dn",contModeCfg.startFreqConst,contModeCfg.startFreqConst);

contModeEnable.contModeEn = 1;

retVal = rlSetContModeConfig(RL_DEVICE_MAP_INTERNAL_BSS, (rlContModeCfg_t*)&contModeCfg);

/* Check for mmWaveLink API call status */

if(retVal != 0)

{

System_printf("Error: rlSetContModeConfig retVal=%dn", retVal);

return -1;

}

System_printf("Debug: Finished rlSetContModeConfign");

int32_t errCode;

MMWave_CalibrationCfg calibrationCfg;

MMWave_ErrorLevel errorLevel;

int16_t mmWaveErrorCode;

int16_t subsysErrorCode;

/* Get the open configuration from the CLI mmWave Extension */

CLI_getMMWaveExtensionOpenConfig (&gMmwMCB.cfg.openCfg);

/* NO: Setup the calibration frequency: */

gMmwMCB.cfg.openCfg.freqLimitLow = 600U;

gMmwMCB.cfg.openCfg.freqLimitHigh = 640U;

// gMmwMssMCB.cfg.openCfg.freqLimitLow = 760U;

// gMmwMssMCB.cfg.openCfg.freqLimitHigh = 810U;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.dfeDataOutputMode = MMWave_DFEDataOutputMode_CONTINUOUS;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.startFreqConst = contModeCfg.startFreqConst;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.txOutPowerBackoffCode = contModeCfg.txOutPowerBackoffCode;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.txPhaseShifter = contModeCfg.txPhaseShifter;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.digOutSampleRate = contModeCfg.digOutSampleRate;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.hpfCornerFreq1 = contModeCfg.hpfCornerFreq1;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.hpfCornerFreq2 = contModeCfg.hpfCornerFreq2;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.rxGain = contModeCfg.rxGain;

gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.u.continuousModeCfg.cfg.vcoSelect = contModeCfg.vcoSelect;

/* Disable the frame start async event so that small chirp times

are supported. If this event is enabled it will break real-time

for small chirp times and cause 1D processing to crash

due to lack of MIPS*/

gMmwMCB.cfg.openCfg.disableFrameStartAsyncEvent = true;

/* Enable frame stop async event so that we know when BSS has stopped*/

gMmwMCB.cfg.openCfg.disableFrameStopAsyncEvent = false;

/* No custom calibration: */

gMmwMCB.cfg.openCfg.useCustomCalibration = false;

gMmwMCB.cfg.openCfg.customCalibrationEnableMask = 0x0;

/* calibration monitoring base time unit

* setting it to one frame duration as the demo doesnt support any

* monitoring related functionality

gMmwMCB.cfg.openCfg.calibMonTimeUnit = 1;

/* Open the mmWave module: */

if (MMWave_open (gMmwMCB.ctrlHandle, &gMmwMCB.cfg.openCfg, NULL, &errCode) < 0)

{

/* Error: decode and Report the error */

MMWave_decodeError (errCode, &errorLevel, &mmWaveErrorCode, &subsysErrorCode);

CLI_write ("Error: mmWave Open failed [Error code: %d Subsystem: %d]n",

mmWaveErrorCode, subsysErrorCode);

return -1;

}

CLI_write ("MMWave_openn");

/* Configure the mmWave module: */

if (MMWave_config (gMmwMCB.ctrlHandle, &gMmwMCB.cfg.ctrlCfg, &errCode) < 0)

{

CLI_write ("Error: MMWDemoMSS mmWave Configuration failed [Error code %d]n", errCode);

MMWave_decodeError (errCode, &errorLevel, &mmWaveErrorCode, &subsysErrorCode);

CLI_write ("Error: MMWDemoMSS mmWave Configuration failed [mmWave Error: %d Subsys: %d]n", mmWaveErrorCode, subsysErrorCode);

return -1;

}

CLI_write ("MMWave_confign");

/* Initialize the calibration configuration: */

memset ((void*)&calibrationCfg, 0, sizeof(MMWave_CalibrationCfg));

// /* Populate the calibration configuration: */

// calibrationCfg.dfeDataOutputMode =

// gMmwMssMCB.cfg.ctrlCfg.dfeDataOutputMode;

// calibrationCfg.u.chirpCalibrationCfg.enableCalibration = true;

// calibrationCfg.u.chirpCalibrationCfg.enablePeriodicity = true;

// calibrationCfg.u.chirpCalibrationCfg.periodicTimeInFrames = 10U;

calibrationCfg.dfeDataOutputMode = gMmwMCB.cfg.ctrlCfg.dfeDataOutputMode;

calibrationCfg.u.contCalibrationCfg.enableOneShotCalibration = true;

/* Start the mmWave module: The configuration has been applied successfully. */

if (MMWave_start (gMmwMCB.ctrlHandle, &calibrationCfg, &errCode) < 0)

{

/* Error: Unable to start the mmWave control */

MMWave_decodeError (errCode, &errorLevel, &mmWaveErrorCode, &subsysErrorCode);

CLI_write ("Error: MMWDemoMSS mmWave Start failed [Error code %x]n", errCode);

CLI_write ("Error: MMWDemoMSS mmWave Stop failed [mmWave Error: %d Subsys: %d]n", mmWaveErrorCode, subsysErrorCode);

return -1;

}

CLI_write ("Debug: MMWDemoMSS mmWave Start succeeded n");

retVal = rlEnableContMode(RL_DEVICE_MAP_INTERNAL_BSS, (rlContModeEn_t*)&contModeEnable);

/* Check for mmWaveLink API call status */

if(retVal != 0)

{

/* Error: Link reported an issue. */

CLI_write("Error: rlEnableContMode retVal=%dn", retVal);

return -1;

}

CLI_write("Debug: Finished rlEnableContModen");

/* Package the command with given data and send it to device */

return 0;

}

cfg的配置信息如下：

flushCfg

dfeDataOutputMode 2

channelCfg 2 1 0

adcCfg 2 2

adcbufCfg -1 0 0 1 1

lowPower 0 0

ContMode 60

3.3. 运行测试代码

将上述代码集成进测试程序后，编译成功后，将此BIN文件烧写到EVM板卡中，通过CLI串口加载配置，即可实现连续波点频模式的配置，串口打印信息如下，完成连续波点频模式的配置。

******************************************

xWR64xx MMW Demo 03.05.00.04

******************************************

mmwDemo:/>flushCfg

Done

mmwDemo:/>dfeDataOutputMode 2

Done

mmwDemo:/>channelCfg 2 1 0

Done

mmwDemo:/>adcCfg 2 2

Done

mmwDemo:/>adcbufCfg -1 0 0 1 1

Done

mmwDemo:/>lowPower 0 0

Done

mmwDemo:/>ContMode 60

CONT_FREQ_CONST=58E3A1CD,

Debug: Init Calibration Status = 0x1ffe

MMWave_open

MMWave_config

Debug: MMWDemoMSS mmWave Start succeeded

Debug: Finished rlEnableContMode

Done

小结，使用mmWave SDK out-of-box demo的连续波（点频）模式配置的软件组合的软硬件要求及优势如下：

硬件：mmWave radar sensor EVM + PC

软件：mmWave SDK out-of-box demo + 代码修改

Radar硬件所需预留接口：UART（RF参数配置及固件加载）+ SOP（SOC启动模式配置，仅需配置一次）

优势：与应用代码整合，可以灵活的通过配置函数切换FMCW模式及点频模式，获取ADC数据则用户自己完成ADCBUF取数的驱动代码修改，若只用于评估TX性能，那此方法则不需要更多的修改，即可在应用代码中预留此接口，方便研发测试及产线测试。

4. 总结

本文介绍了3种连续波点频模式设置的软件工具及方法，用户可以根据实际的使用需求，在早期研发阶段，用灵活的mmWave studio软件配置RF参数，测试RF性能，在后期量产阶段，用代码固化的方式增加连续波模式的配置选项，方便测试雷达的点频性能及天线方向图等。需注意的是，在配置连续波模式后，SOC的温度较高，需要做好散热措施保证芯片工作温度在数据手册允许范围内。

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