基于MachXO3-9400开发板的电源排序与故障记录演示

在电子系统设计中，电源管理和故障记录是至关重要的环节。本文将详细介绍使用Lattice Semiconductor的MachXO3-9400开发板、ASC桥接板和ASC扩展板进行电源排序与故障记录的演示。

文件下载：LPTM-ASC-B-EVN.pdf

一、引言

本演示展示了如何将MachXO3™ FPGA用作分布式硬件管理系统中的中央控制器，该系统包含四个独立的电源平面。每个电源平面由一个单独的ASC设备控制和监控，所有ASC设备由MachXO3中的单个设计（中央控制）进行监控和控制。演示的主要特性包括：

• 四个电源平面的顺序电源平面排序（调试模式）
• 四个电源平面的并行电源平面排序（正常模式）
• 31个伪DC/DC使能和/或复位信号的排序
• 紧急和正常关机序列
• 强制和可选的ASC扩展设备
• 整个系统或单个电源平面关机后的重新排序
• 电源平面序列完成后的故障日志启用
• 带有32位时间戳（一秒时间基准）的故障日志
• 读取和清除故障记录时禁用故障日志
• 可用户配置32位的故障日志

二、演示要求

2.1 硬件要求

• MachXO3-9400开发板（OPN: LCMXO3LF-9400C-ASC-B-EVN）
• ASC桥接板（OPN: L-ASC-BRIDGE-EVN）
• 三个ASC扩展板（OPN: LPTM-ASC-B-EVN）
• 小螺丝刀（用于调节MachXO3-9400开发板上的电位器）
• 带有标准10兆探头的示波器（用于测量故障记录时间）

2.2 软件要求

• Lattice Diamond设计软件（包括Platform Designer），版本3.10或更高 - www.latticesemi.com/diamond
• Lattice Diamond编程工具 - http://www.latticesemi.com/programmer

三、演示设置

按照以下步骤设置演示：

1. 在每个ASC扩展板上安装两个支架。
2. 在ASC桥接板上安装四个支架。
3. 将ASC桥接板连接到MachXO3-9400开发板：
   • 连接ASC桥接板J3到MaxhXO3 X2。
   • 连接ASC桥接板J2到MachXO3 X3。
4. 在每个ASC扩展板上安装J11跳线。
5. 将每个ASC扩展板上的复位跳线J12设置为可选。
6. 将每个ASC扩展板上的所有电位器滑动到0 V位置。
7. 将MachXO3-9400开发板上的POT1旋转到0 V位置（完全顺时针）。
8. 确保ASC1扩展板上的SW3只有1位置向下；其他都向上。
9. 确保ASC2扩展板上的SW3只有2位置向下；其他都向上。
10. 确保ASC3扩展板上的SW3只有3位置向下；其他都向上。
11. 将ASC桥接板上的SW3设置为XO3位置。
12. 使用J6将ASC1扩展板连接到ASC0位置。
13. 使用J13将ASC2扩展板连接到ASC1位置。
14. 使用J7将ASC3扩展板连接到ASC2位置。
15. 确保MachXO3开发板上SW1的所有杠杆都处于向上位置。
16. 将USB电缆连接到MachXO3-9400开发板底部的J11，并连接到安装了Diamond和演示的计算机。

四、演示包组件和目录结构

演示包包含以下组件：	文件夹	文件名	描述
Top	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_V0.zip	演示存档 - 从网站下载
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo.ldf	Diamond项目
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo.lpf	Diamond偏好设置
Topimpl1	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_impl1.jed	MachXO3编程文件
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo.ptm	Platform Designer项目
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo.lgb	Platform Designer逻辑（xml）
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC0.asc	Platform Designer ASC0（xml）
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC1.asc	Platform Designer ASC1（xml）
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC2.asc	Platform Designer ASC2（xml）
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC3.asc	Platform Designer ASC3（xml）
Topimpl1MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ptm	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC0.hex	ASC 0编程文件
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC1.hex	ASC 1编程文件
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC2.hex	ASC 2编程文件
	MachXO3_ASC_Bridge_Demo_ASC3.hex	ASC 3编程文件

五、对ASC和MachXO3设备进行编程

按照以下步骤对ASC和MachXO3设备进行编程：

1. 从Lattice网站下载MachXO3_ASC_Bridge_Demo.zip文件到计算机的文件夹中。
2. 打开Diamond版本3.10或更高版本。
3. 点击文件 > 打开 > 存档项目，选择MachXO3_ASC_Bridge_Demo.zip文件。
4. 浏览到演示文件将被解压缩的目标目录。
5. 通过双击Diamond文件列表中的MachXO3_ASC_Bridge_Demo.ptm文件打开Platform Designer（Diamond附带的工具）。
6. 在界面左侧，点击构建。
7. 点击编译按钮。
8. 编译过程完成后，点击引脚分配按钮。这将以电子表格视图打开Diamond工具。由于所有引脚已经为演示分配，无需进一步编辑。
9. 点击Platform Designer选项卡。
10. 点击生成Jedec按钮，为MachXO3生成.jed文件，为ASCs生成.hex文件。过程完成后，摘要状态从显示红色叉号“未更新”变为绿色对勾“已更新”。
11. 点击工具栏上的编程器按钮打开Diamond编程器。
12. 要对MachXO3和四个L-ASC10设备进行编程，点击工具栏上的编程按钮。当显示绿色PASS状态时，平台即可进行演示。

六、运行排序演示

6.1 顺序电源平面上电

此部分演示按顺序开启由ASCs控制的LED，模拟系统的DC/DC使能和/或复位信号。在几个位置暂停序列，等待电位器接近正确位置，模拟DC/DC电源上升或下降的延迟。 在序列开始前，MachXO3-9400开发板上的以下状态LED应亮起：

• D4 (PIO_Status_LED_0) – 故障日志启用
• D8 (PIO_Status_LED_1) – ASC1扩展板已安装
• D7 (PIO_Status_LED_2) – ASC2扩展板已安装
• D1 (PIO_Status_LED_3) – ASC3扩展板已安装

运行上电序列的步骤如下：

1. 按下ASC桥接板上的SW1 (PIO_BRG_SW1_Restart) 启动序列。MachXO39400开发板上的LED按以下顺序亮起：
   • D9 (A0_GPIO1_LED)
   • D10 (A0_GPIO2_LED)
   • D11 (A0_GPIO3_LED)
2. 使用小螺丝刀，将MachXO3-9400开发板上的POT1逆时针缓慢旋转到中值（约1.5 V，使A0_VM7_POT_OK为真）。LED D12 (A0_GPIO4_LED) 亮起。然后以下LED按顺序亮起：
   • D13 (A0_GPIO5_LED)
   • D14 (A0_GPIO6_LED)
   • D15 (A0_GPIO8_LED)
   • D16 (A0_GPIO9_LED)
   • D17 (A0_GPIO10_LED) 此时电源平面1完全上电，MachXO3-9400开发板状态LED D2 (PIO_Status_LED_4) 亮起。电源平面2开始上电。ASC1扩展板上的LED按以下顺序亮起：
   • D2 (A1_GPIO2_LED)
   • D3 (A1_GPIO3_LED)
3. 将ASC1 – POT7滑动到中值（约1.5 V，使A1_VM7_POT_OK为真）。以下LED亮起：
   • D4 (A1_GPIO4_LED)
4. 将ASC1 – POT8滑动到中值（约1.5 V，使A1_VM8_POT_OK为真）。LED按以下顺序亮起：
   • D5 (A1_GPIO5_LED)
   • D6 (A1_GPIO6_LED)
   • D7 (A1_GPIO8_LED)
   • D8 (A1_GPIO9_LED) 此时电源平面2完全上电，MachXO3-9400开发板状态LED D5 (PIO_Status_LED_5) 亮起。电源平面3开始上电。ASC2扩展板上的LED按以下顺序亮起：
   • D2 (A2_GPIO2_LED)
   • D3 (A2_GPIO3_LED)
5. 将ASC2 – POT7滑动到中值（约1.5 V，使A2_VM7_POT_OK为真）。以下LED亮起：
   • D4 (A2_GPIO4_LED)
6. 将ASC2 – POT8滑动到中值（约1.5 V，使A2_VM8_POT_OK为真）。LED按以下顺序亮起：
   • D5 (A2_GPIO5_LED)
   • D6 (A2_GPIO6_LED)
   • D7 (A2_GPIO8_LED)
   • D8 (A2_GPIO9_LED) 此时电源平面3完全上电，MachXO3-9400开发板状态LED D3 (PIO_Status_LED_6) 亮起。电源平面4开始上电。ASC3扩展板上的LED按以下顺序亮起：
   • D2 (A3_GPIO2_LED)
   • D3 (A3_GPIO3_LED)
7. 将ASC3 – POT7滑动到中值（约1.5 V，使A3_VM7_POT_OK为真）。以下LED亮起：
   • D4 (A3_GPIO4_LED)
8. 将ASC2 – POT8滑动到中值（约1.5 V，使A3_VM8_POT_OK为真）。LED按以下顺序亮起：
   • D5 (A3_GPIO5_LED)
   • D6 (A3_GPIO6_LED)
   • D7 (A3_GPIO8_LED)
   • D8 (A3_GPIO9_LED) 此时所有四个电源平面都完全上电，MachXO3-9400开发板状态LED D6 (PIO_Status_LED_7) 亮起。

6.2 顺序电源平面下电

此部分演示按相反顺序关闭LED，使电源平面4首先下电，然后是电源平面3，接着是电源平面2，最后是电源平面1下电。 运行下电序列的步骤如下：

1. 按下MachXO3-9400开发板上的SW4 (PIO_XO3_SW4_Shutdown_Normal) 启动下电序列。ASC3扩展板上的LED按以下顺序关闭：
   • D8 (A3_GPIO9_LED)
   • D7 (A3_GPIO8_LED)
   • D6 (A3_GPIO6_LED)
   • D5 (A3_GPIO5_LED)
2. 将ASC3 – POT8向零滑动（小于1 V，使A3_VM8_POT_MIN为假）。以下LED关闭：
   • D4 (A3_GPIO4_LED)
3. 将ASC3 – POT7向零滑动（小于1 V，使A3_VM7_POT_MIN为假）。LED按以下顺序关闭：
   • D3 (A3_GPIO3_LED)
   • D2 (A3_GPIO2_LED) 此时电源平面4完全下电，MachXO3-9400开发板状态LED D6 (PIO_Status_LED_7) 熄灭。电源平面3开始下电。ASC2扩展板上的LED按以下顺序关闭：
   • D8 (A2_GPIO9_LED)
   • D7 (A2_GPIO8_LED)
   • D6 (A2_GPIO6_LED)
   • D5 (A2_GPIO5_LED)
4. 将ASC2 – POT8向零滑动（小于1 V，使A2_VM8_POT_MIN为假）。以下LED关闭：
   • D4 (A2_GPIO4_LED)
5. 将ASC2 – POT7向零滑动（小于1 V，使A2_VM7_POT_MIN为假）。LED按以下顺序关闭：
   • D3 (A3_GPIO3_LED)
   • D2 (A3_GPIO2_LED) 此时电源平面3完全下电，MachXO3-9400开发板状态LED D3 (PIO_Status_LED_6) 熄灭。电源平面2开始下电。ASC1扩展板上的LED按以下顺序关闭：
   • D8 (A1_GPIO9_LED)
   • D7 (A1_GPIO8_LED)
   • D6 (A1_GPIO6_LED)
   • D5 (A1_GPIO5_LED)
6. 将ASC1 – POT8向零滑动（小于1 V，使A1_VM8_POT_MIN为假）。以下LED关闭：
   • D4 (A1_GPIO4_LED)
7. 将ASC1 – POT7向零滑动（小于1 V，使A1_VM7_POT_MIN为假）。LED按以下顺序关闭：
   • D3 (A1_GPIO3_LED)
   • D2 (A1_GPIO2_LED) 此时电源平面2完全下电，MachXO3-9400开发板状态LED D5 (PIO_Status_LED_5) 熄灭。电源平面1开始下电。MachXO3-9400开发板上的LED按以下顺序关闭：
   • D17 (A0_GPIO10_LED)
   • D16 (A0_GPIO9_LED)
   • D15 (A0_GPIO8_LED)
   • D14 (A0_GPIO6_LED)
   • D13 (A0_GPIO5_LED)
8. 使用小螺丝刀，将POT1顺时针缓慢旋转到零（小于1.0 V，使A0_VM7_POT_MIN为假）。LED按以下顺序关闭：
   • D12 (A0_GPIO4_LED)
   • D11 (A0_GPIO3_LED)
   • D10 (A0_GPIO2_LED)
   • D9 (A0_GPIO1_LED) 此时所有四个电源平面都完全下电，MachXO3-9400开发板状态LED D2 (PIO_Status_LED_4) 熄灭。

6.3 紧急（快速）关机后重新排序

此部分演示在不进行排序的情况下关闭所有四个电源平面。 步骤如下：

1. 重复顺序电源平面上电部分的所有步骤。
2. 按下ASC桥接板上的SW2 (PIO_BRG_Shutdown_Fast)。所有四个电源平面中的所有LED同时关闭。
3. 按下ASC桥接板上的SW1 (PIO_BRG_Restart)。电源平面1的LED按顺序亮起，然后是电源平面2，接着是电源平面3，最后是电源平面4。由于所有电位器都保持在1.5 V左右的位置，LED亮起时没有延迟。
4. 重复顺序电源平面下电部分的所有步骤。

6.4 并行电源平面上电和下电

此部分演示同时启动所有四个电源平面的上电序列。 步骤如下：

1. 在MachXO3-9400开发板上，将SW1-1的位置从向上改为向下（PIOXO3_SW1_1_Sequential_Mode）。
2. 按下ASC桥接板上的SW1 (PIO_BRG_Restart)。所有四个电源平面中的所有LED同时按各自板上列出的顺序亮起：
   • MachXO3-9400开发板：
     • D9 (A0_GPIO1_LED)
     • D10 (A0_GPIO2_LED)
     • D11 (A0_GPIO3_LED)
   • ASC 1扩展板：
     • D2 (A1_GPIO2_LED)
     • D3 (A1_GPIO3_LED)
   • ASC 2扩展板：
     • D2 (A2_GPIO2_LED)
     • D3 (A2_GPIO3_LED)
   • ASC 3扩展板：
     • D2 (A3_GPIO2_LED)
     • D3 (A3_GPIO3_LED)