forked from M-Labs/artiq
Firmware: WRPLL
wrpll: add tag collector to process gtx & main tags wrpll: add frequency counter to set BASE_ADPLL wrpll: add TAG_OFFSET and calibration for Satman wrpll: add 100MHz & 125MHz fixed point low pass filter wrpll: add main & helper PLL
This commit is contained in:
parent
5d9bc930fe
commit
0ac0e08170
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@ -25,3 +25,4 @@ proto_artiq = { path = "../libproto_artiq" }
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[features]
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[features]
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uart_console = []
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uart_console = []
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alloc = []
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alloc = []
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calibrate_wrpll_skew = []
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@ -321,3 +321,402 @@ fn set_adpll(dcxo: i2c::DCXO, adpll: i32) -> Result<(), &'static str> {
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Ok(())
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Ok(())
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}
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}
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#[cfg(has_wrpll)]
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pub mod wrpll {
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use super::*;
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const BEATING_PERIOD: i32 = 0x8000;
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const BEATING_HALFPERIOD: i32 = 0x4000;
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const COUNTER_WIDTH: u32 = 24;
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const DIV_WIDTH: u32 = 2;
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// y[n] = b0*x[n] + b1*x[n-1] + b2*x[n-2] - a1*y[n-1] - a2*y[n-2]
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struct FilterParameters {
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pub b0: i64,
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pub b1: i64,
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pub b2: i64,
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pub a1: i64,
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pub a2: i64,
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}
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#[cfg(rtio_frequency = "100.0")]
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const LPF: FilterParameters = FilterParameters {
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b0: 10905723400, // 0.03967479060647884 * 1 << 38
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||||||
|
b1: 21811446800, // 0.07934958121295768 * 1 << 38
|
||||||
|
b2: 10905723400, // 0.03967479060647884 * 1 << 38
|
||||||
|
a1: -381134538612, // -1.3865593741228928 * 1 << 38
|
||||||
|
a2: 149879525269, // 0.5452585365488082 * 1 << 38
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};
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#[cfg(rtio_frequency = "125.0")]
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|
const LPF: FilterParameters = FilterParameters {
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|
b0: 19816511911, // 0.07209205036273991 * 1 << 38
|
||||||
|
b1: 39633023822, // 0.14418410072547982 * 1 << 38
|
||||||
|
b2: 19816511911, // 0.07209205036273991 * 1 << 38
|
||||||
|
a1: -168062510414, // -0.6114078511562919 * 1 << 38
|
||||||
|
a2: -27549348884, // -0.10022394739274834 * 1 << 38
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};
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static mut H_ADPLL1: i32 = 0;
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static mut H_ADPLL2: i32 = 0;
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static mut PERIOD_ERR1: i32 = 0;
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static mut PERIOD_ERR2: i32 = 0;
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static mut M_ADPLL1: i32 = 0;
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static mut M_ADPLL2: i32 = 0;
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static mut PHASE_ERR1: i32 = 0;
|
||||||
|
static mut PHASE_ERR2: i32 = 0;
|
||||||
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|
static mut BASE_ADPLL: i32 = 0;
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#[derive(Clone, Copy)]
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pub enum ISR {
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RefTag,
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MainTag,
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}
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mod tag_collector {
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use super::*;
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#[cfg(wrpll_ref_clk = "GT_CDR")]
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static mut TAG_OFFSET: u32 = 23890;
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#[cfg(wrpll_ref_clk = "SMA_CLKIN")]
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|
static mut TAG_OFFSET: u32 = 0;
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|
static mut REF_TAG: u32 = 0;
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static mut REF_TAG_READY: bool = false;
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static mut MAIN_TAG: u32 = 0;
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|
static mut MAIN_TAG_READY: bool = false;
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pub fn reset() {
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clear_phase_diff_ready();
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unsafe {
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REF_TAG = 0;
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|
MAIN_TAG = 0;
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||||||
|
}
|
||||||
|
}
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|
pub fn clear_phase_diff_ready() {
|
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|
unsafe {
|
||||||
|
REF_TAG_READY = false;
|
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|
MAIN_TAG_READY = false;
|
||||||
|
}
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||||||
|
}
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pub fn collect_tags(interrupt: ISR) {
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match interrupt {
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ISR::RefTag => unsafe {
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|
REF_TAG = csr::wrpll::ref_tag_read();
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||||||
|
REF_TAG_READY = true;
|
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|
},
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|
ISR::MainTag => unsafe {
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|
MAIN_TAG = csr::wrpll::main_tag_read();
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|
MAIN_TAG_READY = true;
|
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|
},
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
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||||||
|
pub fn phase_diff_ready() -> bool {
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|
unsafe { REF_TAG_READY && MAIN_TAG_READY }
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}
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#[cfg(feature = "calibrate_wrpll_skew")]
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pub fn set_tag_offset(offset: u32) {
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unsafe {
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|
TAG_OFFSET = offset;
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|
}
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}
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#[cfg(feature = "calibrate_wrpll_skew")]
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pub fn get_tag_offset() -> u32 {
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unsafe { TAG_OFFSET }
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}
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pub fn get_period_error() -> i32 {
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// n * BEATING_PERIOD - REF_TAG(n) mod BEATING_PERIOD
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let mut period_error = unsafe {
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|
REF_TAG
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||||||
|
.overflowing_neg()
|
||||||
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.0
|
||||||
|
.rem_euclid(BEATING_PERIOD as u32) as i32
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||||||
|
};
|
||||||
|
// mapping tags from [0, 2π] -> [-π, π]
|
||||||
|
if period_error > BEATING_HALFPERIOD {
|
||||||
|
period_error -= BEATING_PERIOD
|
||||||
|
}
|
||||||
|
period_error
|
||||||
|
}
|
||||||
|
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||||||
|
pub fn get_phase_error() -> i32 {
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||||||
|
// MAIN_TAG(n) - REF_TAG(n) - TAG_OFFSET mod BEATING_PERIOD
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|
let mut phase_error = unsafe {
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|
MAIN_TAG
|
||||||
|
.overflowing_sub(REF_TAG + TAG_OFFSET)
|
||||||
|
.0
|
||||||
|
.rem_euclid(BEATING_PERIOD as u32) as i32
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
// mapping tags from [0, 2π] -> [-π, π]
|
||||||
|
if phase_error > BEATING_HALFPERIOD {
|
||||||
|
phase_error -= BEATING_PERIOD
|
||||||
|
}
|
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|
phase_error
|
||||||
|
}
|
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|
}
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fn set_isr(en: bool) {
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let val = if en { 1 } else { 0 };
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unsafe {
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|
csr::wrpll::ref_tag_ev_enable_write(val);
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|
csr::wrpll::main_tag_ev_enable_write(val);
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|
}
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|
}
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|
fn set_base_adpll() -> Result<(), &'static str> {
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let count2adpll = |error: i32| {
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|
((error as f64 * 1e6) / (0.0001164 * (1 << (COUNTER_WIDTH - DIV_WIDTH)) as f64)) as i32
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|
};
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|
let (ref_count, main_count) = get_freq_counts();
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unsafe {
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|
BASE_ADPLL = count2adpll(ref_count as i32 - main_count as i32);
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set_adpll(i2c::DCXO::Main, BASE_ADPLL)?;
|
||||||
|
set_adpll(i2c::DCXO::Helper, BASE_ADPLL)?;
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|
}
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|
Ok(())
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|
}
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|
fn get_freq_counts() -> (u32, u32) {
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unsafe {
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csr::wrpll::frequency_counter_update_write(1);
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|
while csr::wrpll::frequency_counter_busy_read() == 1 {}
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#[cfg(wrpll_ref_clk = "GT_CDR")]
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let ref_count = csr::wrpll::frequency_counter_counter_rtio_rx0_read();
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||||||
|
#[cfg(wrpll_ref_clk = "SMA_CLKIN")]
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|
let ref_count = csr::wrpll::frequency_counter_counter_ref_read();
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|
let main_count = csr::wrpll::frequency_counter_counter_sys_read();
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||||||
|
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|
(ref_count, main_count)
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|
}
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|
}
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|
fn reset_plls() -> Result<(), &'static str> {
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unsafe {
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|
H_ADPLL1 = 0;
|
||||||
|
H_ADPLL2 = 0;
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||||||
|
PERIOD_ERR1 = 0;
|
||||||
|
PERIOD_ERR2 = 0;
|
||||||
|
M_ADPLL1 = 0;
|
||||||
|
M_ADPLL2 = 0;
|
||||||
|
PHASE_ERR1 = 0;
|
||||||
|
PHASE_ERR2 = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
set_adpll(i2c::DCXO::Main, 0)?;
|
||||||
|
set_adpll(i2c::DCXO::Helper, 0)?;
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|
// wait for adpll to transfer and DCXO to settle
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|
clock::spin_us(200);
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|
Ok(())
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|
}
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|
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|
fn clear_pending(interrupt: ISR) {
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|
match interrupt {
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|
ISR::RefTag => unsafe { csr::wrpll::ref_tag_ev_pending_write(1) },
|
||||||
|
ISR::MainTag => unsafe { csr::wrpll::main_tag_ev_pending_write(1) },
|
||||||
|
};
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
fn is_pending(interrupt: ISR) -> bool {
|
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|
match interrupt {
|
||||||
|
ISR::RefTag => unsafe { csr::wrpll::ref_tag_ev_pending_read() == 1 },
|
||||||
|
ISR::MainTag => unsafe { csr::wrpll::main_tag_ev_pending_read() == 1 },
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn interrupt_handler() {
|
||||||
|
if is_pending(ISR::RefTag) {
|
||||||
|
tag_collector::collect_tags(ISR::RefTag);
|
||||||
|
clear_pending(ISR::RefTag);
|
||||||
|
helper_pll().expect("failed to run helper DCXO PLL");
|
||||||
|
}
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||||||
|
|
||||||
|
if is_pending(ISR::MainTag) {
|
||||||
|
tag_collector::collect_tags(ISR::MainTag);
|
||||||
|
clear_pending(ISR::MainTag);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if tag_collector::phase_diff_ready() {
|
||||||
|
main_pll().expect("failed to run main DCXO PLL");
|
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|
tag_collector::clear_phase_diff_ready();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn helper_pll() -> Result<(), &'static str> {
|
||||||
|
let period_err = tag_collector::get_period_error();
|
||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
let adpll = (((LPF.b0 * period_err as i64)
|
||||||
|
+ (LPF.b1 * PERIOD_ERR1 as i64)
|
||||||
|
+ (LPF.b2 * PERIOD_ERR2 as i64)
|
||||||
|
- (LPF.a1 * H_ADPLL1 as i64)
|
||||||
|
- (LPF.a2 * H_ADPLL2 as i64))
|
||||||
|
>> 38) as i32;
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||||||
|
set_adpll(i2c::DCXO::Helper, BASE_ADPLL + adpll)?;
|
||||||
|
H_ADPLL2 = H_ADPLL1;
|
||||||
|
PERIOD_ERR2 = PERIOD_ERR1;
|
||||||
|
H_ADPLL1 = adpll;
|
||||||
|
PERIOD_ERR1 = period_err;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
Ok(())
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
fn main_pll() -> Result<(), &'static str> {
|
||||||
|
let phase_err = tag_collector::get_phase_error();
|
||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
let adpll = (((LPF.b0 * phase_err as i64)
|
||||||
|
+ (LPF.b1 * PHASE_ERR1 as i64)
|
||||||
|
+ (LPF.b2 * PHASE_ERR2 as i64)
|
||||||
|
- (LPF.a1 * M_ADPLL1 as i64)
|
||||||
|
- (LPF.a2 * M_ADPLL2 as i64))
|
||||||
|
>> 38) as i32;
|
||||||
|
set_adpll(i2c::DCXO::Main, BASE_ADPLL + adpll)?;
|
||||||
|
M_ADPLL2 = M_ADPLL1;
|
||||||
|
PHASE_ERR2 = PHASE_ERR1;
|
||||||
|
M_ADPLL1 = adpll;
|
||||||
|
PHASE_ERR1 = phase_err;
|
||||||
|
};
|
||||||
|
Ok(())
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(wrpll_ref_clk = "GT_CDR")]
|
||||||
|
fn test_skew() -> Result<(), &'static str> {
|
||||||
|
// wait for PLL to stabilize
|
||||||
|
clock::spin_us(20_000);
|
||||||
|
|
||||||
|
info!("testing the skew of SYS CLK...");
|
||||||
|
if has_timing_error() {
|
||||||
|
return Err("the skew cannot satisfy setup/hold time constraint of RX synchronizer");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
info!("the skew of SYS CLK met the timing constraint");
|
||||||
|
Ok(())
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(wrpll_ref_clk = "GT_CDR")]
|
||||||
|
fn has_timing_error() -> bool {
|
||||||
|
unsafe {
|
||||||
|
csr::wrpll_skewtester::error_write(1);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
clock::spin_us(5_000);
|
||||||
|
unsafe { csr::wrpll_skewtester::error_read() == 1 }
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(feature = "calibrate_wrpll_skew")]
|
||||||
|
fn find_edge(target: bool) -> Result<u32, &'static str> {
|
||||||
|
const STEP: u32 = 8;
|
||||||
|
const STABLE_THRESHOLD: u32 = 10;
|
||||||
|
|
||||||
|
enum FSM {
|
||||||
|
Init,
|
||||||
|
WaitEdge,
|
||||||
|
GotEdge,
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
let mut state: FSM = FSM::Init;
|
||||||
|
let mut offset: u32 = tag_collector::get_tag_offset();
|
||||||
|
let mut median_edge: u32 = 0;
|
||||||
|
let mut stable_counter: u32 = 0;
|
||||||
|
|
||||||
|
for _ in 0..(BEATING_PERIOD as u32 / STEP) as usize {
|
||||||
|
tag_collector::set_tag_offset(offset);
|
||||||
|
offset += STEP;
|
||||||
|
// wait for PLL to stabilize
|
||||||
|
clock::spin_us(20_000);
|
||||||
|
|
||||||
|
let error = has_timing_error();
|
||||||
|
// A median edge deglitcher
|
||||||
|
match state {
|
||||||
|
FSM::Init => {
|
||||||
|
if error != target {
|
||||||
|
stable_counter += 1;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
stable_counter = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if stable_counter >= STABLE_THRESHOLD {
|
||||||
|
state = FSM::WaitEdge;
|
||||||
|
stable_counter = 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
FSM::WaitEdge => {
|
||||||
|
if error == target {
|
||||||
|
state = FSM::GotEdge;
|
||||||
|
median_edge = offset;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
FSM::GotEdge => {
|
||||||
|
if error != target {
|
||||||
|
median_edge += STEP;
|
||||||
|
stable_counter = 0;
|
||||||
|
} else {
|
||||||
|
stable_counter += 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
if stable_counter >= STABLE_THRESHOLD {
|
||||||
|
return Ok(median_edge);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return Err("failed to find timing error edge");
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#[cfg(feature = "calibrate_wrpll_skew")]
|
||||||
|
fn calibrate_skew() -> Result<(), &'static str> {
|
||||||
|
info!("calibrating skew to meet timing constraint...");
|
||||||
|
|
||||||
|
// clear calibrated value
|
||||||
|
tag_collector::set_tag_offset(0);
|
||||||
|
let rising = find_edge(true)? as i32;
|
||||||
|
let falling = find_edge(false)? as i32;
|
||||||
|
|
||||||
|
let width = BEATING_PERIOD - (falling - rising);
|
||||||
|
let result = falling + width / 2;
|
||||||
|
tag_collector::set_tag_offset(result as u32);
|
||||||
|
|
||||||
|
info!(
|
||||||
|
"calibration successful, error zone: {} -> {}, width: {} ({}deg), middle of working region: {}",
|
||||||
|
rising,
|
||||||
|
falling,
|
||||||
|
width,
|
||||||
|
360 * width / BEATING_PERIOD,
|
||||||
|
result,
|
||||||
|
);
|
||||||
|
|
||||||
|
Ok(())
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
pub fn select_recovered_clock(rc: bool) {
|
||||||
|
set_isr(false);
|
||||||
|
|
||||||
|
if rc {
|
||||||
|
tag_collector::reset();
|
||||||
|
reset_plls().expect("failed to reset main and helper PLL");
|
||||||
|
|
||||||
|
// get within capture range
|
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set_base_adpll().expect("failed to set base adpll");
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// clear gateware pending flag
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clear_pending(ISR::RefTag);
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clear_pending(ISR::MainTag);
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// use nFIQ to avoid IRQ being disabled by mutex lock and mess up PLL
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set_isr(true);
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info!("WRPLL interrupt enabled");
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#[cfg(feature = "calibrate_wrpll_skew")]
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calibrate_skew().expect("failed to set the correct skew");
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#[cfg(wrpll_ref_clk = "GT_CDR")]
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test_skew().expect("skew test failed");
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}
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}
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}
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