DALI1.0学习——BIT解码

最近在学习DALI调光相关知识并下载了Microchip提供的基于ATMega88PA的软件工程及硬件设计参考方案。写这些文章的目的就是把自己对知识的理解作一些梳理。

芯片厂果然专业，考虑得相当周到，为了芯片销量连软件和硬件方案全都提供了。芯片厂关于DALI1.0实现的软硬件参考链接地址如下：Salesforcehttps://microchip.my.salesforce.com/sfc/p/#o0000000KAkK/a/3l000001Iuci/0yucLkmht5A3PuLOo2MVtWQlQA1Ca1FgNK1KkCKafeg

Firmware部分是DALI1.0实现的源代码，包括底层驱动及上层应用，使用AVR系列专用开发IDE：Microchip Studio。

这一篇主要理解下如何解码主机发送来的BIT信号，重点是dali_bit.c文件，关于DALI主机发送数据的时序可以参考这篇博文：DALI通信及C语言实现 - 斑鸠，一生。 - 博客园 (cnblogs.com)

主机和从机通信使用半双工，波特率为1200，参考示例中从机使用GPIO的边沿跳变（上升沿和下降沿都触发）结合定时器来解码主机发送来的信号，具体配置如下：

1、GPIO为双边沿跳变中断，中断处理完成后定时器计数清零；

2、定时器溢出时间为32微秒。1200BIT/S的波特率传输一个BIT的时间约833微秒，半个BIT，也就是一个TE为416微秒，所以定时器约溢出13次左右，曼切斯特编码是在传输一半BIT时间的时候产生边沿跳变，传输1就是上升沿，0是下降沿；

定时器和GPIO配置完成后，就开始等待主机发送前向帧，从机解析数据的思路如下：

1、总线在没有数据发送时，从机的接收引脚（也就是双边沿跳变引脚）一直是高电平；

2、当主机发送起始号时，从机的接收引脚会检测到一个下降沿，当经过约半个BIT的时间后如果检测到一个上升沿，则证明是有效的起始信号，进入准备接收信号阶段；

3、以后每隔两个TE就读取一次实际传输的BIT，如图1所示，同时不停检测是否有连续4个TE，如果数据接收完成后出现4个连续TE，证明是接收到了停止位，本次数据接收成功，如果数据没有接收完成就出现4个TE说明传输出错；

图1：DALI时序

4、正确检测到停止位后，将接收到的地址和数据递交给上一层进行帧逻辑处理。

再来看源代码文件dali_bit.c，DALI从机的接收引脚边沿跳变中断处理程序dali_bit_pcint_interrupt函数如下：

/**
 * \brief External pin interrupt handler
 *
 * This is the handler for external pin interrupt
 */
void dali_bit_pcint_interrupt(void)
{
	static uint8_t bit_index;
	uint8_t bit_index_temp;
	uint8_t dali_bit_rx;

	bit_index_temp = bit_index;
	pin_level = DALI_INPORT & (1 << DALI_INPUT);
    
	if (status_receive == 0) {
		if (pin_level == LOW) {
			/* dali bus falling edge indicates start bit */
			bit_index_temp = 0;
			status_receive = BIT_START;
			dali_rec_addr = 0;
			dali_rec_data = 0;
		}
	} else if (status_receive == BIT_START) {
		/* dali pin must be high after the second INT0 edge */
		if ((level_time > MIN_TE_CNT) && (level_time < MAX_TE_CNT)) {			
			/* get the start bit and get ready for 16 bit data. */
			status_receive = BIT_0;
			bit_index_temp += 1;
		} else {
			/* Start bit error */
			status_receive = 0;
		}
	} else if (status_receive < BIT_STOP1) {
		if (level_time > MIN_2TE_CNT) {
			/* Long level (2xTe) is detected */
			bit_index_temp += 2;
		} else if ((level_time > MIN_TE_CNT) &&
				(level_time < MAX_TE_CNT)) {
			/* Short level (1xTe) is detected */
			bit_index_temp += 1;
		} else {
			status_receive = 0;
		}

		if (bit_index_temp >= 34) { 
			/* If the last Te is low (dali bit 0), a rising edge is
			 * detected before stop bit */			 
			status_receive = BIT_STOP1;
		}
		
		/* Decode dali bit at every second Te bit */
		if (bit_index_temp & 0x01) {
			/* shift out the lowest bit to get dali bit */			
			dali_bit_rx = bit_index_temp >> 1;
			if (dali_bit_rx <= BIT_7) { //the current bit number, maximum 8 for the address byte
				/* get the address byte */
				dali_rec_addr <<= 1;
				if (pin_level) {
					dali_rec_addr |= 0x01;
				}
			} else {
				/* get the data byte */
				dali_rec_data <<= 1;
				if (pin_level) {
					dali_rec_data |= 0x01;
					if (dali_bit_rx == BIT_15) { 
						/* if the last Te is high (dali bit 1), a Te 
						 * high period is added before stop bit */						 
						status_receive = BIT_STOP2;
					}
				}
			}
		}
	} else {
		status_receive = 0;
	}
	
	dali_slave_set_addr_to_service(dali_rec_addr);
	dali_slave_set_data_to_service(dali_rec_data);
	bit_index = bit_index_temp;
	TCNT0 = 0;
	level_time = 0;
}

代码分析：

1、由于在接收主机发送的数据时会多次进入边沿跳变中断，必须使用静态变量bit_index并结合变量bit_index_temp保存当前已获取的BIT索引，确切的说应该是TE索引，pin_level用于获取从机输入引脚的电平状态，变量status_receive表示当前接收的是起始信号、数据还是停止位；

2、当主机发送起始信号时会触发第一个下降沿，第16行判断如果DALI输入引脚是低电平，则初始化一些变量，并将接收状态转为BIT_START，也就是起始信号；

3、起始信号下降沿触发后，第二次边沿跳变触发时必须是上升沿，且触发时间必须是在一个TE周期内才被认为是正常的起始信号，如图2所示，Start部分先有一个下降沿然后一个上升沿才开始发送MSB。变量level_time会在定时器0的溢出中断处理程序中累加，溢出时间约为32微秒（8MHz频率不分频，最大计数256，溢出时间 = 256/8000000），约13个溢出周期后就是一个TE的时间：416微秒左右，当然这个时间不可能刚好，有正负5个溢出周期左右误差范围，所以第25行使用了if ((level_time > MIN_TE_CNT) && (level_time < MAX_TE_CNT))。此时变量bit_index_temp被设置为1，同时status_receive设置为准备接收第一个数据BIT，即BIT_0；

图2：起始信号，先一个下降沿然后一个上升沿

4、正确接收到起始信号后，准备接收地址和数据字节。代码第34行判断只要不是接收停止位就保存当前接收到的BIT。代码第35行到第41行判断：如果是经过两个TE时间才产生边沿跳变中断的话则将bit_index_temp加2，否则加1。当发送不同BIT值时就会出现两个TE后才会出现边沿跳变的情况，例如：前面的比特是0，后面接着是1就会出现连续两个TE的低电平然后产生上升沿跳变，如图3所示；

图3：BIT值改变时会有两个连续TE的高或低电平

5、代码第46行判断当bit_index_temp>=34时就将status_receive切换到接收停止位1，因为包括起始BIT、地址字节和数据字节共17个BIT，也就是34个TE，当接收到最后一个BIT并且是低电平，这里要注意：只有当最后一个BIT是低电平时，bit_index_temp才会等于34，高电平应该是33。最后一个BIT是0且它后面出现上升沿则证明接收到的是停止位1；

6、代码第53行到76行是解码接收到的BIT值并赋值给地址变量dali_rec_addr和数据变量dali_rec_data。首先第53行使用了if (bit_index_temp & 0x01)，bit_index_temp必须为奇数且大于1时if条件才为真。那我们来看一下当接收地址和数据的BIT时，bit_index_temp是不是奇数并且对应的BIT是否正确，如图4所示，当起始位的上升沿产生后bit_index_temp被设置为1，然后从35行到41行根据边沿跳变触发时间将bit_index_temp加2或者加1，我们可以看到bit_index_temp确实是在每次为奇数时才读取接收到的BIT，为节省空间在图中我把bit_index_temp改为了bit_idx。

第1个红点位置：也就是有效起始信号上升沿中断时bit_idx = 1

第2个红点位置：由于经过两个TE才产生下降沿中断，bit_idx执行了加2，变成3，此时if (bit_index_temp & 0x01)条件为真，读取数据刚好是BIT值0，和曼切斯特编码含义一样

第3个红点位置：经过了两个TE产生了上升沿中断，bit_idx执行了加2，变成5，此时if (bit_index_temp & 0x01)条件为真，读取数据刚好是BIT值1，和曼切斯特编码含义一样

第4个红点位置：经过了1个TE产生了下降沿中断，bit_idx执行了加1，变成6，此时if (bit_index_temp & 0x01)条件为假，所以没有读取数据

第5个红点位置：经过了1个TE产生了上升沿中断，bit_idx执行了加1，变成7，此时if (bit_index_temp & 0x01)条件为真，读取数据刚好是BIT值1，和曼切斯特编码含义一样

第6个红点位置：经过了两个TE产生了下降沿中断，bit_idx执行了加2，变成9，此时if (bit_index_temp & 0x01)条件为真，读取数据刚好是BIT值0，和曼切斯特编码含义一样

后面的以此类推，可见确实是bit_index_temp变量为奇数且非起始位时才读取并保存BIT值。

图4：bit_index_temp为奇数时读取数据

7、dali_bit_rx用于判断当前接收到的是地址字节还是数据字节并计算出BIT号，BIT_0到BIT_15，对应值：1-16，小于等于BIT_7时是地址字节，否则就是数据字节。前面说过奇数位获取一次数据，每隔两个值计算一下当前的BIT序号，所以dali_bit_rx = bit_index_temp >> 1。代码第60行和第66行根据当前引脚的电平来保存数据，在第68行判断如果是最后一个数据BIT了，则设置接收状态为停止位2。

8、最后几行代码主要将定时器0的计数值清零并且将定时器0溢出次数level_time清零。用局部静态变量保存当前的TE索引号，以便下次产生边沿跳变中断时赋值给bit_index_temp。

DALI1.0的比特解码部分就介绍到这里，后续继续整理其他内容，希望和大家一起学习交流。