MTK Fuel Gauge算法分析重点讲义

1、SW FG 算法分析目录1， Battery架构简析2， MTK 电量算法简析3， 72/82平台SW FG算法分析4， 误差和消除误差Battery架构简析MTK平台Battery软件架构基本如下图所示。具体过程：硬件ADC读取Battery的各路信息：包括温度，电压等。MTK开发的电量算法分析得到的数据。Kernel层将电量信息通过写文件节点的方式更新，并通过UEVENT通知上层。上层Service开启UEVENT LISTENER，监听到UEVENT后，读取battery相关文件节点，获取电量信息。Service更新数据后，通过Broadcast通知所有开启了相关listener的act

2、ivities。根据不同的电量读取和计算的策略，第一步的读取和第二步的算法部分会有比较大的差异，而后面的数据更新和事件通知部分一致性较高。本篇重点分析72/82平台SW FG算法实现，对比SW_FG 和HW_FG在硬件及软件上的部分差异，分析电量误差形成的一些原因和MTK已经采取的消除误差的措施。对于Battery数据更新和充电流程则粗略分析。 充电状态机，battery充电的逻辑，就依赖于这张图，如果是用的external charger ic，则应当参考该IC的充电逻辑。linear charging下 cc转 cv，是通过ADC读取电压后，软件切换。而使用charger ic 则很可能是

3、硬件直接切换。这部分的相关代码路径在：alps/mediatek/kernel/drivers/power/linear_charging.calps/mediatek/kernel/drivers/power/switching_charging.ckernel层battery驱动工作的流程，Bat_thread是工作的重点，通过单独的线程依赖10s定时器，更新battery相关信息。电量算法分析后得到的数据也不会直接update，Information Processing还会针对一些特殊情况对显示电量做调整，比如0%tracking&100%tracking。除了10s一次的定时

4、器更新，插拔充电器会触发中断，中断处理时同样会更新battery数据。所有和 电池 充电相关的数据都存储在power_supply类型的结构体中，这是linux标准的电源子系统体系。MTK电量算法简析为了得到较为精确的电量数据，需要改善测量方式和计算方法，并针对已知误差采取优化手段。一下介绍MTK平台下采用的一些电量算法。AUX ADC算法：事实上，所有算法都要依赖ADC读取电量信息，这边的AUX ADC算法指只依赖ADC读值，然后查表读取电量的算法。这种算法只重构了ZCV table，误差会很大。库仑积分法：通过开路电压查表得到初始电量D0，后续电量通过电流积分累积，通用性强，依赖初始电量的

5、精确度。混合型算法:SW FG算法和HW FG算法。事实上MTK平台项目通常采用的是混合型算法。 SW FG的参考电路：HW FG的参考电路：相同点: NTC电阻用于测量温度，ADC测量各路信号。不同点: HW FG有单独的ADC和20毫欧的电阻作电流的侦测。HW FG 和SW FG最大差异就是电流的获取方式。混合算法的流程，HW FG通过FG ADC读取FG电阻两端电压获得电流， 而SW FG则结合库伦算法通过SW方式算得。这部分会详细介绍。72/82平台SW FG算法分析主要分析上图黄色部分大部分项目都采用混合算法，下面从算法初始化开始介绍下SW FG的算法实现。battery_meter

6、.c这个C文件 主要负责电池电量算法的实现 向上主要承接battery_common.c 向下调用battery_meter_hal.c中的接口，以读取电池的各路信号。=>battery_meter_initial首先看下调用这个func的timing。显然 在开机初始化阶段，就会进入该函数，且只会运行一次。针对AUXADC SW_FG HW_FG三种不同的电池算法方案，分别初始化，因为82平台采用的SW_FG， 所以接下去先主要分析SW_FG的流程。SW_FG的准备工作 分为两步: table_init oam_init先看table_init首先要获取当前的温度信息=> for

7、ce_get_tbatADC读值这边就是MTK为了结合实际温度 获取较为精确的电池信息 而采取的线性平均值法。原理是利用预先测得的分布在-10 0 25 50 摄氏度下的ZCV表，结合真实温度，动态重构一张当前温度下的ZCV表格。TEMPERATURE对应预留的空ZCV表格，如下构造新表的函数如下采用线性平均法 填补了有效温度内所有的ZCV对应值 但与真实曲线必然存在一定的误差。=>oam_init常见的指针函数 传参比较有趣 vol_bat这个参数下传给底下pmic做count，然后被重新赋值成读取的v_bat值 之所以能这样做 是因为这两块代码 同处在kernel层 并地址传参 ba

8、ttery_meter_hal.c 虽然顶着hal的名头，其实是驱动程序，工作在内核层，主要实现上表各结构体 针对MTK不同种的充电方案 读取各项参数，包括v_bat temperature v_i_sense 等这边走pmic这个函数也是起分流作用的 通过dwchannel，分到不同的处理函数去。硬件上，ADC通过一个mux 数据选择器 对各路模拟信号进行切换 有点类似cpu的时间片和移动通信的时隙切换。 vbat是channel 5， 要等到adc数据ready 才能去读寄存器，看一下pmic的手册精度15bit的ADC 其中14bit用来存储数据 1个bit做ready信号 ，似乎ADC

9、3 和我们之前的dwchannel number有点对不上？ 可以看到 dwchannel 5 最终访问的仍是ADC3，另外可以直接比较下寄存器地址。和datasheet左上角的寄存器地址一致最后还要做次数值转换，公式如下：分辨率计算：测量电压范围/(2AD位数-1)另外，对于同为电压值的v_bat 和 v_i_sense，可能会出现adc量程不够的问题 这时候需要通过电阻分压。 所以case 6 和 7 的r_val_temp为分压比和前面一样 ADC读值 但是6320的spec上对于PCHR没有说明 从函数定义的名称上看 是开路电压 但是如何在一个闭路的环境中通过ADC读取ocv，有些不解

10、。 查了下读这个值的timing，只有在init suspend 和resume的时候才去获取.猜想 一是可能 利用linear charging这种充9停1的方式，在第10s读取电压 作为OCV 也可能是因为刚开机时 电流还不大 读到的电压值 可用作OCV 总之 这个值应该是真实的开路电压的一个近似值。=> oam_init根据电压读表获取电量可以看到 用的是table_init时重构的新表Ok 这边再一次 利用线性平均法 这一次是针对ADC读到测到的电压 线性平均后 得到一个较精准的电量=> oam_init首先判断是否插着充电器，读PMU寄存器实现为什么 需要判断有没有插着充

11、电器呢？我是这么理解的，之前通过ADC读取了两个电压值 其中一个是V_BAT 另一个是hw_ocv 是在闭路环境下读取的开路电压近似值， 如果此时插着充电器，会有充电电流通过 这个hw_ocv的值和开路电压的误差会增大，因此需要做进一步的处理。插入充电器时，电量误差不大于30 满电误差不大于10 否则hw_ocv无效=>oam_init Dod是指用电深度，100-dod = 电池剩余容量看一下 dod_init的实现ð dod init首先看g_rtc_fg_soc这个变量 MTK的策略是 每隔一段时间将当前电量存储到RTC寄存器中，在开机时读取该电量。主要目的是改善用户体验

12、。看下这个值是何时被写入的：电池信息 10s update 1次 同样UI 电量 10s 存入RTC寄存器一次。用7个bit 存储 电量信息。开机时直接显示关机时保存的电量，会增强用户体验性，但是如果是更换电池或其他情况 造成关机电量和开机电量相差过大，显然应该采用开机电量，否则后续电池电量跳变反而会影响用户体验。Normal boot下忽略|后面的条件 主要就是要求没有插入充电器 不处于低电量 误差不超过40%经过前面所有的判断 最终得到了gFG_capacity 这个电量，也就是开机电量 因为开机电量在整个电量计算中相当重要并且又要结合用户体验 所以之前会有很多的条件分支。Q_MAX_PO

13、S_25 是常温下电池容量 因为FG算法计算电池容量 会用到库伦积分 所以需要关注电池容量的问题。这个值需要根据实际电池容量客制化。即 25度用标准容量 其他温度下需要乘上一个比例值。oam_v_ocv_1 和oam_v_ocv_2 现在是根据 dod_init的结果取得的 大部分情况下就是关机电量查表得到的ocv电压值 而注释掉的原方案 直接采用hw_ocv的值这边是算 ocv1 和 ocv2 对应的电池内阻 r，通过查表的方式获取 因为r和v的对应表 也是开路条件下测得 所以用hw_ocv查表获取的值 比 原先通过vbat 取平均要精准些。其他一些oam 电量算法 需要的参数初始化oam_

14、init 后， oam_run这个func负责 电量的计算，看一下调用的时机。=>mt_battery_GetBatteryData显然也是10s 轮询一次，get_percentage这个func 多个分支对应不同的电量算法=>oam_run先看下MTK SW FG算法的原理图SW FG的核心 在于 通过两种方式更新电压，去逼近真实开路电压 最终查表获取近似真实的电量值。ocv1 被假定为开路电压 ocv2则是闭路电压，以下结合实际代码和上述流程图分析下SW_FG 算法流程D0 D1 D2 D3 D4 D5 代表不同的放电深度这个算法的思路是这样的： 最终通过开路电压oam_v_

15、ocv_1查ZCV表得到当前的电量值 -> 开路电压需要通过闭路电压v_bat 和 闭路电流oam_i_2 去回溯电池内阻 逐次逼近 > oam_i_2 通过 另一种方式 电量积分更新的电压oam_v_ocv_2总的来说：电压通过两种方式更新 电流积分求电量后查表 / 电池内阻回溯IR drop求得 电池内阻 更新方式只有一种 根据电压查表具体分析部分代码：闭路电压的更新 不需要算法支持 直接通过读寄存器实现，注意vol_bat这个参数被复用，下传表平均次数 返回时为最终的v_bat电压值ocv_1 和 ocv_2 分别是两种方式更新的电压 这边通过内阻的IR drop求电流.上图

16、R 可以是电池内阻关键是oam_i_2 这边的I2 有几个作用：<1>因为电流是通过上图的内阻IR drop得到的，而方式一内阻回溯逼近开路电压本质也是IR drop，如果使用oam_i_1 则没有意义，只能使用不同体系的I2.<2>方式二 电流积分求电量查表 同样依赖 oam_i_2 这个体系是累积积分 不需要引用其他体系的参数<3>I2的方向作为充电还是放电的依据而oam_i_1只有作用3oam_car_1/oam_car_2 是累积电量 显然oam_car_2是算法的有效参数gFG_BATT_CAPACITY_aging 是电池总容量 之前分析过了 根

17、据开机时读取的电池温度 会有所不同d2 为积分法算出的电池当前容量 d0为开机电量 不会更新 d1不重要内阻回溯 IR drop 逼近开路电压，具体分析下：主要是这个for循环，首先通过v_bat去查表得到电池内阻r 然后用另一种算法求得的电流I和内阻r 算出内阻分去的电压v，推算ocv_1.几次循环 反复这个过程 逼近真实的开路电压。有几个注意点：1，这边的电压单位到底是v 还是mv？ 实际上是0.1mv2，gFG_resistance_bat和R_FG_VALUE 分别是指代 电池内阻和硬件FG 使用的FG电阻（一般是20毫欧） 这边是SW_FG 所以后一项为03，因为ret_compen

18、sate是int型变量 做除法时取整处理 会引入较大误差， 加上这个值使结果四舍五入实际做6次内阻回溯，这时的电压值已经和开路电压比较接近，查表得到D3，D3基本就能反映当前电量了。MTK在D3的问题上针对电量跳变的情况 又做了步优化得到D5，看下代码这部分代码比较简单，1分钟内电量值不会改变，且每分钟电量的变化不会大于1%，这样用户体验会比较好。防止因为低电压时陡峭的电量曲线，以及比较耗电的应用，或突然的大电流引起的电量跳变。当然特殊应用下应该取消这个功能，否则会带来电量变化延时等问题。这边的返回值将填充BMT_status.SOC ，这个参数再经过优化得到BMT_status.UI_SOC

19、就是菜单栏看到的电池电量了。误差和消除误差因为电量值本身不容易通过仪器直接测量，只能依赖开路电压与电量的关系即电量曲线或者电流积分公式演算，这样一个过程会有很多产生误差的点，MTK针对其中一些给出了优化方式。另外 由于电池特性 有些时候真实的电量数据反而使得用户体验下降，这时候还要针对电量数据做一些特殊处理，以满足用户的预期。以下是82平台 SW FG中部分电量误差产生的原因 以及 MTK用于消除/减小误差的方法。库伦积分时的电流:即使是cc状态，电流也是有波动的，而进入cv状态后，电流的变化会更大。因为这样一个电流变化并无规律，所以不可能导出电流公式用于电量积分。目前代码会把每10s 算一次

20、电流作为这10s的平均电流。这样会形成一个电量累积误差。MTK的观点: MTK认为电流误差既有正误差，也有负误差，在较长的一段时间内认为误差相互抵消。但实际进入恒压后 误差应该会稍大。电池内阻不稳定造成的误差:电池的内阻会随温度变化，且幅度很大，而在SW FG的算法中依赖电池内阻计算电流大小，如果使用固定值的电池内阻会严重影响电流的计算。MTK应对方案：1，建立zcv tableMTK的zcv table，建立了几个特定温度（-10，0，25，50）下的内阻r和开路电压ocv的关系，这样可以根据可量测的电压信号查表推算内阻2，线性平均值MTK在算法初始化时，读取温度信息，通过线性平均重构zcv table，这样可以覆盖从-10到50的所有温度点。82平台 MTK电量算法只会在初始化的时候去通过读取的温度重构zcv table，但假设使用者周围的温度在手机使用过程中变化比较大，或者电池本身发热很厉害，电池内阻值有了较大改变，则测出的电量偏差也会比较大。假设从高温环境到低温环境，根据电池特性，电池内阻会大幅增大，而电池可使用容量将会下降。实际耗流假设变化不大，由于还是用之前的zcv表格，用于计算的内阻比实际内阻小很多，则算出来的电流会偏大。这样显示电量会快速下降。开机电压的误差:由