TYPE-CPD升压协议全解析讲解

1、TYPE-CP>PowerDelivery的简称，代表着电力传输的一个通讯协议。一个简单的TYPE-CP刚用环境，需要下面几个设备构成：HOSTDEVICECABLE（即：主机,从机，EMARKERPD的协议书主要的内容集中在： PD协议的BMC编码规则； PD协议的4B5B解码； PD协议的通信流程； PD协议的通信指令结构； PD协议的通信内容解析；PD协议独立与USB协议之外，但由于TYPE-C口的兼容特性，可以让PD协议，QC协议,MTK协议，FCP协议等快冲协议熔于一炉。PD的物理层由发射模块和接收模块组成，由于CC是单线协议，所以所有通信都是半双工的。BMC编码规则是曼切斯特

2、编码的一个版本，按照脉宽来设定的0和1。nnnniiil0McLrLn_rLn_n_n_r_Ln_n_n_n_n_rL图一可以从上图看出，01的编码并不以电平的变化为依据，而是按照脉宽来决定。BMC的最大频率达330KHz,单指令长度在1ms内。通过逻辑分析仪对波形的读取，我们可以看到未经BMC解码的原码图二通过BMC从左到右按照脉宽解码后，我们可以得到一系列01的无序组合。通过对01组合的观察，可以看到从左开始有64对01的前导码，来作为数据的等待和除干扰。64对前导码后，才是需要关注的数据内容。通过BMC解码后，并去除前导码的数据，也并不是最终可以解析的数据。PD通信协议在这里增加了一个软

3、编码，称为4B5B编码。即接收到的数据每5个二进制数据，需要经过一个4B5B编码表还原成正确的PD通信数据。看到这里，都可以想到无线电的加密工作了，但是PD官方资料给出的解释是4B5B是为了降低接收器的设计复杂度并且允许更加多样化的接收器设计。4B5B的解码表如下:Table5-14b5bSymbolEncodingTabIeName4b51)SymbollDescription0000011110hexdaca01000101001hexdata12001010100hexdata23001110101hexdata34010001D10hexdaca4501D101011hexdaca56

4、01100111Dhexdata67011101111hexdiata79L00010Q10hexdataB9tool10D11hexdaca9A101010110hexdacaABionloinhexdataBC1100noiohexdataCDnoi11011hexdataDE1110111G0hexdataEFmi11101hexdacarSync-1K-co.de11000Startsjudi#1K-code1JLC1StartsjTiichtZRST-1Krode00U1HardReset*1RST-2K<ode110C1HardReset#2EOPK*code01101EOP

5、EndOtPackerReservedError00000ShallnotbeusedReservedError00001ShallnotbeusedRfservedError00Q1QShallnotbeusedError00011ShallnorbeusedResen&iErrorOGIOOSliaJInotb«usedReserwedError00101SJiaJlnotbeus&dSync'3K-code00110Startsyiich#3RtservedError01DDQShallnocbeusedRtservetlError01100Shalln

6、etbtused/JesertedError10000ShahnotbeusedReservedError11111Shallnotbeused图三根据图二我们可以做一个4B5B的解码例子：取出图二中引导码后，我们可以得到的数据是，0001100011000111000110010,通过上述4B5B表格进行解码后我们得到最终的数据为：SYNC1-SYNC1-SYNC1-SYNC2-1看到这里可能你有疑问，00011在表格中不是Reserved吗？是的，没错，4B5B还有个编码规则，就是从左到右记录数据时，需要将读取的数据倒过来编译，即00011要倒成11000O由于PD通信的流程复杂，且BMC

7、解码后的数据往往长达上百位，人工编解码耗时耗力且容易出错，所以需要使用一些自制的电脑软件来进行辅助解码，于是才有了下面的自制解码软件。NPD意事整析30010synlMSGHeaderDtaTxan0101即1SOP111110111蹑SowfCeCaFEOOO&V011U数量0001DFPSOOObJL1100lyJ0110PD2.014800>V10010I249察SOURCEOiwA111101001揣MsgrdzoooOmVaim1111DataOlO1001ooooinn.1001aim解析牯果二000111030003010101如。1111booa1111iooat

8、illfBIIlli|逸逝H00清除|图四该软件就包括了4B5B的解码，和数据内容的解析，能够快速的将BMC解码的数据内容转换成功能定义。PD协议内容繁多，主要包括以下流程： PowerNegotiation电压协商流程（电压升降压） GotominOperation SoftReset软件复位流程 HardReset硬件复位流程 CableReset PowerRoleSwap FastRoleSwap DataRoleSwap VCONNSwap AdditionCapabilityandStatus Security密钥流程 FirmwareUpdate固件升级流程 Structured

9、VDM厂商自定义结构流程 BISTPD协议时序测试流程今天我们就根据PowerNegotiation讲解PD电压升降的流程结构。PowerNegotiation流程发生在Source与Sink之间，在这里Source可以是适配器，可以是车充，也可以是移动电源。Sink可以是任何支持TypecPD的受电端。PowerNegotiation的协议流程包括以下PD指令： SourcesendCAPABILITY供电能力指令（包含内容：具有哪几种电压值和电流值） SinksendREQUEST需电请求指令（包含内容：选取哪种电压和电流值） SourcesendACCEPT同意需电请求指令（包含内容：经

10、过对比需电在自己的供电范围内） SourcesendPS_RDY完成需求指令（包含内容：已经成功进行能电压改变） GOODCRC指令接收通过指令在实际应用中这些指令是怎么操作的呢，接下来我来详细述说：首选Source端工作在TYPE-C勺CC模式5V3A检测模式下，一旦检测到有SINK受电端接入，便开始输出5V给SINK端。而这时在CC线上，Source开始不间断发送SourcesendCAPABILITYt令,SINK端接收到SourcesendCAPABILITY旨令后，判断PD通信数据符合协议规定，便回复GOODCRC示已经成功接收到数据，接着SINK会根据Source端能够提供的电压进

11、行选择，SINK选择好合适的电压电流便对SOURCES行供电请求，于是SINK发出SinksendREQUESTS行需电请求指Source接收至USinksendREQUES后，会给SINK回复GOODCRC然后对SinksendREQUEST指令请求的电压进行校对，如果符合Source的供电能力，Source便对SINK发SourcesendACCEPT旨令，表明同意SINK的端电压请求。SINK接收到Source发送的ACCEPT旨令后，回复GOODCRCSource接收到SINK发出的GOODCRC,便开始进行电压调节，电压调节成功后，便发出SourcesendPS_RDY表示已经调整电

12、压成功，SINK收到后，便回复GOODCRC表示接收指令成功。以上就是一个完整的升压指令流程。PD的通信指令（就升压来说）有两种方式一种方式是控制包，而另一种是带数据包。指令包格式如下：PneafnMetr#lnlngforiwgrSOPYStertOfPictet)BylvOByte1二J-I£所法而百Byt>n-l|eyten|叽际期）图五一个完整包结构包括引导码，SOP*使用场景码，MessageHeader功能码，Byte0-n数据码和CR或验码，EOP结束码。如果Byte数据码没有，说明指令仅仅作为控制指令使用，没有数据内容，所以叫做控制包。有数据内容的叫做数据包，通

13、常数据包里携带了要变化的电压值和电流值等信息。引导码：BMC解码后可以看到由64对01组成，主要为了进行接收缓冲。SOP*码：BMC解码后由20位的二进制数组成，通过4B5B解码后我们可以看到SOP由Sync1和Sync2的解码值构成。表明该指令是应用在Source与SINK之间。此处还有SOP,SOP的场景码，表明是Source与E-marker之间的场景指令。MessageHeader功能码：BMC解码后由20位的二进制数组成，经过4B5B解码后为16位二进制数据构成。MessageHeader通常包括：数据包还是控制包说明，是由SINK还是SOURC豉出的指令，PD的协议版本，如果是数据

14、包还包含了有多少个数据包的信息。详细表格说明如下： mrsuge hradrrH-：0: datieoanrol msg1. Extended msgMiiitfujbrr “fhirqf.diiV Pfu#0二 control msg1: data msti0： sink1 ： source只用于SOP,且接收方不对其正确性做检查2'blO；PD3.0结合numberofdatagj豌is判断导:控利包还是数据包.然后根据速5个bi供定是何种包头图六其中，低四位二进制码比较重要，代表的是该PD指令的名字，比如说升压中用到的SourcesendCAPABILIT僦是又这四位来定义的。其

15、它指令的定义表如下：Bits4.0TypeSentbyValidStartofPacket00000Reserved00001SourceCapabilitiesSourceorDual-RolePowerSOPonly00010RetjueslSinkonlySOPonly00011BISTTester,SourceorSinkSOP*00100Sink_CapabilitiesSourceorDual-RolePowerSOPonly00101BaUery_StatusSourceorSinkSOPonly00110AlertSourceorSinkSOPonly001.11-01110R

16、eserved01111Vendor_DeftnedSourceSinkorCablePlugSOP*10000-11111Reserved图七在指令包的结构中，过了MessageHeader向右就是数据区域，通过4B5B的转换后，SOP是16个二进制位，MessageHeader也是16个二进制位，而数据区域，每个独立的数据块包括了32个二进制位。所以Byte0（32位）Bytel（32位）那么新的问题又来了，一条完整的指令包到底怎么判断包含了多少的数据块呢，这个时候就需要由MessageHeader来进行判断了。MessageHeader的12到14位表示1到7个数字，代表的就是指令包的数

17、据数量，所以我们可以认为指令包的最大数据数为7。数据模块一般应用在SourcesendCAPABILITYSinksendREQUES偌这样需要带电压电流的PD指令中。数据模块右边就是一个32位的数据校验区域，也称作CRC校验。CRC校验是PD通信协议中独特的一套校验方式，为了保持数据的完整与纠错，整个PD指令任何一个位变动，都会造成CRC改变。经过了引导码，SOP码，MessageHeader,data码，CRC码后，接下来就是EOP码即结束吗，在4B5B中我们可以看到接收到01101的BMC编码，即代表PD指令包全部接收完毕。下面我们就实际做一次PD协议分析：首先准备好待测试的PD适配器，

18、PD数据线（两头都是TYPE-C的那种），PD测试架，逻辑分析仪。然后将插拔过程中PD的数据流程通过逻辑分析仪读取出来如下：首先我们要做的就是PD指令的BMC解码，将脉冲长短变化成二进制数据，然后通过协议分析软件进行代码解析，为了更好的讲解，我们先人工分析一条指令。H1LaSmiL.Mm,XII,t,可。而w附即*ffiT函。阚面加汴心时阚阪小心附用小丽卸出mm朝whtxv肺i*称阐听讣舸mr同。斤i*刚图九引导码由64位二进制的01组成，这一段可以直接略过。SOP*码从左到右BMC解码后等于：00011000110001110001根据图三进行4B5B解码我们可以得至IJ:SYNC1-SYN

19、C1-SYNC1-SYNC2于是我们可以知道，该指令属于SOURCESINK之间的指令。我们接着往下分析：国Me55cl驼HEcid日.l.rns1,62ms1.64rns1画皿叩配J7回酣LlFH旭百7bJ7阻如丁眄H10010 01110 10010 00101MessageHeader码从左到右BMC解码后等于:通过4B5B解码后为：000101100001001015到0位为：0010000101100001根据图六可以得到以下信息:从15,14,13,12位可以得到此PD指令包括2个数据块。从11,10,9位可以知道此PD指令正在进行第一个回合。（PD指令+GOODCRC旨令为一个回

20、合）从8位可以得知此PD指令由SOURC或出。从7,6位得知指令遵循的是PD2.0规则。从5得知发指令的设备角色为DFR从4,3,2,1,0得到00001并查阅图七得到该指令名：MessageHeader指令，为电压协商协议的发起指令。数据指令过长过程不再详叙，用协议软件可以分析得到:图十二接下来我们用协议软件分析，速度会快很多，能够迅速掌握这个流程功能和异常:图十三此指令为上条MessageHeader的回复指令。接着下条指令为:图十四此为SINK端发出的SinksendREQUEST旨令，我们可以得到相关信息，已经SINK请求的电压等级。SOURC瑞的回复指令:臼PD教更整析00011 0031 aQ011 30001 10010 0L110 10010 01111MSGHcadcx SOP GaodCfiC DFPPD2_0 SOURCE MsgldzOOQ Ctrol MsgD at aTx an解析结果二解析清除I图十五从该指令信息中，我们可以知道该信息由SOU