电量计开发套件BQstudio介绍

　　摘要
　　TI开发套件Battery Management Studio (BQstudio)提供了一套完整的可协助评估，设计，配置，测试TI各类电源管理产品的工具，可用于协助使用者进行电量计，充电芯片，无线充电，模拟前端等产品的开发。本文将主要针对电量计开发流程，由简入深地介绍如何使用BQstudio进行电量计产品的开发和测试。
　　1，BQstudio软件安装与硬件连接介绍1.1 软件安装
　　在TI官网中，有以下两种版本的BQstudio可供选择：BQstudio Stable和BQstudio Test
　　BQstudio Stable版本支持绝大多数TI电量计产品，能为绝大多数的产品提供稳定的支持，如果使用TI的产品在BQstudio stable的列表中，可以使用这个版本。
　　BQstudio Test 版本是即时更新的版本，如果使用的TI产品未在Stable版本中列出，请使用这个版本。
　　上述两个版本都可以在TI官网https://www.ti.com/tool/BQSTUDIO 上下载， 下载时需要确认出口管制声明。1.2 硬件连接示例
　　请注意，在使用电量计评估模块时，BQstudio需要通过EV2400与评估模块相连接。EV2400是一块基于USB的PC接口板，请在TI官网购买EV2400，EV2400 EVM接口板支持IBM兼容以及其他类型的PC（具有其特定平台所需的驱动程序）可以通过通用串行总线（USB）端口与TI SMBus或I2C接口的电量计评估模块进行通信。
　　图1：EV2400
　　图2：连接示例1.3 注意事项
　　安装软件时，请将BQstudio安装在C:默认目录下，路径中所包含的子目录都需要以英文命名。
　　EV2400固件驱动可以进行更新，更新文件以及步骤详见：http://www.ti.com/tool/ev2400, BQstudio工具可帮助确定机器上安装的EV2400固件的当前版本。 要找到当前版本，请插入EV2400到安装了BQstudio的计算机。 BQstudio启动后，固件版本显示在仪表板窗口的顶部，靠近USB电缆图标。2，BQstudio电量计相关页面介绍
　　下面以BQ27Z561为例，详细介绍BQstudio电量计的各个相关页面以及使用的注意事项。2.1，总览
　　图3：电量计开发界面总览
　　进入BQstudio，成功连接EV2400以及电量计IC后，可以看到上图所示界面。我们可以把界面从上至下分为五个区域：
　　蓝色框：选项栏
　　绿色框：工具栏
　　红色框：仪表盘界面
　　黄色框：数据界面
　　紫色框：命令列表
　　橘色框：操作记录栏
　　选项栏可以对BQstudio的显示和界面进行人性化的设置，查看帮助以及进行更新。工具栏能方便快捷的打开电量计和BQstudio相关的视图。仪表盘界面显示了适配器以及电量计IC的连接状态，以及部分参数和版本信息。数据界面允许对电量计进行部分数据读取和写入，寄存器状态也显示在下方的列表中。右侧的命令列表显示了所有TI开放的集成命令，下方的操作记录栏会记录和显示所有进行过的命令，命令名，返回的结果，进行操作的相关地址均会被记录。2.2，选项栏以及工具栏简介
　　BQstudio选项栏包含四个部分：File，View, Window，Help
　　图4：电量计选项栏
　　File栏中可以进行BQstudio重启和退出
　　View栏中我们可以查看到所有与电量计相关的工具
　　Window -> Preference栏中我们可以对BQstudio进行人性化的设置：
　　图5：BQstudio偏好栏
　　Preference -> All global Setting栏中允许我们进行基础视图和高级视图的切换，基础视图仅显示一个字节的寄存器的数据，而高级视图可以显示全部两个字节的寄存器数据。我们也可以修改EV2400的I2C时钟频率， 最高支持400kHz。
　　图6：基础视图和高级视图
　　Preference -> Alt I2C Device Address 主要的功能是若器件的默认I2C地址不是0x10时我们可以手动输入该器件的地址，当BQstudio重启时会自动扫描该地址。
　　Preference -> Charger栏允许我们根据需要自定义记录文件的格式。
　　Preference -> Charger Data Graph栏允许我们修改监控数据时的图表中所允许的横坐标数量。
　　Preference -> Data Graph栏允许我们修改监控数据时的图标所允许的最大曲线数量以及数据数量。
　　Preference -> Data Memory中我们可以修改在IC运行过程中BQstudio自动导出其配置文件(.gg文件) 的时间间隔，单位为毫秒。我们也可以对自动导出的配置文件进行命名。若勾选了下方Disable Flag Display，导出文件中便不会含有IC标志位的信息。下方也有三个选项供我们选择导出的内存数据的格式。
　　图7：Data Memory界面
　　Preference -> ECC authentication全称椭圆曲线加密算法，有着比SHA加密算法的更难破解的加密逻辑
　　Preference -> GPC cycle此栏中我们可以修改进行GPC数据处理过程中每个周期自动导出的寄存器数据(.log文件) 中数据排列格式和数据类型
　　Preference -> Help中我们可以修改帮助相关的设置。
　　Preference -> Monitoring Setting栏中我们可以修改寄存器标志位置位和复位的颜色。
　　Preference -> Register中我们可以修改IC运行过程中自动导出的寄存器数据(.log文件) 的间隔时间，单位毫秒，我们也可以选择是否导出静态数据以及保留位 (Reverse data) 的信息，排列格式和数据类型也支持自定义设置。
　　图8：寄存器设置2.3，仪表盘界面介绍
　　图9：仪表盘界面
　　仪表盘界面从上至下显示了BQstudio版本信息，适配器类型以及固件版本，适配器与IC的通讯协议类型，电量计芯片型号和固件版本，I2C地址，环境温度。下方还显示了电池的电压以及容量信息。
　　建议在对IC进行固件烧录，数据记录和导出的过程中，将BQstudio最上方默认的自动刷新功能关闭，自动刷新功能会每隔4秒扫描I2C总线上的设备信息，有小概率的情况导致数据记录出错。
　　图10：自动刷新功能开启时的I2C总线通讯2.4，固件烧录
　　图11：固件烧录界面
　　TI的电量计IC出厂时会自带当前最新版本的固件，若需要进行固件更新或者替换某版本的固件，可以在Programming界面进行烧录，点击右侧Browse选择固件所在文件夹，点击Program进行编程。
　　注意，在烧录过程中请保证IC持续供电，烧录过程中IC断电可能会造成IC报废。烧录文件所在的路径 中不允许存在中文命名的文件夹，请保证所有文件夹都以中文命名。2.5，寄存器操作
　　图12：寄存器界面
　　在IC运行过程中，BQstudio提供了对实时数据进行自动记录的功能，在寄存器界面右上角点击Start Log按钮，然后选择记录数据存放的文件夹，确定之后BQstudio会根据设定的时间间隔开始自动记录IC过程中的运行数据，包括电压电流温度采样和标志位信息。通过I2C通讯保存在指定文件夹中。
　　图13：自动记录开启时的I2C总线通讯
　　BQstudio一共提供了两种方式对寄存器进行写入，第一种是直接在寄存器页面进行写入，上图的显示的寄存器右侧我们可以看到有两种图标，形状为笔的图标代表寄存器是可以被修改的，形状为锁的图标代表寄存器是只读的。
　　另外，我们可以通过高级指令对寄存器内容进行读写操作，具体步骤请详见2.7.2.6，导入和导出配置文件
　　图14：配置文件的导出和导入
　　在对电量计IC进行测试和运行，针对项目调整为了所有合适的参数之后，BQstudio可以导出所有的配置信息至文件中，在另一台电脑上使用时可一键导入所有配置文件。由于阻抗跟踪算法会在IC运行中实时更新电池阻抗，寿命等信息，所以BQstudio也允许在IC运行过程中实时导出配置文件
　　进入Data Memory界面，点击右上角的Export，指定文件夹便可导出当前的配置文件。Auto Export可以自动导出充放电过程中的实时配置。Export Defaults则是导出BQstudiio默认的配置。
　　点击Import下拉选项，有四个选项可以选择：
　　Import Default：导入BQstudio默认的配置文件
　　Import From File：导入指定配置文件中的参数
　　Import Default (Advanced)：导入默认的配置文件的基础上，可以选择是否直接写入电量计IC， 选择Configure Selection允许设置BQstudio仅导入指定类型的配置数据，参考下图
　　Import From File (Advanced)：同上，可选择导入指定文件中某些参数。
　　图15：Import From Default (Advanced)2.7，指令和高级指令
　　图16：BQstudio 指令界面
　　BQstudio主界面右侧列出了IC所支持的集成指令，集成指令会自动修改多个寄存器参数从而实现特定的功能。点击指令之后，会在下方显示出指令运行的记录以及返回的结果。
　　集成的指令功能可以在技术参考手册 (Technical Reference Manual) 中找到。
　　我们可以通过高级指令 (Advanced Command) 对寄存器或Data Memory 进行读取和写入。在高级指令页面中我们需要在最上方填写在仪表盘读到的I2C通讯地址，第二行填写具体寄存器的地址，寄存器地址可以在技术参考手册 (Technical Reference Manual) 中查找，第三行填写需要写入的数据，第四行填写需要从寄存器开始地址写入的字节数。然后点击右侧的写入/读取，具体操作如下：
　　图17使用高级命令进行寄存器读写2.8，化学ID选择
　　图18：ChemID界面
　　TI的化学ID库提供了5000+不同种类电芯的电化学特性曲线，若您需要对电芯进行ChemID定制，以获得更好的精确度，请联系TI支持团队。同时BQstudio也提供了电芯曲线 匹配功能，详见3.1, 3.2, 3.3。
　　若您是在TI定制了化学ID，可以点击Chemistry ID选项栏进行重新排序，若您的ID无法找到，请勾选点击左上角的＂include chemistry IDs that do not support Turbo Mode 2＂再进行查找。2.9，其他
　　图19：Golden Image界面
　　对于生成量产文件的 Golden Image，TI提供了多种文件类型以供量产
　　总的来说以.fs结尾的文件都是flash stream文件，不同文件区别如下：
　　.SREC/SENC file：是旧版本的摩托罗拉HEX文件，固件文件以十六进制格式储存在flash内存中，同时也包含电量计配置文件信息以及完整的Golden Image。
　　.gm.fs：文件仅适用基于ROM based的电量计
　　.bq.fs：文件适用于flash based的电量计，它包含所有升级固件的指令，升级程序会在电量计中被执行，因此此格式的文件具有更新固件的能力。如果TI提供了一个.bq.fs文件，那该文件将会被用于电量计的固件更新。此文件也包含了一个完整的Golden Image。
　　.df.fs：是data flash flash stream文件的缩写，仅包含data flash信息，可以进行更快速的编程。
　　.ot.fs：是One Time programming文件的缩写，适用于单次编程 (OTP) 的电量计，包含了所有用于编程OTP电量计的指令，当电量计上电的时候所有指令会被拷贝至RAM内存中。2.10，注意事项
　　若电量计运行期间出现了未知的问题，请谨慎将电量计中的固件信息以文件的形式导出，这样操作将会导致电量计重置，电量计出现的问题和现象可能会消失。
　　某些电量计提供I2C转HDQ的功能，请谨慎使用这一功能，因为转变是永久生效的。3，其他相关功能介绍
　　TI拥有许多辅助电量计开发的工具，具体为以下几种：
　　GPCCHEM：可以根据用户提供的电流电压温度曲线在TI 化学ID库中匹配最佳的化学ID。
　　GPCRA0：可以对常温的阻抗数据进行优化
　　GPCRB：可以对低温的阻抗数据进行优化
　　GPCCEDV：可以处理CEDV电量计的充放电数据，优化CEDV参数。
　　GPCCHEMUpdater：用于更新TI化学ID库3.1，GPCCHEM
　　BQstudio提供了便捷的功能供用户生成用于匹配ChemID的文件：
　　图20：GPCPackager 界面
　　GPCPackager界面可以为用户生成用于GPCCHEM，GPCRA，GPCRB的文件
　　首先在第一栏我们选择需要进行优化的选项，从上至下分别为GPCCHEM，GPCRA，GPCRB，以GPCCHEM举例，首先我们需要拥有对电芯进行充放电测试的.log数据，注意这个.log数据文件必须是使用BQstudio导出的，然后我们需要选择文件导出的文件夹，注意导出的文件夹必须保证是空的，否则导出失败。此步骤完成后，点击Load Files，下方的信息会更新：
　　图21：GPCPackager 界面2
　　此时我们填写电芯串数，点击下方的Generate Package，用于GPCCHEM匹配的文件就自动生成了。将生产的压缩包文件上传至TI官网：https://www.ti.com/tool/GPCCHEM?keyMatch=GPCCHEM&tisearch=Search-EN-everything&usecase=GPN
　　等待几分钟邮件就会收到匹配信息。生成用于GPCRA，GPCRB的文件同理。3.2，GPCCHEMUpdater
　　TI会定期更新化学ID库中的化学ID号，请在http://www.ti.com/tool/download/GASGAUGECHEM-SW下载：
　　图22：TI官网GPCCHEMUpdater
　　TI官网中提供了两种文件用于更新化学ID库，第一个适用于EVSW，第二个用于BQstudio，下载之后请解压缩，并将所有文件拷贝到BQstudio根目录中 …/BatteryManagementStudio/Chemistry/ 文件夹中。4，总结
　　本文以BQ27Z561为例详细介绍了如何使用BQstudio进行电量计开发，使用手册以及注意事项。文章中提到的注意事项都是通过用户报告以及生产应用中实际发生过的经历总结而来，对于电量计开发具有通用的参考性。车规级的Monitor因为.bqz文件稍有不同，某些视窗中的结构和格式可能有细微差异，用户仍可以参考此文进行开发和测试。5，参考文档
　　EV2400 Evaluation Module Interface Board User’s Guide. (Rev.D), http://www.ti.com/lit/pdf/sluu446d