MSP430+SI4432物联网设备调试踩坑记

前言

前一阵子，因为项目需要设计低功耗无线传输方案，做物联网的传感器数据采集设备，在调试的时候，遇到很多坑，故记录并分享。单片机平台对比过STM8、MSP430、STC8051、STM32最后确定MSP430的功耗最低，切性能符合要求，因此选择MSP430单片机平台，无线方面因为之前我用过SI4432芯片做数据收发，而且这款芯片待机电流只有400nA，最低可降到10nA。所以最终确定使用MSP430+SI4432的方案作为设备端的方案。
在调试的过程中，确实遇到挺多问题的，如下逐一记录并分析，提供解决方案。

MSP430的VLO时钟精度问题

MSP430的内部时钟系统一般有DCO和VLO，DCO可以调节频率，可以配置成16MHz，使MSP430的CPU达到全速运行的状态，但是功耗相对较大；使用而VLO时钟的功耗较小，不到1uA。
官方手册的寄存器手册上说明VLO时钟范围是4KHz到20KHz，典型值12KHz，实际测试这个频率误差大，随时间变化也很大，如果用来给定时器提供时钟的话，会导致定时时间误差很大。本人实测，在室温28摄氏度时用手指给单片机加热，VLO频率会改变大致1KHz左右，为了解决这个问题，TI官方出了一个库，通过DCO时钟来计算VLO时钟的频率，从而矫正定时器的定时时间。
如下：Using the VLO Library
文档中提供库的下载地址，下载后把asm文件和.h文件加入工程中即可。按照例程在代码中调用。
我在项目中也有引入这个库，直接调用会引起如下问题：

会修改TIM_A的的工作状态，因为这个库会用到定时器A来计算VLO的频率，而使用后没有把TIM_A复原，因此会改变定时器A的状态。
会改变IO口的输出输入模式，原因同上。

解决方案有两个：

在调用VLO库之前保存相关寄存器的值，调用后把值重新赋给对应的寄存器。
在调用之后重新初始化相关的外设。

MSP430硬件SPI的时钟问题

问题发现

（注：我用的是MSP430的G系列，用的是USI接口）
MSP430本身是有带硬件SPI功能的，USI模块或者USCI都可以配置成SPI接口，但是网上很少人会用硬件SPI，我也咨询过几个之前做过MSP430的SPI 功能开发的朋友，他们都说不好用，然后就推荐我用软件SPI。但是考虑到功耗速度即功耗，如果能用硬件SPI的话，速度上会比软件SPI快很多，也能更低功耗一点（虽然只有一点点，但是秉着能省就省的原则，还是想把这点功耗抠下来）。因此想先调试下硬件SPI。
刚开始调试，我一般会采用先用低频率的时钟来调试，这样出问题的话也能用示波器看到波形，因此用的是默认的DCO时钟（1.1MHz）配合128分频作为SPI时钟，再把相关的寄存器配置一下，一顿操作后，短接MOSI和MISO引脚，数据收发都没问题，原以为可以完美收工了，可以当我用到SI4432上的时候。。。。。。
由于SI4432的SPI接口最大支持10MHz的时钟，因此MSP430的SMCLK设置为16MHz的DCO的时候，需要把时钟二分频才能给SPI使用，就在把原来的测试代码改成2分频，然后进行测试，读取SI4432的寄存器0x00，这里面放着器件码，如果没问题的话会读取到0x08。但是无论怎么调试就是读不到这个值，后来把DCO的频率调回默认的1.1MHz，分频系数仍然用2分频，用示波器查看波形，0x08这个数据的波形是有出来的，但是MSP430无论如何都读不到这个值。所以这里就有问题了。

调试分析

在官方出的LanchPad上调试相同的SPI代码，短接MISO和MOSI，发送数据为0xAA，无论如何都收不到正确的数据。后来又用示波器看波形，发现发送的0xAA数据波形不对！！！！如下图：

(上面是SPI时钟信号，下面是MOSI输出信号)
很明显，收发的数据是0xAA，中间红色方框这里应该要有一个低电平，这里却没有，而且数据延迟了一个时钟周期（对比下面正常的图片），说明是SPI数据发送有异常。如果接收正常的话，应该收到0x75（MSB字节序），而调试发现接收数据也不是这个值，因此SPI的数据收发都有异常。
回想之前调试的时候，我用的是128的分频值，因此这里把分频值再次改回128试试，又正常了（如下图），因此基本可以确定是时钟分频引起的问题。

经过调试，基本确定USI作为硬件SPI接口至少要使用4分频以上的分频系数才不会导致SPI传输出问题。

MSP430的Flash时钟问题

项目中，使用MSP430内置的Information Memory存储设备的配置数据，防止掉电丢失。
然而在实际使用时，发现会出现写出错的问题，例如：

待写数据明明是0x0B，调试的时候而执行写操作之后，写到flash里的数据是0x1B或者是其他的
明明是超0x1002地址写1个字节的数据，却连着0x1001和0x1003两个地址的数据全发生改变
在调试时着实浪费了点时间。后来发现还是flash时钟的问题，flash时钟是SMCLK经2分频之后给Flash用的，如果把这个分频系数调高点，读写flash就不会有问题，例如调成4分频或者8分频，读写Flash就正常。
因此，这应该还是MSP430的时钟Bug。
因此实际使用时，还是建议跟SPI一样，使用4分频以上的分频系数

使用CR2032给SI4432供电问题

无线通信使用的是SI4432方案，在软硬件联调结束后，使用USB供电时设备工作基本稳定，但是一换到CR2032电池供电时，设备就表现得极不稳定，主要是在发送几次数据之后，接收端就再也收不到设备端的数据，这时如果重启设备又可以通信，因此判断是设备端的问题。但是之前使用USB供电时就很正常。
结合我个人之前调试SI4432的经验，判断极有可能是SI4432死机导致的。SI4432这款芯片如果供电电路没设计好，或者电源电压过低，极有可能会死机。
由于之前的逻辑是设备休眠时，SI4432进入待机模式（官方手册宣称待机模式只需要400nA的电流供维持寄存器的值，实际测试下来差不多跟手册相符）MSP430进入LPM3，保留VLO时钟。因此MSP430跟SI4432都是需要长时间待机的。如果SI4432死机，那么如果MSP430没有及时监测到就会导致设备表现为死机状态，需要重启才能使用。
基于以上分析，后来设计为SI4432不用时，拉高SDN引脚，使SI4432处于关闭状态（官方手册说关闭状态的供电电流只有10nA）。每次要用SI4432时，都重新初始化SI4432的寄存器，这样降低设备待机功耗，又提升设备稳定性。
经过上述操作后，实际测试待机供电电流约500nA，且不会因为SI4432的稳定性对设备整体稳定性造成影响。

其他低功耗应用建议

delay函数：使用延时函数前，一定要将DCO设置为最低的100KHz，或者直接关闭DCO时钟转二使用VLO时钟供CPU工作，因为延时时间时没有意义的等待，没必要用16MHz的时钟去做这种事，使用低频时钟可以降低功耗（蚊子再小也是肉，抠到极致了）。