修改LGT8F328P的Arduino-BOOTLOADER支持波特率115200bps

从 Larduino_HSP 取得的 LGT8F328P 的 bootloader 通过串口与主机通信, 其波特率为 57600bps. 修改更新的波特率可以提高写入速度, 节省时间. 如果直接在 Makefile 修改为 115200bps 的话

BAUD_RATE_CMD = -DBAUD_RATE=115200

编译会有波特率偏移超过 2% 的提示, 可能会影响通信.

警告：#warning BAUD_RATE error greater than -2% [-Wcpp]

这里主要修改两个地方, 以更好的工作在 115200bps.

1. 启用倍速功能

倍速工作模式
通过设定 UCSRA 寄存器的 U2X 位可以是传输速率加倍，该位只在异步工作模式下有效，同
步工作模式下置该位为“0”。
设置该位将会把波特率分频器的分频值减半，有效地加倍异步通信的传输速率。在这种情况
下，接收器只使用一半的采样数来对数据进行采样及时钟恢复，因此需要更精准的波特率设
置和系统时钟。发送器则没有变化。

参考手册, 启用倍速功能, 此时波特率计算公式为

工作模式	波特率计算公式	UBRR 值计算公式
异步倍速模式	$${\rm BAUD} = \frac{\large f_{\rm sys}}{\quad 8({\rm UBRR}+1)\quad }$$	$${\rm UBRR} = \frac{\large f_{\rm sys}}{\quad 8{\rm BAUD}\quad } – 1$$

当系统时钟为 16000000, 波特率取115200 时, 依公式
$${\rm UBRR} = \displaystyle \frac{16000000}{8*115200} – 1 \approx 16.36$$
UBRR 将被赋值为0x10. 此时实际的波特率约为
$${\rm BAUD} = \displaystyle \frac{16000000}{\quad 8(16+1)\quad }\approx 117647$$

偏差
$$\frac{115200-117647}{115200}\approx -2.1\%$$

在 optiboot.c 中修改代码:

int main(void) {
...
    UART_SRA = _BV(U2X0); //Double speed mode USART0
    UART_SRL = (uint8_t)(F_CPU / (BAUD_RATE * 8L) - 1 );
...
}

2. 调整系统时钟频率

内部 RC 振荡器校准
LGT8FX8P 内部包含两个可校准 RC 振荡器，经过校准后，均可达到±1% 以内的精度。其
中 32MHz RC 默认用于系统工作时钟。
LGT8FX8P 出产前，内部 32MHz HFRC 和 32KHz LFRC 都进行了校准，并把校准值写入系
统配置信息区域。系统上电过程中，这些校准值将会被读入到内部寄存器中，通过寄存器实
现对 RC 频率的重新校准。

bootloader 的系统时钟源使用的是内部 32MHz HFRC, 并通过设置 32MHz HFRC 振荡器校准寄存器 - RCMCAL, 达到±1% 以内的精度. 为使串口通信速率更接近 115200bps, 这时我们通过调整系统时钟来调整波特率.
依前面公式, 输出标准 115200bps 时, 系统时钟最佳值为:
$$\large f_{\rm sys} = {\rm BAUD}*{8({\rm UBRR}+1)}=115200*8(16+1)=15667200$$
通过修改寄存器 CLKPR 的CKOEN0位, 在 PB0 上检测系统时钟频率. 以下为实测的经验数据:

RCMCAL 调整值	系统时钟频率	与理想偏差
0	16026400	2.293%
-1	15962200	1.883%
-2	15896300	1.462%
-3	15830000	1.039%
-4	15765400	0.627%
-5	15700700	0.214%
-6	15636600	-0.195%
-7	15573500	-0.598%
-8	15510400	-1.001%

通过以上表格,RCMCAL 调整值为 - 5 或 - 6 时最接近理想值.
在 optiboot.c 中添加代码:

#if BAUD_RATE==115200
    const uint8_t CAL_V=6;
    if((uint8_t)RCMCAL>=CAL_V)
    {RCMCAL -= CAL_V;}
    else
    {RCMCAL = 0;}
#endif

完整修改在 https://github.com/nicechao/Larduino_HSP 上查看