decoders/usb_power_delivery/pd.py

   1 ##
   2 ## This file is part of the libsigrokdecode project.
   3 ##
   4 ## Copyright (C) 2015 Google, Inc
   5 ##
   6 ## This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   7 ## it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8 ## the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9 ## (at your option) any later version.
  10 ##
  11 ## This program is distributed in the hope that it will be useful,
  12 ## but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13 ## MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14 ## GNU General Public License for more details.
  15 ##
  16 ## You should have received a copy of the GNU General Public License
  17 ## along with this program; if not, write to the Free Software
  18 ## Foundation, Inc., 51 Franklin St, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301 USA
  19 ##
  20
  21 import sigrokdecode as srd
  22 import struct
  23 import zlib   # for crc32
  24
  25 # BMC encoding with a 600kHz datarate
  26 UI_US = 1000000/600000.0
  27
  28 # Threshold to discriminate half-1 from 0 in Binary Mark Conding
  29 THRESHOLD_US = (UI_US + 2 * UI_US) / 2
  30
  31 # Control Message type
  32 CTRL_TYPES = {
  33     0: 'reserved',
  34     1: 'GOOD CRC',
  35     2: 'GOTO MIN',
  36     3: 'ACCEPT',
  37     4: 'REJECT',
  38     5: 'PING',
  39     6: 'PS RDY',
  40     7: 'GET SOURCE CAP',
  41     8: 'GET SINK CAP',
  42     9: 'DR SWAP',
  43     10: 'PR SWAP',
  44     11: 'VCONN SWAP',
  45     12: 'WAIT',
  46     13: 'SOFT RESET',
  47     14: 'reserved',
  48     15: 'reserved'
  49 }
  50
  51 # Data message type
  52 DATA_TYPES = {
  53     1: 'SOURCE CAP',
  54     2: 'REQUEST',
  55     3: 'BIST',
  56     4: 'SINK CAP',
  57     15: 'VDM'
  58 }
  59
  60 # 4b5b encoding of the symbols
  61 DEC4B5B = [
  62     0x10,   # Error      00000
  63     0x10,   # Error      00001
  64     0x10,   # Error      00010
  65     0x10,   # Error      00011
  66     0x10,   # Error      00100
  67     0x10,   # Error      00101
  68     0x13,   # Sync-3     00110
  69     0x14,   # RST-1      00111
  70     0x10,   # Error      01000
  71     0x01,   # 1 = 0001   01001
  72     0x04,   # 4 = 0100   01010
  73     0x05,   # 5 = 0101   01011
  74     0x10,   # Error      01100
  75     0x16,   # EOP        01101
  76     0x06,   # 6 = 0110   01110
  77     0x07,   # 7 = 0111   01111
  78     0x10,   # Error      10000
  79     0x12,   # Sync-2     10001
  80     0x08,   # 8 = 1000   10010
  81     0x09,   # 9 = 1001   10011
  82     0x02,   # 2 = 0010   10100
  83     0x03,   # 3 = 0011   10101
  84     0x0A,   # A = 1010   10110
  85     0x0B,   # B = 1011   10111
  86     0x11,   # Sync-1     11000
  87     0x15,   # RST-2      11001
  88     0x0C,   # C = 1100   11010
  89     0x0D,   # D = 1101   11011
  90     0x0E,   # E = 1110   11100
  91     0x0F,   # F = 1111   11101
  92     0x00,   # 0 = 0000   11110
  93     0x10,   # Error      11111
  94 ]
  95 SYM_ERR = 0x10
  96 SYNC1 = 0x11
  97 SYNC2 = 0x12
  98 SYNC3 = 0x13
  99 RST1 = 0x14
 100 RST2 = 0x15
 101 EOP = 0x16
 102 SYNC_CODES = [SYNC1, SYNC2, SYNC3]
 103 HRST_CODES = [RST1, RST1, RST1, RST2]
 104
 105 START_OF_PACKETS = {
 106     (SYNC1, SYNC1, SYNC1, SYNC2): 'SOP',
 107     (SYNC1, SYNC1, SYNC3, SYNC3): "SOP'",
 108     (SYNC1, SYNC3, SYNC1, SYNC3): 'SOP"',
 109     (SYNC1, RST2,  RST2,  SYNC3): "SOP' Debug",
 110     (SYNC1, RST2,  SYNC3, SYNC2): 'SOP" Debug',
 111     (RST1,  SYNC1, RST1,  SYNC3): 'Cable Reset',
 112     (RST1,  RST1,  RST1,   RST2): 'Hard Reset',
 113 }
 114
 115 SYM_NAME = [
 116     ['0x0', '0'],
 117     ['0x1', '1'],
 118     ['0x2', '2'],
 119     ['0x3', '3'],
 120     ['0x4', '4'],
 121     ['0x5', '5'],
 122     ['0x6', '6'],
 123     ['0x7', '7'],
 124     ['0x8', '8'],
 125     ['0x9', '9'],
 126     ['0xA', 'A'],
 127     ['0xB', 'B'],
 128     ['0xC', 'C'],
 129     ['0xD', 'D'],
 130     ['0xE', 'E'],
 131     ['0xF', 'F'],
 132     ['ERROR', 'X'],
 133     ['SYNC-1', 'S1'],
 134     ['SYNC-2', 'S2'],
 135     ['SYNC-3', 'S3'],
 136     ['RST-1', 'R1'],
 137     ['RST-2', 'R2'],
 138     ['EOP', '#'],
 139 ]
 140
 141 RDO_FLAGS = {
 142     (1 << 24): 'no_suspend',
 143     (1 << 25): 'comm_cap',
 144     (1 << 26): 'cap_mismatch',
 145     (1 << 27): 'give_back'
 146 }
 147 PDO_TYPE = ['', 'BATT:', 'VAR:', '<bad>']
 148 PDO_FLAGS = {
 149     (1 << 29): 'dual_role_power',
 150     (1 << 28): 'suspend',
 151     (1 << 27): 'ext',
 152     (1 << 26): 'comm_cap',
 153     (1 << 25): 'dual_role_data'
 154 }
 155
 156 BIST_MODES = {
 157         0: 'Receiver',
 158         1: 'Transmit',
 159         2: 'Counters',
 160         3: 'Carrier 0',
 161         4: 'Carrier 1',
 162         5: 'Carrier 2',
 163         6: 'Carrier 3',
 164         7: 'Eye',
 165 }
 166
 167 VDM_CMDS = {
 168         1: 'Disc Ident',
 169         2: 'Disc SVID',
 170         3: 'Disc Mode',
 171         4: 'Enter Mode',
 172         5: 'Exit Mode',
 173         6: 'Attention',
 174         # 16..31: SVID Specific Commands
 175         # DisplayPort Commands
 176         16: 'DP Status',
 177         17: 'DP Configure',
 178 }
 179 VDM_ACK = ['REQ', 'ACK', 'NAK', 'BSY']
 180
 181 class SamplerateError(Exception):
 182     pass
 183
 184 class Decoder(srd.Decoder):
 185     api_version = 3
 186     id = 'usb_power_delivery'
 187     name = 'USB PD'
 188     longname = 'USB Power Delivery'
 189     desc = 'USB Power Delivery protocol.'
 190     license = 'gplv2+'
 191     inputs = ['logic']
 192     outputs = ['usb_pd']
 193     channels = (
 194         {'id': 'cc', 'name': 'CC', 'desc': 'Control channel'},
 195     )
 196     options = (
 197         {'id': 'fulltext', 'desc': 'full text decoding of the packet',
 198          'default': 'no', 'values': ('yes', 'no')},
 199     )
 200     annotations = (
 201         ('type', 'Packet Type'),
 202         ('Preamble', 'Preamble'),
 203         ('SOP', 'Start of Packet'),
 204         ('Head', 'Header'),
 205         ('Data', 'Data'),
 206         ('CRC', 'Checksum'),
 207         ('EOP', 'End Of Packet'),
 208         ('Sym', '4b5b symbols'),
 209         ('warnings', 'Warnings'),
 210         ('src', 'Source Message'),
 211         ('snk', 'Sink Message'),
 212         ('payload', 'Payload'),
 213         ('text', 'Plain text'),
 214     )
 215     annotation_rows = (
 216        ('4B5B', 'symbols', (7, )),
 217        ('Phase', 'parts', (1, 2, 3, 4, 5, 6, )),
 218        ('payload', 'Payload', (11, )),
 219        ('type', 'Type', (0, 9, 10, )),
 220        ('warnings', 'Warnings', (8, )),
 221        ('text', 'Full text', (12, )),
 222     )
 223     binary = (
 224         ('raw-data', 'RAW binary data'),
 225     )
 226
 227     def get_request(self, rdo):
 228         pos = (rdo >> 28) & 7
 229         op_ma = ((rdo >> 10) & 0x3ff) * 10
 230         max_ma = (rdo & 0x3ff) * 10
 231         flags = ''
 232         for f in RDO_FLAGS.keys():
 233             if rdo & f:
 234                 flags += ' ' + RDO_FLAGS[f]
 235         return '[%d]%d/%d mA%s' % (pos, op_ma, max_ma, flags)
 236
 237     def get_source_cap(self, pdo):
 238         t = (pdo >> 30) & 3
 239         if t == 0:
 240             mv = ((pdo >> 10) & 0x3ff) * 50
 241             ma = ((pdo >> 0) & 0x3ff) * 10
 242             p = '%.1fV %.1fA' % (mv/1000.0, ma/1000.0)
 243         elif t == 1:
 244             minv = ((pdo >> 10) & 0x3ff) * 50
 245             maxv = ((pdo >> 20) & 0x3ff) * 50
 246             mw = ((pdo >> 0) & 0x3ff) * 250
 247             p = '%.1f/%.1fV %.1fW' % (minv/1000.0, maxv/1000.0, mw/1000.0)
 248         elif t == 2:
 249             minv = ((pdo >> 10) & 0x3ff) * 50
 250             maxv = ((pdo >> 20) & 0x3ff) * 50
 251             ma = ((pdo >> 0) & 0x3ff) * 10
 252             p = '%.1f/%.1fV %.1fA' % (minv/1000.0, maxv/1000.0, ma/1000.0)
 253         else:
 254             p = ''
 255         flags = ''
 256         for f in PDO_FLAGS.keys():
 257             if pdo & f:
 258                 flags += ' ' + PDO_FLAGS[f]
 259         return '%s%s%s' % (PDO_TYPE[t], p, flags)
 260
 261     def get_sink_cap(self, pdo):
 262         t = (pdo >> 30) & 3
 263         if t == 0:
 264             mv = ((pdo >> 10) & 0x3ff) * 50
 265             ma = ((pdo >> 0) & 0x3ff) * 10
 266             p = '%.1fV %.1fA' % (mv/1000.0, ma/1000.0)
 267         elif t == 1:
 268             minv = ((pdo >> 10) & 0x3ff) * 50
 269             maxv = ((pdo >> 20) & 0x3ff) * 50
 270             mw = ((pdo >> 0) & 0x3ff) * 250
 271             p = '%.1f/%.1fV %.1fW' % (minv/1000.0, maxv/1000.0, mw/1000.0)
 272         elif t == 2:
 273             minv = ((pdo >> 10) & 0x3ff) * 50
 274             maxv = ((pdo >> 20) & 0x3ff) * 50
 275             ma = ((pdo >> 0) & 0x3ff) * 10
 276             p = '%.1f/%.1fV %.1fA' % (minv/1000.0, maxv/1000.0, ma/1000.0)
 277         else:
 278             p = ''
 279         flags = ''
 280         for f in PDO_FLAGS.keys():
 281             if pdo & f:
 282                 flags += ' ' + PDO_FLAGS[f]
 283         return '%s%s%s' % (PDO_TYPE[t], p, flags)
 284
 285     def get_vdm(self, idx, data):
 286         if idx == 0:    # VDM header
 287             vid = data >> 16
 288             struct = data & (1 << 15)
 289             txt = 'VDM'
 290             if struct:  # Structured VDM
 291                 cmd = data & 0x1f
 292                 src = data & (1 << 5)
 293                 ack = (data >> 6) & 3
 294                 pos = (data >> 8) & 7
 295                 ver = (data >> 13) & 3
 296                 txt = VDM_ACK[ack] + ' '
 297                 txt += VDM_CMDS[cmd] if cmd in VDM_CMDS else 'cmd?'
 298                 txt += ' pos %d' % (pos) if pos else ' '
 299             else:   # Unstructured VDM
 300                 txt = 'unstruct [%04x]' % (data & 0x7fff)
 301             txt += ' SVID:%04x' % (vid)
 302         else:   # VDM payload
 303             txt = 'VDO:%08x' % (data)
 304         return txt
 305
 306     def get_bist(self, idx, data):
 307         mode = data >> 28
 308         counter = data & 0xffff
 309         mode_name = BIST_MODES[mode] if mode in BIST_MODES else 'INVALID'
 310         if mode == 2:
 311             mode_name = 'Counter[= %d]' % (counter)
 312         # TODO check all 0 bits are 0 / emit warnings
 313         return 'mode %s' % (mode_name) if idx == 0 else 'invalid BRO'
 314
 315     def putpayload(self, s0, s1, idx):
 316         t = self.head_type()
 317         txt = '???'
 318         if t == 2:
 319             txt = self.get_request(self.data[idx])
 320         elif t == 1:
 321             txt = self.get_source_cap(self.data[idx])
 322         elif t == 4:
 323             txt = self.get_sink_cap(self.data[idx])
 324         elif t == 15:
 325             txt = self.get_vdm(idx, self.data[idx])
 326         elif t == 3:
 327             txt = self.get_bist(idx, self.data[idx])
 328         self.putx(s0, s1, [11, [txt, txt]])
 329         self.text += ' - ' + txt
 330
 331     def puthead(self):
 332         ann_type = 9 if self.head_power_role() else 10
 333         role = 'SRC' if self.head_power_role() else 'SNK'
 334         if self.head_data_role() != self.head_power_role():
 335             role += '/DFP' if self.head_data_role() else '/UFP'
 336         t = self.head_type()
 337         if self.head_count() == 0:
 338             shortm = CTRL_TYPES[t]
 339         else:
 340             shortm = DATA_TYPES[t] if t in DATA_TYPES else 'DAT???'
 341
 342         longm = '{:s}[{:d}]:{:s}'.format(role, self.head_id(), shortm)
 343         self.putx(0, -1, [ann_type, [longm, shortm]])
 344         self.text += longm
 345
 346     def head_id(self):
 347         return (self.head >> 9) & 7
 348
 349     def head_power_role(self):
 350         return (self.head >> 8) & 1
 351
 352     def head_data_role(self):
 353         return (self.head >> 5) & 1
 354
 355     def head_rev(self):
 356         return ((self.head >> 6) & 3) + 1
 357
 358     def head_type(self):
 359         return self.head & 0xF
 360
 361     def head_count(self):
 362         return (self.head >> 12) & 7
 363
 364     def putx(self, s0, s1, data):
 365         self.put(self.edges[s0], self.edges[s1], self.out_ann, data)
 366
 367     def putwarn(self, longm, shortm):
 368         self.putx(0, -1, [8, [longm, shortm]])
 369
 370     def compute_crc32(self):
 371         bdata = struct.pack('<H'+'I'*len(self.data), self.head & 0xffff,
 372                             *tuple([d & 0xffffffff for d in self.data]))
 373         return zlib.crc32(bdata)
 374
 375     def rec_sym(self, i, sym):
 376         self.putx(i, i+5, [7, SYM_NAME[sym]])
 377
 378     def get_sym(self, i, rec=True):
 379         v = (self.bits[i] | (self.bits[i+1] << 1) | (self.bits[i+2] << 2) |
 380              (self.bits[i+3] << 3) | (self.bits[i+4] << 4))
 381         sym = DEC4B5B[v]
 382         if rec:
 383             self.rec_sym(i, sym)
 384         return sym
 385
 386     def get_short(self):
 387         i = self.idx
 388         # Check it's not a truncated packet
 389         if len(self.bits) - i <= 20:
 390             self.putwarn('Truncated', '!')
 391             return 0x0BAD
 392         k = [self.get_sym(i), self.get_sym(i+5),
 393              self.get_sym(i+10), self.get_sym(i+15)]
 394         # TODO check bad symbols
 395         val = k[0] | (k[1] << 4) | (k[2] << 8) | (k[3] << 12)
 396         self.idx += 20
 397         return val
 398
 399     def get_word(self):
 400         lo = self.get_short()
 401         hi = self.get_short()
 402         return lo | (hi << 16)
 403
 404     def find_corrupted_sop(self, k):
 405         # Start of packet are valid even if they have only 3 correct symbols
 406         # out of 4.
 407         for seq in START_OF_PACKETS.keys():
 408             if [k[i] == seq[i] for i in range(len(k))].count(True) >= 3:
 409                 return START_OF_PACKETS[seq]
 410         return None
 411
 412     def scan_eop(self):
 413         for i in range(len(self.bits) - 19):
 414             k = (self.get_sym(i, rec=False), self.get_sym(i+5, rec=False),
 415                  self.get_sym(i+10, rec=False), self.get_sym(i+15, rec=False))
 416             sym = START_OF_PACKETS[k] if k in START_OF_PACKETS else None
 417             if not sym:
 418                 sym = self.find_corrupted_sop(k)
 419             # We have an interesting symbol sequence
 420             if sym:
 421                 # annotate the preamble
 422                 self.putx(0, i, [1, ['Preamble', '...']])
 423                 # annotate each symbol
 424                 self.rec_sym(i, k[0])
 425                 self.rec_sym(i+5, k[1])
 426                 self.rec_sym(i+10, k[2])
 427                 self.rec_sym(i+15, k[3])
 428                 if sym == 'Hard Reset':
 429                     self.text += 'HRST'
 430                     return -1   # Hard reset
 431                 elif sym == 'Cable Reset':
 432                     self.text += 'CRST'
 433                     return -1   # Cable reset
 434                 else:
 435                     self.putx(i, i+20, [2, [sym, 'S']])
 436                 return i+20
 437         self.putx(0, len(self.bits), [1, ['Junk???', 'XXX']])
 438         self.text += 'Junk???'
 439         self.putwarn('No start of packet found', 'XXX')
 440         return -1   # No Start Of Packet
 441
 442     def __init__(self):
 443         self.samplerate = None
 444         self.idx = 0
 445         self.packet_seq = 0
 446         self.previous = 0
 447         self.startsample = None
 448         self.bits = []
 449         self.edges = []
 450         self.bad = []
 451         self.half_one = False
 452         self.start_one = 0
 453
 454     def metadata(self, key, value):
 455         if key == srd.SRD_CONF_SAMPLERATE:
 456             self.samplerate = value
 457             # 0 is 2 UI, space larger than 1.5x 0 is definitely wrong
 458             self.maxbit = self.us2samples(3 * UI_US)
 459             # duration threshold between half 1 and 0
 460             self.threshold = self.us2samples(THRESHOLD_US)
 461
 462     def start(self):
 463         self.out_python = self.register(srd.OUTPUT_PYTHON)
 464         self.out_ann = self.register(srd.OUTPUT_ANN)
 465         self.out_binary = self.register(srd.OUTPUT_BINARY)
 466         self.out_bitrate = self.register(
 467             srd.OUTPUT_META,
 468             meta=(int, 'Bitrate', 'Bitrate during the packet')
 469         )
 470
 471     def us2samples(self, us):
 472         return int(us * self.samplerate / 1000000)
 473
 474     def decode_packet(self):
 475         self.data = []
 476         self.idx = 0
 477         self.text = ''
 478
 479         if len(self.edges) < 50:
 480             return  # Not a real PD packet
 481
 482         self.packet_seq += 1
 483         tstamp = float(self.startsample) / self.samplerate
 484         self.text += '#%-4d (%8.6fms): ' % (self.packet_seq, tstamp*1000)
 485
 486         self.idx = self.scan_eop()
 487         if self.idx < 0:
 488             # Full text trace of the issue
 489             self.putx(0, self.idx, [12, [self.text, '...']])
 490             return  # No real packet: ABORT
 491
 492         # Packet header
 493         self.head = self.get_short()
 494         self.putx(self.idx-20, self.idx, [3, ['H:%04x' % (self.head), 'HD']])
 495         self.puthead()
 496
 497         # Decode data payload
 498         for i in range(self.head_count()):
 499             self.data.append(self.get_word())
 500             self.putx(self.idx-40, self.idx,
 501                       [4, ['[%d]%08x' % (i, self.data[i]), 'D%d' % (i)]])
 502             self.putpayload(self.idx-40, self.idx, i)
 503
 504         # CRC check
 505         self.crc = self.get_word()
 506         ccrc = self.compute_crc32()
 507         if self.crc != ccrc:
 508             self.putwarn('Bad CRC %08x != %08x' % (self.crc, ccrc), 'CRC!')
 509         self.putx(self.idx-40, self.idx, [5, ['CRC:%08x' % (self.crc), 'CRC']])
 510
 511         # End of Packet
 512         if len(self.bits) >= self.idx + 5 and self.get_sym(self.idx) == EOP:
 513             self.putx(self.idx, self.idx + 5, [6, ['EOP', 'E']])
 514             self.idx += 5
 515         else:
 516             self.putwarn('No EOP', 'EOP!')
 517         # Full text trace
 518         if self.options['fulltext'] == 'yes':
 519             self.putx(0, self.idx, [12, [self.text, '...']])
 520
 521         # Meta data for bitrate
 522         ss, es = self.edges[0], self.edges[-1]
 523         bitrate = self.samplerate*len(self.bits) / float(es - ss)
 524         self.put(es, ss, self.out_bitrate, int(bitrate))
 525         # Raw binary data (BMC decoded)
 526         self.put(es, ss, self.out_binary, [0, bytes(self.bits)])
 527
 528     def decode(self):
 529         if not self.samplerate:
 530             raise SamplerateError('Cannot decode without samplerate.')
 531         while True:
 532             self.wait({0: 'e'})
 533
 534             # First sample of the packet, just record the start date
 535             if not self.startsample:
 536                 self.startsample = self.samplenum
 537                 self.previous = self.samplenum
 538                 continue
 539
 540             diff = self.samplenum - self.previous
 541
 542             # Large idle: use it as the end of packet
 543             if diff > self.maxbit:
 544                 # the last edge of the packet
 545                 self.edges.append(self.previous)
 546                 # Export the packet
 547                 self.decode_packet()
 548                 # Reset for next packet
 549                 self.startsample = self.samplenum
 550                 self.bits = []
 551                 self.edges = []
 552                 self.bad = []
 553                 self.half_one = False
 554                 self.start_one = 0
 555             else:   # add the bit to the packet
 556                 is_zero = diff > self.threshold
 557                 if is_zero and not self.half_one:
 558                     self.bits.append(0)
 559                     self.edges.append(self.previous)
 560                 elif not is_zero and self.half_one:
 561                     self.bits.append(1)
 562                     self.edges.append(self.start_one)
 563                     self.half_one = False
 564                 elif not is_zero and not self.half_one:
 565                     self.half_one = True
 566                     self.start_one = self.previous
 567                 else:   # Invalid BMC sequence
 568                     self.bad.append((self.start_one, self.previous))
 569                     # TODO try to recover
 570                     self.bits.append(0)
 571                     self.edges.append(self.previous)
 572                     self.half_one = False
 573             self.previous = self.samplenum