微處理器 - Allwinner F1C200S (Tiny200) - 如何超頻到2.0GHz


參考資料：
http://nano.lichee.pro/
https://mangopi.org/mangopi_r

VCC_CORE電壓足夠，才可以做超頻的動作，VCC_CORE是由EA3036供電，目前是1.2V


電壓計算方式如下，從公式可以得知，只要把R13改成75K，輸出電壓就可以變成 0.6 * (150K / 75K) + 0.6 = 1.8V


絲印位置


開發板


焊接


確定電壓是1.8V


CPU速度計算公式 

PLL = (24MHz*N*K)/(M*P)

N = 13
K = 4
M = 1
P = 1
PLL = (24MHz*13*4)/(1*1) = 1248MHz

main.s 

    .global _start

    .equiv CCU_BASE,              0x01c20000
    .equiv GPIO_BASE,             0x01c20800

    .equiv PLL_CPU_CTRL_REG,      0x0000
    .equiv PLL_PERIPH_CTRL_REG,   0x0028
    .equiv AHB_APB_HCLKC_CFG_REG, 0x0054
    .equiv BUS_CLK_GATING_REG2,   0x0068
    .equiv BUS_SOFT_RST_REG2,     0x02d0

    .equiv PD,                    (0x24 * 3)
    .equiv PORT_CFG0,             0x00
    .equiv PORT_CFG1,             0x04
    .equiv PORT_CFG2,             0x08
    .equiv PORT_DATA,             0x10
    .equiv PORT_PUL0,             0x1c
    .equiv PORT_PUL1,             0x20

    .arm
    .text
_start:
    .long 0xea000016
    .byte 'e', 'G', 'O', 'N', '.', 'B', 'T', '0'
    .long 0, __spl_size
    .byte 'S', 'P', 'L', 2
    .long 0, 0
    .long 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
    .long 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
     
_vector:
    b reset
    b .
    b .
    b .
    b .
    b .
    b .
    b .

reset:
    ldr r4, =CCU_BASE
    ldr r1, =(1 << 31) | (12 << 8) | (3 << 4)
    str r1, [r4, #PLL_CPU_CTRL_REG]
0:
    ldr r1, [r4, #PLL_CPU_CTRL_REG]
    tst r1, #(1 << 28)
    beq 0b

    ldr r1, =(1 << 31) | (1 << 18) | (31 << 8)
    str r1, [r4, #PLL_PERIPH_CTRL_REG]
0:
    ldr r1, [r4, #PLL_PERIPH_CTRL_REG]
    tst r1, #(1 << 28)
    beq 0b

    ldr r1, =(3 << 12)
    str r1, [r4, #AHB_APB_HCLKC_CFG_REG]

    ldr r4, =GPIO_BASE
    mov r1, #1
    str r1, [r4, #(PD + PORT_CFG0)]
0:
    eor r1, #1
    str r1, [r4, #(PD + PORT_DATA)]
    b 0b
    .end

接著測量一下I/O速度


I/O速度為2.8MHz，不過CPU速度已經可以跑到1.2GHz，如果電壓再繼續增加，司徒相信CPU還可以操到更高，因為官方說最高可以到2.6GHz


既然官方說最高可以超頻到2.6GHz，那最高到底可以超到多少呢？基於這個好奇心，司徒決定研究一下超頻，於是找來幾塊開發板


首先測試的開發板


由於司徒並沒有太多精密電阻做分壓測試，因此，使用簡易的電源供應器


果然不是精準的電源供應器


遺憾的是，司徒手上剛好沒有溫度測量器，因此，只好用手測試


固定輸出1.2V


接著，司徒開始從1.8V測試


啟動後，吃掉0.05V


確定LED可以閃爍，代表此時的CPU頻率是可以工作的


測試程式 

    .global _start

    .equiv CCU_BASE,              0x01c20000
    .equiv GPIO_BASE,             0x01c20800

    .equiv PLL_CPU_CTRL_REG,      0x0000
    .equiv PLL_PERIPH_CTRL_REG,   0x0028
    .equiv AHB_APB_HCLKC_CFG_REG, 0x0054
    .equiv BUS_CLK_GATING_REG2,   0x0068
    .equiv BUS_SOFT_RST_REG2,     0x02d0

    .equiv PA,                    (0x24 * 0)
    .equiv PORT_CFG0,             0x00
    .equiv PORT_DATA,             0x10

    .arm
    .text
_start:
    .long 0xea000016
    .byte 'e', 'G', 'O', 'N', '.', 'B', 'T', '0'
    .long 0, __spl_size
    .byte 'S', 'P', 'L', 2
    .long 0, 0
    .long 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
    .long 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
     
_vector:
    b reset
    b .
    b .
    b .
    b .
    b .
    b .
    b .

reset:
    ldr r4, =CCU_BASE
    ldr r1, =(1 << 31) | (20 << 8) | (3 << 4)
    str r1, [r4, #PLL_CPU_CTRL_REG]
0:
    ldr r1, [r4, #PLL_CPU_CTRL_REG]
    tst r1, #(1 << 28)
    beq 0b

    ldr r0, =GPIO_BASE
    ldr r1, =0x1000
    str r1, [r0, #(PA + PORT_CFG0)]
0:
    eor r1, #8
    str r1, [r0, #(PA + PORT_DATA)]
    ldr r2, =1000000
1:
    subs r2, #1
    bne 1b
    b 0b
    .end

P.S. 在最早的測試，司徒忘記N最大只有到31，因此，在此次測試，司徒先把K設定成3，然後依序調整N，上面的程式：24MHz * N * K = 24MHz * 21 * 4 = 2016MHz

接著就開始慢慢調整電壓測試，找出該CPU頻率下，最低可以接受的電壓


持續量測溫度


最後，司徒測試發現，電壓2.4V時，CPU可以超頻到2016MHz，此時CPU還可以正常運作，不過已經呈現發燙的狀態，可以加上散熱片使用，而電壓再往上增加時，CPU已經無法運作


因此，司徒整理一下F1C100S超頻表格

CORE電壓CPU頻率人體溫度量測CPU設定
1.20v480MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (4 << 8) | (3 << 4)
1.20v576MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (5 << 8) | (3 << 4)
1.20v672MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (6 << 8) | (3 << 4)
1.20v768MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (7 << 8) | (3 << 4)
1.20v864MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (8 << 8) | (3 << 4)
1.20v960MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (9 << 8) | (3 << 4)
1.20v1056MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (10 << 8) | (3 << 4)
1.30v1152MHz正常PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (11 << 8) | (3 << 4)
1.35v1248MHz微微溫PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (12 << 8) | (3 << 4)
1.45v1344MHz微微溫PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (13 << 8) | (3 << 4)
1.55v1440MHz微微溫PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (14 << 8) | (3 << 4)
1.65v1536MHz微微溫PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (15 << 8) | (3 << 4)
1.75v1632MHz微微溫PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (16 << 8) | (3 << 4)
1.95v1728MHz微微溫PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (17 << 8) | (3 << 4)
2.00v1824MHz微溫PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (18 << 8) | (3 << 4)
2.20v1920MHz溫~燙PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (19 << 8) | (3 << 4)
2.40v2016MHz發燙PLL_CPU_CTRL_REG = (1 << 31) | (20 << 8) | (3 << 4)

最後，四塊開發板依然完好


幸好手指也平安無事




F1C200S在2.0GHz下，I/O速度可以多快呢？答案是7MHz


同場加映，司徒決定測試一下F1C100S超頻的耐久度，於是，司徒找來幾顆精密電阻，0.6 * (464K / 150K) + 0.6 = 2.456V

2.456V，雖然多了0.056V，不過應該差不多，這個電壓是司徒之前測試，F1C100S最大可以承受的電壓

開發板


移除R12、R13


0.6 * (464K / 150K) + 0.6 = 2.456V，司徒焊接一顆LED做測試


司徒這次要換另一根手指測試溫度


避免炸裂，司徒決定使用這個杯子保護


開始測驗，CPU=2016MHz


LED開始閃爍


6秒後，開發板掛掉了，再怎麼連接USB，都無法進入燒錄模式


於是，司徒找來另外的精密電阻，442K電阻配上160K電阻，0.6 * (442K / 160K) + 0.6 = 2.2575V


0.6 * (442K / 160K) + 0.6 = 2.2575V


開始測試

CPU=2016MHz，10秒後掛點，不過插入USB，還是可以進入燒錄模式，因此，電壓2.2575V是不會燒毀F1C100S的保險電壓，而司徒測試CPU=1920MHz

60秒後，果然會燙


司徒臨時找不到散熱片...


那就只好電風扇伺候...


測量溫度，果然還是有點燙，不過，CPU=1920MHz，跑了三分鐘，依然沒有問題，因此，司徒覺得1920MHz，加上散熱片，應該是可以拿來使用的


僅存的開發板


結論：
CPU=2016MHz，需要找出臨界電壓，容易燒毀，不建議使用
CPU=1920MHz，F1C100S加上散熱片，可以跑，不過目前只有測試Toggle I/O