嵌入式时钟与电源管理

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1、 ,*,*,第六章 时钟与电源管理,主要内容,时钟与电源管理概述,时钟发生器,电源管理,时钟与电源管理特殊功能寄存器,1.,时钟与电源管理概述,模块组成,时钟与电源管理模块,1.,时钟与电源管理概述,特点描述,两个锁相环（,PLL,）,主锁相环,（,MPLL,）,USB,锁相环,（,UPLL,）,UCLK,（,48M,）,用于,USB,电源为,2.0V,时，最高频率,266MHz,；,电源为,1.8V,时，最高频率为,200MHz,。,1.,时钟与电源管理概述,具有,4,种电源管理模式：,NORMAL,模式,SLOW,模式,IDLE,模式,Power_OFF,模式,锁相环工作,为,CPU,和所

2、有片内外设提供时钟,此模式系统功耗最大,锁相环不工作,CPU,等直接使用原始时钟、或原始时钟的分频工作,此模式工作时钟频率低而使功耗低，并且锁相环不工作也使功耗降低,停止为,CPU,提供时钟，,CPU,不工作（其外设均工作）,退出方法：,任何中断请求可唤醒,CPU,工作，退出空闲模式,时钟模块断电，除了唤醒电路之外所有部分均不供电,系统需分成两部分供电。此模式功耗最低,退出方法：用中断唤醒必须设置外中断,1.,时钟与电源管理概述,功耗管理,静态功耗（,忽略,）,基于,CMOS,电路芯片的功耗,动态功耗,（,门电路电容充放电,）,动态频率调节：,由,频率调度程序,负责在运行过程中针对不同的运算要

3、求，,动态调度系统时钟的频率,，以达到降低功耗的目的。,例如：,S3C2410A,中的,MPLL,，在外接时钟源频率已经固定的情况下，通过,软件,设置特殊功能寄存器,MPLLCON,，改变输出的时钟频率。,用于,USB,的,UPLL,，通常使用,48MHz,，不改变。,与电源电压的平方成正比,时钟信号的频率成正比,1.,时钟与电源管理概述,功耗管理（续）,S3C2410A,节能功耗管理,对于某些应用场合，,事先,确定工作频率，在初始化时设定锁相环对应参数，启动后就工作在较低的频率,NORMAL,模式，通过,设置,CLKCON,的值，把不使用的外设或控制器的时钟信号切断，以节省功耗,IDLE,模

4、式下，,停止,到,ARM920T,的时钟,在,Power_OFF,模式下，,切断,除唤醒逻辑外的全部片内外设电源,S3C2410A,中，,FCLK,是主时钟，可以由,软件调节时钟分频比,，产生不同频率的,HCLK,和,PCLK,，以适应不同的方案，减少功耗。,1.,时钟与电源管理概述,时钟与电源管理用到的,S3C2410A,引脚信号,如书,P194,页表,6-1,注意,:,nRSTOUT,，,PWREN,，,OM3:2,C LKOUT1:0,主要内容,时钟与电源管理概述,时钟发生器,电源管理,时钟与电源管理特殊功能寄存器,2.,时钟发生器,时钟与电源管理结构框图,电源管理模块,MPLLCLK,

5、晶振,外部时钟,振荡放大器,UCLK,FCLK,PCLK,FCLK,时钟源、,MPLL,、,UPLL,、时钟控制器、电源控制器等,2.,时钟发生器,时钟源的选择,S3C2410,的时钟可以选用晶振,(XTAL),，也可以使用外部时钟（,EXTCLK,），由系统复位时，在复位信号上升沿对引脚,OM3,、,OM2,所测的状态来确定。其对应关系如下表所示,。,OM3:2,值,主时钟源,USB,时钟源,00,晶振（,XTIpll,XTOpll,）,晶振（,XTIpll,XTOpll,）,01,晶振（,XTIpll,XTOpll,）,EXTCLK,10,EXTCLK,晶振（,XTIpll,XTOpll,

6、）,11,EXTCLK,EXTCLK,2.,时钟发生器,S3C2410A,片外时钟源的连接,虽然在,启动,MPLL,就接通，但是,MPLL,的输出,Mpll,，在,软件,写一个合法的设置值到,MPLL,控制寄存器,以前,，,不会作为系统时钟,。在合法的值设置以前，从,外部晶振或,EXTCLK,来的时钟源将被直接的用作,系统的时钟,。,当,OM1:0=11,时，,OM3:2,被用作确定测试模式。,2.,时钟发生器,锁相环（,两个锁相环,MPLL,和,UPLL,）,通过,MPLLCON,，,UPLLCON,寄存器中设置,PDIV,（预分频控制器），,MDIV,（主分频控制器），,SDIV,（后分频

7、控制器）改变,MPLL,和,UPLL,输出信号的,Mpll,和,Upll,的频率。,在程序中可以,随时修改,寄存器的值，用于实现动态调整时钟频率的目的。,2.,时钟发生器,锁相环输出频率（,Mpll,和,Upll,计算方法相同,）,Mpll=,（,mFin,）,/,（,p2,S,）,m=MDIV,8,，,p=PDIV,2,，,s=SDIV,。,例,6.1,三星公司给出的一组推荐值如表,6-3,在实际设置,MPLL,时，应满足如下关系：,FCLK,频率,=3,倍晶振频率或,3,倍,EXTCLK,2.,时钟发生器,时钟控制逻辑,时钟控制逻辑的功能：确定被使用的时钟源。,自动插入锁定时间：当,MPL

8、L,被,设置成一个新的频率值,时，时钟控制逻辑依据锁定时间计数寄存器,LOCKTIME,中设定的锁定时间参数，,自动插入锁定时间,。,加电,Reset,后，由于刚加电后,MPLL,和,UPLL,都不稳定，在写新值到寄存器之前，直接用外部时钟作为系统时钟。用户通过软件也应该写相同的值到寄存器。,在,NORMAL,模式下，依据,M_LTIME,锁定时间参数，自动插入锁定时间。,2.,时钟发生器,时钟控制逻辑（续）,USB,主接口和设备接口需要,48M,的时钟。在,S3C2410,中，是通过,UPLL,来产生这一时钟的，,UCLK,只有在,UPLL,配置好后才会生效。,2.,时钟发生器,时钟控制逻辑

9、（续）,S3C2410,支持三者之间的比率可选，这个比率是由,CLKDIVN,寄存器的,HDIVN,和,PDIVN,决定的。,在,NORMAL,模式下，,FCLK=Mpll,；,在,SLOW,模式下，,FCLK=,（晶振或,EXTCLK,）,/,分频因子。,FCLK,用于,ARM920T.,HCLK,用于,AHB,总线。包括,ARM920T,，存储控制器，中断控制器，,LCD,控制器，,DMA,和,USB,主机。,PCLK,用于,APB,总线。包括外设如,WDT,IIS,I2C,PWM,PWM TIMER,MMC,ADC,UART,GPIO,RTC,SPI,。,主要内容,时钟与电源管理概述,时

10、钟发生器,电源管理,时钟与电源管理特殊功能寄存器,3.,电源管理,电源管理模式的转换,S3C2410,有,4,种电源管理模式，不允许自由转换。合法转换如下图。,Power_OFF,SLOW,（,SLOW_BIT=1,）,IDLE,NORMAL,（,SLOW_BIT=0,）,复位,EINT15:0,、,RTC alarm,EINT23:0,、,RTC alarm,IDLE_BIT=1,SLOW_BIT=1,SLOW_BIT=0,POWER_OFF BIT=1,3.,电源管理,4,种电源管理模式,NORMAL,模式,IDLE,模式,全部片内外设，都可以操作，这是功耗最大。,允许用户通过软件控制片内

11、外设时钟，以减少功耗。,时钟控制寄存器,CLKCON2=1,。,到,ARM920T,的时钟,FCLK,被停止。,当,EINT23:0,或者,RTC,报警中断或其他中断激活时，退出,IDLE,。,3.,电源管理,4,种电源管理模式,SLOW,模式,非锁相环模式。,CPU,等直接使用原始时钟、或原始时钟的分频工作。,此模式工作时钟频率低而使功耗低，并且锁相环不工作也使功耗降低。,用户可以在,PLL,开的情况下通过改变,CLKSLOW,寄存器的,SLOW_BIT,位使能低速模式来改变频率。,在低速模式下，,FCLK,为外部时钟的分频。如图,7-9.,3.,电源管理,4,种电源管理模式,SLOW,模式

12、（续）,NORMAL,模式,-SLOW,模式,:SLOW_BIT=1,并不切断,MPLL,3.,电源管理,4,种电源管理模式,SLOW,模式（续）,SLOW,模式,-NORMAL,模式,:,需要等待,PLL,锁定后,FCLK,才会改变，锁定期间,FLCK,停止。,3.,电源管理,4,种电源管理模式,Power_OFF,模式,部分引脚状态,时钟模块断电，除了唤醒电路之外所有部分均不供电。,系统需分成两部分供电。此模式功耗最低。,用中断唤醒。（,1,）外部中断,EINT0-15,；（,2,）实时钟报警中断。,（必须设置有外中断）,3.,电源管理,4,种电源管理模式,Power_OFF,模式（续）,

13、-,对电源的控制,VDDi,和,VDDiarm,功率控制,VDDi,和,VDDiarm,被关闭，这由,PWREN,引脚控制。,如果,PWREN,信号有效,(H),，,VDDi,和,VDDiarm,由外部电压供电；如果,PWREN,信号无效,(L),，,VDDi,和,VDDiarm,关闭。,注：除,VDDi,VDDiarm,VDDi_MPLL and VDDi_UPLL,外的所有电源必须继续供电,。,3.,电源管理,4,种电源管理模式,Power_OFF,模式（续）,-,用于唤醒的,EINT15:0,只有如下条件下,S3C2410,才会被才掉电模式唤醒：,电平信号或者边沿信号出现在,EINTn,

14、输入引脚且被确认。,EINTn,输入引脚被配置成外部中断。,nBATT-FLT,位为高电平。,一旦唤醒后，相应的,EINTn,引脚将不再用于唤醒，即此引脚又可以重新作为一个外部中断源使用,。,3.,电源管理,4,种电源管理模式,Power_OFF,模式（续）,-,电池失效信号,Power_OFF,模式（续）,-ADC Power Down,nBATT_FLT,有如下两个功能：,非掉电模式下，,nBATT_FLT,将产生中断请求，低电平触发。,掉电模式下，,nBATT_FLT,的低电平将会禁止从掉电模式下唤醒，所以任何唤醒源会被屏蔽，这能保护电量低引起的系统故障。,ADCCON,寄存器中有一个额

15、外的掉电位，如果,S3C2410,进入掉电模式，,ADC,将进入自己的,POWERDOWN,模式。,主要内容,时钟与电源管理概述,时钟发生器,电源管理,时钟与电源管理特殊功能寄存器,4.,时钟与电源管理特殊功能寄存器,6,个特殊功能寄存器,寄存器,R/W,描 述,初值,偏址,LOCKTIME,R/W,PLL,锁定时间寄存器,0 x00FFFFFF,0 x00,MPLLCON,R/W,MPLL,配置寄存器,0 x0005C080,0 x04,UPLLCON,R/W,UPLL,配置寄存器,0 x00028080,0 x08,CLKCON,R/W,时钟控制寄存器,0 x0007FFF0,0 x0C,

16、CLKSLOW,R/W,慢时钟控制寄存器,0 x00000004,0 x10,CLKDIVN,R/W,时钟比控制寄存器,0 x00000000,0 x14,4.,时钟与电源管理特殊功能寄存器,锁定时间计数寄存器,MPLL,及,UPLL,控制寄存器,注：,1,、尽管可以根据公式设置,PLL,，但是我们推荐仅使用推荐表里面的值，如果要使用其他值，请与我们联系。,2,、如果要同时设置,UPLL,和,MPLL,，请先设置,UPLL,，然后设置,MPLL,，且至少要间隔,7,个时钟周期。,4.,时钟与电源管理特殊功能寄存器,时钟控制寄存器,4.,时钟与电源管理特殊功能寄存器,SLOW,时钟控制寄存器,4.,时钟与电源管理特殊功能寄存器,时钟分频控制寄存器,总结,时钟与电源管理的功耗管理,如何选择时钟源，锁相环,4,种电源管理模式的特点及转换,6,个特殊功能寄存器的设置,