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 贺鑫 2011-10-24 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 控制 USB 控制 电源 控制 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） 用于 ARM920T FCLK 用于 AHB总线设备和 ARM920T HCLK 用于 APB总线设备 PCLK 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

2、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 CMO

3、S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

4、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

5、 2.时钟发生器 时钟与电源管理结构框图 电源管理模块 MPLLCLK 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 EX

6、TCLK 晶振（ XTIpll,XTOpll） 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）， SD

7、IV（后分频控制器）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 =（ m Fin） /（ p 2S） 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 MPLL被 设

8、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（续） S3C2410支持三者之间的比率

9、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

10、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

11、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（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（

12、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） -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 VD

13、Diarm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

14、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 0x00FFFFFF 0x00 MPLLCON R/W MPLL配置寄存器 0x0005C080 0x04 UPLLCON R/W UPLL配置寄存器 0x00028080 0x08 CLKCON R/W 时钟控制寄存器 0x0007FFF0 0x0C CLKSLOW R/W 慢 时钟控制寄存器 0x00000004 0x10 CLKDIVN R/W 时钟比控制寄存器 0x0000