基于S3C2440的嵌入式設(shè)備休眠喚醒技術(shù)研究

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中降低設(shè)備功耗以提高續(xù)航能力是其設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)[1]。在休眠狀態(tài)，系統(tǒng)處于最低電流消耗狀態(tài)，同時(shí)仍維持存儲區(qū)中的內(nèi)容，為了減少能量消耗和延長電池壽命，需要讓處理器定期進(jìn)入或退出休眠模式[2]。Windows CE 作為一個廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)備上的操作系統(tǒng)，提供了完善的電源管理功能。其中，休眠喚醒便是一個重要的功能。本文在結(jié)合S3C2440硬件基礎(chǔ)上分析休眠喚醒過程，分別采用外部中斷喚醒和RTC中斷喚醒兩種方法實(shí)現(xiàn)了休眠喚醒，并給出了具體實(shí)現(xiàn)代碼。根據(jù)相應(yīng)喚醒需求，將這兩種方法應(yīng)用于北京化工大學(xué)診斷與自愈工程研究中心的一款基于S3C2440和WindowsCE 5.0的嵌入式智能巡檢分析診斷儀，結(jié)果表明能準(zhǔn)確達(dá)到實(shí)際的設(shè)置要求，效果良好。
1 休眠喚醒過程分析
對于電源控制邏輯模塊，S3C2440 有多種電源管理方案以針對須執(zhí)行的任務(wù)保持最優(yōu)的電源消耗。S3C2440 中的電源管理模塊對應(yīng) 4 種模式：NORMAL 模式、SLOW 模式、IDLE 模式和SLEEP模式。
　　在SLEEP模式下，電源管理模塊關(guān)閉內(nèi)部電源，因此，CPU 和內(nèi)部邏輯模塊都沒有電源消耗，但除了此模式下的喚醒模塊。激活SLEEP模式需要2個獨(dú)立的電源，其中一個為喚醒模塊供電，另一個為包括CPU的其他邏輯模塊供電，并且可以由power on/off控制。在SLEEP模式下，給CUP和內(nèi)部邏輯單元供電的第二個電源被關(guān)閉，只有喚醒模塊是工作的。這種狀態(tài)下，可以通過外部中斷EINT[15:0]或定時(shí)器的RTC(real time control)中斷將系統(tǒng)從睡眠狀態(tài)中喚醒[3]，如圖1所示。

在睡眠模式下，VDDi、VDDiam、VDDMPLL以及VDDUPLL會被關(guān)閉,其由PWREN引腳來控制，如PWREN信號被置位，VDDi和VDDiam則由一個外部變壓器供電。當(dāng)PWREN=0時(shí)，VDDi和VDDiam被關(guān)閉。
　有多種方法可以使系統(tǒng)進(jìn)入休眠，例如在Windows CE的桌面上，點(diǎn)左下角的開始圖標(biāo)，然后選擇 “掛起”；或者，在應(yīng)用程序或驅(qū)動中調(diào)用SetSystemPowerState（）函數(shù)，都可以讓系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。實(shí)際上，這兩種方法殊途同歸，最終都需要通過OEM層OEMPowerOff()函數(shù)依次調(diào)用BSPPowerOff（）函數(shù)，以關(guān)閉板級的相關(guān)電源，保存所有寄存器的值，關(guān)閉背光；調(diào)用 ConfigStopGPIO（）函數(shù)，設(shè)置各IO休眠后的狀態(tài)；如果支持KITL，調(diào)用OALKitlPowerOff（）函數(shù)關(guān)閉KITL功能；調(diào)用OALCPUPoweroff（）函數(shù)，使得CPU進(jìn)入休眠模式。OALCPUPoweroff（）函數(shù)保存當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，把CPU上一些寄存器里的數(shù)據(jù)保存到RAM里去，然后禁止RAM自刷新的功能，加入喚醒中斷源，最后使CPU進(jìn)入休眠模式。當(dāng)CPU處于Sleep狀態(tài)時(shí)，RAM不會斷電，這樣RAM中的數(shù)據(jù)就不會丟失，當(dāng)CPU被喚醒后使用RAM里的數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng)。
　當(dāng)相應(yīng)的中斷源觸發(fā)時(shí)，CPU就會被喚醒，電流消耗變大了，需要說明的是，此處僅喚醒CPU，之后才喚醒WINCE系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)由SLEEP到NORMAL切換期間需經(jīng)過一個RESET過程,這個過程稱為 Power On Reset 。在S3C2440 CPU中,寄存器GSTATUS2專門用以判斷發(fā)生Reset原因。Power On Reset后，在之前SLEEP過程中保存下來的RAM中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)是不會丟失的。本文需要設(shè)計(jì)的喚醒子系統(tǒng)，就是把這些數(shù)值恢復(fù)到它們休眠前應(yīng)處的地址。
　在Bootloader中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)的具體步驟如下：
　(1)如果有喚醒源被觸發(fā)，內(nèi)部的復(fù)位信號就會動作。這和外部的 nReset引腳觸發(fā)非常相似。復(fù)位持續(xù)時(shí)間由內(nèi)部的 16 bit計(jì)數(shù)器邏輯決定，通過reset 復(fù)位決斷時(shí)間可以計(jì)算t_RST=(65535/XTAL_frequency)；
　(2)通過檢測GSTATUS2[2]，判斷是否是由SLEEP模式喚醒引起的電源開啟；
　(3)通過設(shè)置 MISCCR[19:17]=000b，釋放 SDRAM 的信號保護(hù)；
　(4)配置 SDRAM 內(nèi)存控制器；
　(5)等待，直到 SDRAM 自刷新被釋放，結(jié)束等待。大部分SDRAM需要等待所有 SDRAM 行的自刷新周期；
　(6)GSTATUS[3:4]的信息可用于保存用戶自定義數(shù)據(jù)，因?yàn)樵?GSTATUS[3:4]中的值在睡眠模式下被保留；
　(7)對 EINT[3:0]，檢查 SRCPND 寄存器；對EINT[15:4]，查看 EINTPEND 寄存器而不是SRCPND寄存器。(盡管EINTPEND寄存器的一些位被置位，SRCPND 寄存器不會被置位)。
　以上是一個通用的休眠喚醒過程，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同情況使用不同的喚醒方式。例如，以休眠模式待機(jī),在需要使用儀器時(shí)才喚醒系統(tǒng)的情況下，就需要一個諸如按鍵的外部中斷來喚醒系統(tǒng)；而對于僅做一個保存掛起動作的情況，即刻自動喚醒系統(tǒng)則更為便捷。S3C2440就提供了兩種喚醒實(shí)現(xiàn)方式：外部中斷實(shí)現(xiàn)方式和RTC中斷實(shí)現(xiàn)方式。