嵌入式时钟与电源管理PPT讲稿.ppt

嵌入式时钟与电源管理第1页，共34页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述时钟发生器时钟发生器电源管理电源管理时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器第2页，共34页，编辑于2022年，星期六1.1.时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述u模块组成模块组成时钟与电源管理模块第3页，共34页，编辑于2022年，星期六1.1.时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述u特点描述特点描述 两个锁相环（两个锁相环（PLLPLL）主锁相环主锁相环（MPLLMPLL）USBUSB锁相环锁相环（UPLLUPLL）UCLK（48M）用于用于USBUSB电源为电源为2.0V2.0V时，最高时，最高频率频率266MHz266MHz；电源为电源为1.8V1.8V时，最高频时，最高频率为率为200MHz200MHz。第4页，共34页，编辑于2022年，星期六1.1.时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述u具有具有4 4种电源管理模式：种电源管理模式：NORMAL模式SLOW模式IDLE模式Power_OFF模式锁相环工作锁相环工作为为CPUCPU和所有片内外设提供时钟和所有片内外设提供时钟此模式系统功耗最大此模式系统功耗最大锁相环不工作锁相环不工作CPUCPU等直接使用原始时钟、或原始时钟的分等直接使用原始时钟、或原始时钟的分频工作频工作,此模式工作时钟频率低而使功耗低，并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且锁相环不工作也使功耗降低停止为停止为CPUCPU提供时钟，提供时钟，CPUCPU不工作（其外设均工作）不工作（其外设均工作）退出方法：退出方法：任何中断请求可唤醒任何中断请求可唤醒CPUCPU工作，退出空闲模式工作，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退出方法：用中断唤醒必须设置外中断第5页，共34页，编辑于2022年，星期六1.1.时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述u功耗管理功耗管理 静态功耗（静态功耗（忽略忽略）基于基于CMOSCMOS电路芯片的功耗电路芯片的功耗 动态功耗动态功耗 （门电路电容充放电门电路电容充放电）动态频率调节：动态频率调节：由由频率调度程序频率调度程序负责在运行过程中针对不同的运算负责在运行过程中针对不同的运算要求，要求，动态调度系统时钟的频率动态调度系统时钟的频率，以达到降低功耗的目的。，以达到降低功耗的目的。例如：例如：S3C2410AS3C2410A中的中的MPLLMPLL，在外接时钟源频率已经固定的情况下，通过，在外接时钟源频率已经固定的情况下，通过软件软件设置特殊功设置特殊功能寄存器能寄存器MPLLCONMPLLCON，改变输出的时钟频率。，改变输出的时钟频率。用于用于USBUSB的的UPLLUPLL，通常使用，通常使用48MHz48MHz，不改变。，不改变。与电源电压的平方与电源电压的平方成正比成正比时钟信号的频率成时钟信号的频率成正比正比第6页，共34页，编辑于2022年，星期六1.1.时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述u功耗管理（续）功耗管理（续）S3C2410AS3C2410A节能功耗管理节能功耗管理l对于某些应用场合，对于某些应用场合，事先事先确定工作频率，在初始化时设定锁相环对应参数，启确定工作频率，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动后就工作在较低的频率lNORMALNORMAL模式，通过模式，通过设置设置CLKCONCLKCON的值，把不使用的外设或控制器的时钟信号的值，把不使用的外设或控制器的时钟信号切断，以节省功耗切断，以节省功耗lIDLEIDLE模式下，模式下，停止停止到到ARM920TARM920T的时钟的时钟l在在Power_OFFPower_OFF模式下，模式下，切断切断除唤醒逻辑外的全部片内外设电源除唤醒逻辑外的全部片内外设电源S3C2410AS3C2410A中，中，FCLKFCLK是主时钟，可以由是主时钟，可以由软件调节时钟分频比软件调节时钟分频比，产生不同频率的产生不同频率的HCLKHCLK和和PCLKPCLK，以适应不同的方案，减少功，以适应不同的方案，减少功耗。耗。第7页，共34页，编辑于2022年，星期六1.1.时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述u时钟与电源管理用到的时钟与电源管理用到的S3C2410AS3C2410A引脚信号引脚信号如书如书P194P194页表页表6-16-1注意注意:nRSTOUTnRSTOUT，PWRENPWREN，OM3:2,C LKOUT1:0OM3:2,C LKOUT1:0第8页，共34页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述时钟发生器时钟发生器电源管理电源管理时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器第9页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器u时钟与电源管理结构框图电源管理模块电源管理模块MPLLCLKMPLLCLK晶振晶振,外部时钟外部时钟振荡放大器振荡放大器UCLKUCLKFCLKFCLKPCLKPCLKFCLKFCLK时钟源、时钟源、MPLLMPLL、UPLLUPLL、时、时钟控制器、钟控制器、电源控制电源控制器等器等第10页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器u时钟源的选择S3C2410S3C2410的时钟可以选用晶振的时钟可以选用晶振(XTAL)(XTAL)，也可以使用外部时钟，也可以使用外部时钟（EXTCLKEXTCLK），由系统复位时，在复位信号上升沿对引脚），由系统复位时，在复位信号上升沿对引脚OM3OM3、OM2OM2所测的状态来确定。其对应关系如下表所示所测的状态来确定。其对应关系如下表所示。OM3:2OM3:2值值主时钟源主时钟源 USBUSB时钟源时钟源0000晶振（晶振（XTIpll,XTOpllXTIpll,XTOpll）晶振晶振（XTIpll,XTOpllXTIpll,XTOpll）0101晶振（晶振（XTIpll,XTOpllXTIpll,XTOpll）EXTCLKEXTCLK1010EXTCLKEXTCLK晶振晶振（XTIpll,XTOpllXTIpll,XTOpll）1111EXTCLKEXTCLKEXTCLKEXTCLK第11页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器uS3C2410AS3C2410A片外时钟源的连接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。第12页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器u锁相环（两个锁相环MPLL和UPLL）通过通过MPLLCONMPLLCON，UPLLCONUPLLCON寄存器中设置寄存器中设置PDIVPDIV（预分频控制器），（预分频控制器），MDIVMDIV （主（主分频控制器），分频控制器），SDIVSDIV（后分频控制器）改变（后分频控制器）改变MPLLMPLL和和UPLLUPLL输出信号的输出信号的MpllMpll和和UpllUpll的频率。的频率。在程序中可以在程序中可以随时修改随时修改寄存器的值，用于实现动态调整时钟频率的目的。寄存器的值，用于实现动态调整时钟频率的目的。第13页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器u锁相环输出频率（锁相环输出频率（Mpll 和Upll计算方法相同）Mpll=（mFin）/（p2S）m=MDIV8，p=PDIV2，s=SDIV。例例6.16.1三星公司给出的一组推荐值如表三星公司给出的一组推荐值如表6-36-3在实际设置在实际设置MPLLMPLL时，应满足如下关系：时，应满足如下关系：FCLKFCLK频率频率=3=3倍晶振频率或倍晶振频率或3 3倍倍EXTCLKEXTCLK第14页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器u时钟控制逻辑时钟控制逻辑时钟控制逻辑的功能：确定被使用的时钟源。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：当自动插入锁定时间：当MPLLMPLL被被设置成一个新的频率值设置成一个新的频率值时，时钟控制时，时钟控制逻辑依据锁定时间计数寄存器逻辑依据锁定时间计数寄存器LOCKTIMELOCKTIME中设定的锁定时间参数，中设定的锁定时间参数，自自动插入锁定时间动插入锁定时间。l加电加电ResetReset后，由于刚加电后后，由于刚加电后MPLLMPLL和和UPLLUPLL都不稳定，在写新值到寄存都不稳定，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。的值到寄存器。l在在NORMALNORMAL模式下，依据模式下，依据M_LTIMEM_LTIME锁定时间参数，自动插入锁定时间。锁定时间参数，自动插入锁定时间。第15页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器u时钟控制逻辑（续）时钟控制逻辑（续）USBUSB主接口和设备接口需要主接口和设备接口需要48M48M的时钟。在的时钟。在S3C2410S3C2410中，是通过中，是通过UPLLUPLL来来产生这一时钟的，产生这一时钟的，UCLKUCLK只有在只有在UPLLUPLL配置好后才会生效。配置好后才会生效。第16页，共34页，编辑于2022年，星期六2.2.时钟发生器时钟发生器u时钟控制逻辑（续）时钟控制逻辑（续）S3C2410S3C2410支持三者之间的比率可选，这个比率是由支持三者之间的比率可选，这个比率是由CLKDIVNCLKDIVN寄存寄存器的器的HDIVNHDIVN和和PDIVNPDIVN决定的。决定的。在在NORMALNORMAL模式下，模式下，FCLK=MpllFCLK=Mpll；在在SLOWSLOW模式下，模式下，FCLK=FCLK=（晶振或（晶振或EXTCLKEXTCLK）/分频因子。分频因子。FCLKFCLK用于用于ARM920T.ARM920T.HCLKHCLK用于用于AHBAHB总线。包括总线。包括ARM920TARM920T，存储控制器，中断控制器，存储控制器，中断控制器，LCDLCD控制器，控制器，DMADMA和和USBUSB主机。主机。PCLKPCLK用于用于APBAPB总线。包括外设如总线。包括外设如WDT,IIS,I2C,PWM,PWM WDT,IIS,I2C,PWM,PWM TIMER,MMC,ADC,UART,GPIO,RTC,SPITIMER,MMC,ADC,UART,GPIO,RTC,SPI。第17页，共34页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述时钟发生器时钟发生器电源管理电源管理时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器第18页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u电源管理模式的转换电源管理模式的转换S3C2410S3C2410有有4 4种电源管理模式，不允许自由转换。合法转换如下种电源管理模式，不允许自由转换。合法转换如下图。图。Power_OFFPower_OFFSLOWSLOW（SLOW_BIT=1 SLOW_BIT=1）IDLEIDLENORMALNORMAL（SLOW_BIT=0SLOW_BIT=0）复位复位EINT15:0EINT15:0、RTC alarmRTC alarmEINT23:0EINT23:0、RTC alarmRTC alarmIDLE_BIT=1IDLE_BIT=1SLOW_BIT=1SLOW_BIT=1SLOW_BIT=0SLOW_BIT=0POWER_OFF BIT=1POWER_OFF BIT=1第19页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式NORMALNORMAL模式模式IDLEIDLE模式模式全部片内外设，都可以全部片内外设，都可以操操作，这是功耗最大。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。允许用户通过软件控制片内外设时钟，以减少功耗。时钟控制寄存器时钟控制寄存器CLKCON2=1CLKCON2=1。到到ARM920TARM920T的时钟的时钟FCLKFCLK被停止。被停止。当当EINT23:0EINT23:0或者或者RTCRTC报警中断或其他中断激活时，报警中断或其他中断激活时，退出退出IDLEIDLE。第20页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式SLOWSLOW模式模式非锁相环模式。非锁相环模式。CPUCPU等直接使用原始时钟、或原始时钟的分频工作。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。低。用户可以在用户可以在PLLPLL开的情况下通过改变开的情况下通过改变CLKSLOWCLKSLOW寄存器的寄存器的SLOW_BITSLOW_BIT位使能低速模式来改变频率。位使能低速模式来改变频率。在低速模式下，在低速模式下，FCLKFCLK为外部时钟的分频。如图为外部时钟的分频。如图7-9.7-9.第21页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式SLOWSLOW模式（续）模式（续）NORMALNORMAL模式模式-SLOW-SLOW模式模式:SLOW_BIT=1:SLOW_BIT=1并不切断并不切断MPLLMPLL第22页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式SLOWSLOW模式（续）模式（续）SLOWSLOW模式模式-NORMAL-NORMAL模式模式:需要等需要等待待PLLPLL锁定后锁定后FCLKFCLK才会改变，锁定才会改变，锁定期期间间FLCKFLCK停止。停止。第23页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式Power_OFFPower_OFF模式模式部分引脚状态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。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。系统需分成两部分供电。此模式功耗最低。用中断唤醒。（用中断唤醒。（1 1）外部中断）外部中断EINT0-15EINT0-15；（；（2 2）实时钟报警中断。）实时钟报警中断。（必须设置有外中断）（必须设置有外中断）第24页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式Power_OFFPower_OFF模式（续）模式（续）-对电源的控制对电源的控制VDDiVDDi和和VDDiarmVDDiarm功率控制功率控制VDDi和VDDiarm被关闭，这由PWRENPWREN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：除注：除VDDi,VDDiarm,VDDi_MPLL and VDDi_UPLLVDDi,VDDiarm,VDDi_MPLL and VDDi_UPLL外的所有外的所有电源必须继续供电电源必须继续供电。第25页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式Power_OFFPower_OFF模式（续）模式（续）-用于唤醒的用于唤醒的EINT15:0EINT15:0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。第26页，共34页，编辑于2022年，星期六3.3.电源管理电源管理u4 4种电源管理模式种电源管理模式Power_OFFPower_OFF模式（续）模式（续）-电电池失池失效信号效信号Power_OFFPower_OFF模式（续）模式（续）-ADC Power Down-ADC Power DownnBATT_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。第27页，共34页，编辑于2022年，星期六主要内容主要内容时钟与电源管理概述时钟与电源管理概述时钟发生器时钟发生器电源管理电源管理时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器第28页，共34页，编辑于2022年，星期六4.4.时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器u6 6个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器寄存器寄存器R/WR/W描描 述述 初值初值偏址偏址 LOCKTIMELOCKTIMER/WR/WPLLPLL锁定时间寄存器锁定时间寄存器0 x00FFFFFF0 x00FFFFFF0 x000 x00MPLLCONMPLLCONR/WR/WMPLLMPLL配置寄存器配置寄存器0 x0005C0800 x0005C0800 x040 x04UPLLCONUPLLCONR/WR/WUPLLUPLL配置寄存器配置寄存器0 x000280800 x000280800 x080 x08CLKCONCLKCONR/WR/W时钟控制寄存器时钟控制寄存器0 x0007FFF00 x0007FFF00 x0C0 x0CCLKSLOWCLKSLOWR/WR/W慢慢时钟控制寄存器时钟控制寄存器0 x000000040 x000000040 x100 x10CLKDIVNCLKDIVNR/WR/W时钟比控制寄存器时钟比控制寄存器0 x000000000 x000000000 x140 x14第29页，共34页，编辑于2022年，星期六4.4.时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器u锁定时间计数寄存器锁定时间计数寄存器uMPLLMPLL及及UPLLUPLL控制寄存器控制寄存器注：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。第30页，共34页，编辑于2022年，星期六4.4.时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器u时钟控制寄存器时钟控制寄存器第31页，共34页，编辑于2022年，星期六4.4.时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器uSLOWSLOW时钟控制寄存器时钟控制寄存器第32页，共34页，编辑于2022年，星期六4.4.时钟与电源管理特殊功能寄存器时钟与电源管理特殊功能寄存器u时钟分频控制寄存器时钟分频控制寄存器第33页，共34页，编辑于2022年，星期六总结总结时钟与电源管理的功耗管理时钟与电源管理的功耗管理如何选择时钟源，锁相环如何选择时钟源，锁相环4 4种电源管理模式的特点种电源管理模式的特点及及转换转换6 6个特殊功能寄存器的设置个特殊功能寄存器的设置第34页，共34页，编辑于2022年，星期六