ARM9 S3C2410时钟和功率管理.docx

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ARM9S3C2410时钟和功率管理

第七章时钟和功率管理

概述

时钟和功率管理模块由三部分组成：

时钟控制，USB控制和功率控制。

S3C2410A的时钟控制逻辑能够产生系统所需要的时钟，包括CPU的FCLK，AHB总线接口的HCLK，和APB总线接口的PCLK。

S3C2410A有两个PLL，一个用于FCLK,HCLK,PCLK，另一个用于USB模块（48MHZ）。

时钟控制逻辑能够由软件控制不将PLL连接到各接口模块以降低处理器时钟频率，从而降低功耗。

S3C2410A有各种针对不同任务提供的最佳功率管理策略，功率管理模块能够使系统工作在如下4种模式：

正常模式，低速模式，空闲模式和掉电模式。

正常模式：

功率管理模块向CPU和所有外设提供时钟。

这种模式下，当所有外设都开启时，系统功耗将达到最大。

用户可以通过软件控制各种外设的开关。

例如，如果不需要定时器，用户可以将定时器时钟断开以降低功耗。

低速模式：

没有PLL的模式。

与正常模式不同，低速模式直接使用外部时钟（XTIpll或者EXTCLK）作为FCLK，这种模式下，功耗仅由外部时钟决定。

空闲模式：

功率管理模块仅关掉FCLK，而继续提供时钟给其他外设。

空闲模式可以减少由于CPU核心产生的功耗。

任何中断请求都可以将CPU从中断模式唤醒。

掉电模式：

功率管理模块断开部电源。

因此CPU和除唤醒逻辑单元以外的外设都不会产生功耗。

要执行掉电模式需要有两个独立的电源，其中一个给唤醒逻辑单元供电，另一个给包括CPU在的其他模块供电。

在掉电模式下，第二个电源将被关掉。

掉电模式可以由外部中断EINT[15:

0]或RTC唤醒。

功能描述

时钟结构

图7-1描述了时钟架构的方块图。

主时钟源由一个外部晶振或者外部时钟产生。

时钟发生器包括连接到一个外部晶振的振荡器和两个PLL（MPLL和UPLL）用于产生系统所需的高频时钟。

时钟源选择

表7-1描述了模式控制引脚（OM3和OM2）和选择时钟源之间的对应关系。

OM[3:

2]的状态由OM3和OM2引脚的状态在nRESET的上升沿锁存得到。

注意：

1、尽管MPLL在系统复位的时候就开始产生，但是只有有效的设置号MPLLCON寄存器后才能用于系统时钟。

在此之前，外部时钟将直接作为系统时钟。

即使不需要改变MPLLCON寄存器的初值，也必须将同样的值写入寄存器。

2、当OM[1:

0]为11时，OM[3:

2]用于决定一种测试模式。

锁相环PLL

位于时钟信号发生器的部MPLL用于将输出信号和相关输入信号在相位和频率上同步起来。

它包括如图7-2所示的一些基本模块：

根据DC电压产生相应比例关系频率的压控振荡器（VCO），除数P（对输入频率Fin进行P分频），除数M（对VCO的输出频率进行M分频，分频后输入到相位频率探测器PFD），除数S（对MPLL输出频率Mpll进行分频），相差探测器，chargepump，loopfilter。

MPLL的时钟输出Mpll和输入时钟Fin的关系如下式所示：

UPLL和MPLL是完全一样的。

下面的部分描述了MPLL的操作，包括相差探测器，chargepump，VCO，loopfilter。

相位频率探测器PFD

当PFD检测Fref和Fvco之间的相差时产生一个控制信号。

Fref如图7-2所示。

Chargepump

Chargepump通过一个外部过滤器将PFD的控制信号转换成一个比例的电压关系来驱动VCO。

LoopFilter

PFD产生的控制信号可能在每一次Fref和Fvco比较的时候产生很大的偏差，为了防止VCO过载，一个低通滤波器将过滤掉控制信号的高频成分。

滤波器就是常用的一节RC滤波器。

压控振荡器VCO

Loopfilter输出的电压驱动VCO，导致它的晶振频率根据平均电压线性地增加或降低。

当Fref和Fvco的频率和相位都匹配时，PFD停止发送控制信号给chargepump，然后VCO频率保持不变，并且PLL保持固定于系统时钟。

PLL和时钟发射器的通用条件

PLL和时钟发生器通常使用如下条件

注：

1、值是可变的。

2、FCLK必须大于X-tal或EXTCLK的3倍。

时钟控制逻辑

时钟控制逻辑决定哪个时钟源被使用，例如MPLL或者外部时钟。

当PLL被配置到一个新的频率时，时钟控制逻辑将会停止FCLK直到PLL达到一个稳定的输出。

时钟控制逻辑在上电复位和从掉电模式唤醒的情况下也是有效的。

上电复位（XTIpll）

图7-4显示了上电复位时的时钟行为。

晶振在几毫秒开始振荡。

当OSC时钟稳定后，PLL根据默认PLL设置开始生效，但是通常这个时候是不稳定的，因此在软件重新配置PLLCON寄存器之前FCLK直接使用Fin而不是MPLL，即使用户不希望改变PLLCON的默认值，用户也应该执行一边写PLLCON操作。

FCLK在软件配置好PLLCON之后锁定一段时间后连接到Mpll。

正常情况下改变MPLL设置

正常模式下，用户可以通过写PMS的值来改变FCLK的频率，此时将会自动插入一段时间延迟，在这段延迟FCLK将停止，其时序如图7-5。

图7-5

USB时钟控制

USB主机接口和USB设备接口需要48MHz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。

FCLK,HCLK和PCLK

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,PWMTIMER,MMC,ADC,UART,GPIO,RTC,SPI。

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。

设置好PMS的值后，需要设置CLKDIVN寄存器。

CLKDIVN寄存器的值将在PLL锁定时间之后生效，在复位和改变功率模式后也是有效的。

注意：

1、HCLK和PCLK不应该超过某一限制

2、如果HDIVN=1，CPU总线模式将通过一下指令从快速模式切换到异步模式：

MMU_SetAsyncBusMode

mrcp15,0,r0,c1,c0,0

orrr0,r0,#R1_nF:

OR:

R1_iA

mcrp15,0,r0,c1,c0,0

如果HDIVN=1并且CPU总线模式是快速模式，CPU将以HCLK进行运行，这一特性可以用于将CPU频率减半而不影响HCLK和PCLK。

功率管理

在S3C2410中，功率功率模块通过软件控制系统时钟来达到降低功耗的目的。

这些策略牵涉到PLL，时钟控制逻辑和唤醒信号。

图7-7显示了S3C2410的时钟分配。

S3C2410有4种功耗模式。

各种模式之间的转换并不是完全自由的，图7-8描述了各种模式之间的转换关系。

正常模式

正常模式下，所有的外设和基本的功能模块，包括功率管理模块，CPU核心，总线控制器，存储控制器，中断控制器，DMA和外部控制器都可以完全操作。

但是除了基本的模块之外，其他模块都可以通过关闭其时钟的方法来降低功耗。

空闲模式

空闲模式下，除了总线控制器、存储控制器、中断控制器、功率管理模块以外的CPU时钟都被停止。

EINT[23:

0]、RTC中断或者其他中断都可以将CPU从空闲模式下唤醒。

低速模式

低速模式通过降低FCLK和关闭PLL来实现降低功耗。

此时FCLK是外部时钟（XTIpllorEXTCLK）的n分频。

分频数由CLKSLOW寄存器的SLOW_VAL和CLKDIVN寄存器决定。

在低速模式下，PLL是关闭的。

当用户需要从低速模式切换到正常模式时，PLL需要一个时钟稳定时间（PLL锁定时间）。

PLL稳定时间是由部逻辑自动插入的，大概需要150us，在这段时间，FCLK还是使用低速模式下的时钟。

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.

如果在PLL锁定时间之后切换到正常模式，FCLK将会在低速模式一失效就改变，如图7-10.

如果低速模式失效和PLL同时打开，则需要等待PLL锁定后FCLK才会改变，锁定期间FLCK停止。

如图7-11.

掉电模式

功率管理模块断开部电源。

因此CPU和除唤醒逻辑单元以外的外设都不会产生功耗。

要执行掉电模式需要有两个独立的电源，其中一个给唤醒逻辑单元供电，另一个给包括CPU在的其他模块供电。

在掉电模式下，第二个电源将被关掉。

掉电模式可以由外部中断EINT[15:

0]或RTC中断。

进入掉电模式的过程

1、设置GPIO配置

2、在INTMSK寄存器中屏蔽所有中断。

3、配置适当的唤醒源，包括RTC报警。

为了是SRCPND和EINTPEND位置位，唤醒源相关的EINTMASK位不必被屏蔽，尽管一个唤醒源被指定而且EINTMASK相关位被屏蔽，唤醒还是会发生，SRCPND和EINTPEND位也不会置位。

4、设置USB为中止模式。

（MISCCR[13:

12]=11b）

5、将一些有用的值存入GSTATUS3,4，这些寄存器在掉电模式下是被保持的。

6、通过MISCCR[1:

0]将数据总线D[31:

0]的上拉电阻配置成开。

如果有外部总线保持器，如74LVCH162245，关掉上拉电阻，否则打开上拉电阻。

7、通过清除LCDCON1.ENVID位停止LCD。

8、读取rREFRESH和rCLKCON寄存器，并填入TLB。

9、通过设置REFRESH[22]=1b使SDRAM进入自动刷新模式。

10、等待SDRAM自动刷新生效。

11、通过设置MISCCR[19:

17]=111B使SDRAM信号在掉电模式期间被保护起来（SCLK0,SCLK1,SCKE）。

12、置位CLKCON寄存器的掉电模式位。

从掉电模式唤醒的过程

1、某个唤醒源生效将产生一个部复位信号。

复位时间由一个部16位计数器决定，此计数器的时钟是tRST=（65535/XTAL_frequency）。

2、查询GSTATUS[2]位看从掉电模式唤醒是否产生了一个POWER-UP。

3、通过将MISCCR[19:

17]设置为000b，释放SDRAM信号保护。

4、配置SDRAM控制器。

5、等待SDRAM自我刷新完毕。

大部分SDRAM需要refreshcycleofallSDRAMrow。

6、GSTATUS3，4的信息可以被用户使用，因为GSTATUS3，4的值已经在掉电模式下被保存了。

7、对于EINT[3:

0],检查SRCPND寄存器；对于EINT[15:

4],检查EINTPND寄存器；对于RTC报警唤醒，检查RTC时间，因为在唤醒时SRCPND寄存器的RTC位不被置位；如果在掉电模式期间有nBATT-FLTassertion，SRCPND寄存器的相关位被置位。

掉电模式的引脚状态

VDDi和VDDiarm功率控制

掉电模式下，只有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_MPLLandVDDi_UPLL外的所有电源必须继续供电。

唤醒信号EINT[15:

0]

只有如下条件下S3C2410才会被才掉电模式唤醒：

a）电平信号或者边沿信号出现在EINTn输入引脚且被确认。

b）EINTn输入引脚被配置成外部中断。

c）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。

进入空闲模式