ch4时钟及电源管理讲述课件

嵌入式系统原理与应用技术嵌入式系统原理与应用技术 袁志勇袁志勇 王景存王景存章登义章登义 刘树波刘树波 北京北京:北京航空航天大学出版社北京航空航天大学出版社,2009.11PPT教学课件教学课件5/4/2024第第4 4章章 时钟及电源管理时钟及电源管理4.1 S3C2410时钟结构 4.2 S3C2410电源管理模式 4.3 相关特殊功能寄存器4.4 常用单元电路设计 5/4/20242 S3C2410时钟与电源管理模块包括：p时钟控制pUSB控制p电源控制5/4/20243n时钟控制逻辑可以产生系统所需要的时钟信号，包括提供给CPU的FCLK，提供给AHB总线设备的HCLK和提供给APB总线设备的PCLK。nS3C2410有 2个 锁 相 环(PLLs)：一 个 提 供FCLK、HCLK和PCLK，另一个提供USB时钟(48MHz)。n时钟控制逻辑可以产生不带锁相环的低速时钟，并可由软件控制是否提供给某个设备模块，这样有利于降低功耗。5/4/202444.1 S3C24104.1 S3C2410时钟结构时钟结构n主时钟来源于外部晶振(XTlpll)或外部时钟(EXTCLK)。n时钟发生器包含一个连接外部晶振的振荡器，两个产生高频时钟的锁相环(PLLs)。n两个时钟源依据模式控制引脚(OM3和OM2)的不同组合来选择。OM3:2MPLL 状态UPLL状态主时钟源USB时钟源00OnOn晶振晶振01OnOn晶振外部时钟10OnOn外部时钟晶振11OnOn外部时钟外部时钟5/4/20245ARM 时钟体系结构5/4/202464.2 S3C2410电源管理模式nS3C2410有4种电源管理模式:p空闲模式p正常模式p低速模式 p休眠模式 5/4/20247时钟分配图 时钟分配 5/4/20248电源管理模式转换图 电源管理模式转换 5/4/20249各种模式下时钟和电源状态 模式ARM920TAHB模块(1)/WDT电源管理模块GPIO32.768KHzRTC时钟APB模块(2)和USB主控/LCD/NAND正常工作工作工作可选工作可选低速工作工作工作可选工作可选空闲停止工作工作可选工作可选休眠断电断电等待唤醒事件前一个状态工作断电各种模式下时钟和电源状态 5/4/202410正常模式 在正常模式下，所有外围设备和基本模块包括电源管理模块、CPU核、总线控制器、存储控制器、中断控制器、DMA 和外部控制单元都在运行。但每一个外围设备的时钟,不包含基本模块，都可以通过软件控制运行或停止，以便降低功耗。5/4/202411空闲模式 在空闲模式下，停止供给CPU核时钟，但总线控制器、存储控制器、中断控制器和电源管理模块仍然供给时钟。要退出空闲模式，需要激活EINT23:0，或者RTC中断，或其它中断。5/4/202412低速模式 即无PLL模式，在低速模式下，通过低速时钟频率来达到降低功耗。此时PLL不参与时钟电路，FCLK是外部输入时钟(XTlPll或EXTCLK)的一个n分频，分频比率是由两个控制寄存器CLKSLOW和CLKDIVN的SLOW_VAL值来决定的。5/4/202413休眠模式 休眠模式下，模块断开内部电源连接，除了唤醒逻辑。休眠模式有效的前提是系统需要两套独立的电源，其中一套给唤醒逻辑供电，另一套则给其他设备包括CPU供电,并且电源上电可控制。在休眠模式，给CPU和内部逻辑供电的第二套电源被关闭。可以由EINT15:0或通过预设系统启动时间的中断将系统从休眠模式下唤醒。5/4/202414休眠模式 进入休眠模式的过程如下：p设置GPIO配置寄存器，使GPIO工作在休眠模式下。p屏蔽INTMSK寄存器中所有中断。p设置唤醒源，包括RTC中断。p设置USB为挂起模式(MISCCR 13:12=11b)。p存重要的值到GSTATUS4:3寄存器中，在休眠模式下这些寄存器的值维持不变。p设置MISCCR1:0，为数据总线D31:0设置上拉电阻。如果已经存在外部总线缓冲器，如74LVCH162245，则关闭上拉电阻，否则打开上拉电阻。p将LCDCON1.ENVID位清0，停止LCD。p读rREFRESH和rCLKCON来填充TLB。p通过设置REFRESH22为1b，使SDRAM进入自动刷新模式。p等待直到SDRAM自动刷新模式生效。p设置MISCCR19:17为111b，使SDRAM信号(SCLK0，SCLK1和SCKE)在休眠模式下受到保护。p设置CLKCON寄存器中的休眠模式位，使系统进入休眠状态。5/4/202415休眠模式 从休眠模式下的唤醒过程如下：p如果唤醒源中的一个产生唤醒信号,将引发内部复位信号。p检查GSTATUS22来判断是否是因为休眠唤醒而产生的系统上电。p通过设置MISCCR19:17为000b来释放对SDRAM信号的保护。p配置SDRAM存储控制器。p等待SDRAM自动刷新的结束。pGSTATUS3:4中保存着休眠前的值，这个值是用户自定义的，唤醒后用户仍然可以使用这个值。设置GPIO配置寄存器，使GPIO工作在休眠模式下。5/4/202416电源VDDi和VDDiarm的控制 休眠模式下，VDDi、VDDiarm、VDDiMPLL和VDDiUPLL将被关闭，由PWEREN引脚控制。如果PWREN信号有效(高),VDDi和VDDiarm由外部电源供电。如果PWREN信号无效(低),VDDi和VDDiarm将被关闭。虽然VDDi、VDDiarm、VDDiMPLL和VDDiUPLL可能被关闭，但其他的电源引脚仍需要供电。5/4/2024174.3 相关特殊功能寄存器S3C2410中与电源管理相关的寄存器有六个，分别为：pLOCKTIMEpMPLLCONpUPLLCONpCLKCONpCLKSLOWpCLKDIVN5/4/202418PLL锁定时间计数器(LOCKTIME)寄存器地址读/写描述复位值LOCKTIME0 x4C000000R/WPLL锁定时间计数器0 x00FFFFFFLOCKTIME计数器描述 LOCKTIME计数器相应位描述 LOCKTIME位描述复位值U_LTIME23:12UCLK的UPLL锁定时间计数值(U_LTIME150us)0 xFFFM_LTIME11:0FCLK，HCLK和PCLK的MPLL锁定时间计数值(M_LTIME 150us)0 xFFF5/4/202419PLL控制寄存器(MPLLCON 和UPLLCON)寄存器地址读/写描述复位值MPLLCON0 x4C000004R/WMPLL设置寄存器0 x0005C080UPLLCON0 x4C000008R/WUPLL设置寄存器0 x00028080 MPLLCON和UPLLCON寄存器描述 MPLLCON寄存器相应位描述 PLLCON位描述复位值MDIV19:12主分频器控制0 x5C/0 x28PDIV9:4预除器控制0 x08/0 x08SDIV1:0后分频器控制0 x0/0 x05/4/202420PLL控制寄存器(MPLLCON 和UPLLCON)PLL控制寄存器有两个，MPLLCON和UPLLCON，MPLLCON是MPLL设置寄存器，UPLLCON是UPLL设置寄存器。MPLL的值可以通以下计算得到，UPLL固定为48.00MHz。其中，其中：5/4/202421时钟控制寄存器(CLKCON)寄存器地址读/写描述复位值CLKCON0 x4C00000CR/W时钟产生控制寄存器0 x7FFF0 CLKCON寄存器描述 5/4/202422时钟控制寄存器(CLKCON)CLKCON寄存器相应位描述 CLKCON位描述复位值SPI18控制SPI模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1IIS17控制IIS模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1IIC16控制IIC模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1ADC(和触摸屏)15控制ADC模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1RTC14控制RTC模块的PCLK，即使该位为0，RTC定时器仍旧工作。0为禁止，1为使能。1GPIO13控制GPIO模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1UART212控制UART2模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1UART111控制UART1模块的PCLK,0为禁止，1为使能。1UART010控制UART0模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1SDI9控制SDI模块的PCLK，0为禁止，1为使能。15/4/202423时钟控制寄存器(CLKCON)CLKCON寄存器相应位描述 CLKCON位描述复位值PWMTIMER8控制PWMTIMER模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1USB设备7控制USB设备模块的PCLK，0为禁止，1为使能。1USB主控制器6控制USB主控制模块的HCLK，0为禁止，1为使能。1LCDC5控制LCDC模块的HCLK，0为禁止，1为使能。1NAND FLash控制器4控制NAND Flash控制器模块的HCLK，0为禁止，1为使能。1POWER_OFF3控制S3C2410的休眠模式，0为禁止，1为进入休眠模式。0IDLE_BIT2进入空闲模式，该位不会自动清除，0为禁止，1进入空闲模式。0保留1保留。0SM_BIT0特殊模式，0为推荐值。该位仅在特殊情况下用来进入特殊模式，OM3=1和通过nRESET复位。05/4/202424低速时钟控制寄存器(CLKSLOW)寄存器地址读/写描述复位值CLKSLOW0 x4C000010读/写低速时钟控制寄存器0 x00000004 CLKSLOW寄存器描述 5/4/202425低速时钟控制寄存器(CLKSLOW)CLKSLOW寄存器相应位描述 CLKSLOW位描述复位值UCLK_ON70：UCLK打开(UPLL也被打开)。1：UCLK关闭(UPLL也将关闭)。0保留6保留-MPLL_OFF50：PLL打开，PLL稳定后，SLOW_BIT才能清0。1：PLL关闭，PLL只有在SLOW_BIT为1时才能关闭。0SLOW_BIT40：FCLK=Mpll(MPLL输出值)。1：低速模式 FCLK=输入时钟/(2*SLOW_VAL)(SLOW_VAL0)。FCLK=输入时钟(SLOW_VAL=0)。输入时钟为XTlpll或EXTCLK。0保留3 -SLOW_VAL2:0当SLOW_BIT为1时，低速时钟的分频值。0 x45/4/202426时钟分频控制寄存器(CLKDIVN)寄存器地址读/写描述复位值 0 x4C000014R/W时钟分频控制寄存器0 x00000000 CLKDIVN寄存器描述 CLKDIVN寄存器相应位描述 CLKDIVN位描述复位值保留2保留0HDIVN10:HCLK为FCLK.1:HCLK为FCLK/2.0PDIVN00:PCLK为HCLK.1:PCLK为HCLK/2.05/4/2024274.4常用单元电路设计常用单元电路设计电源电路设计电源电路设计 S3C2410X电源引脚分析：p VDDalive引脚给处理器复位模块和端口状态寄存器提供1.8V电压，无论是在正常模式还是在休眠模式，VDDalive都应该供电；p VDDi和VDDiarm为处理器内核提供1.8V电压；p VDDi_MPLL为MPLL提供1.8V模拟电源和数字电源；p VDDi_UPLL为UPLL提供1.8V模拟电源和数字电源；p VDDOP和VDDMOP分别为处理器端口和存储端口提供3.3V电压；p VDDA_ADC为处理器内的ADC系统提供3.3V电压；p VDDRTC为时钟电路提供1.8V电压，该电压在系统掉电后仍需要维持。5/4/2024284.4常用单元电路设计常用单元电路设计电源电路设计电源电路设计 5/4/2024294.4常用单元电路设计常用单元电路设计晶振电路设计晶振电路设计 S3C2410X微处理器的主时钟可以由外部时钟源提供，也可以由外部振荡器提供。具体采用哪种方式通过引脚OM3:2来进行选择，见下表。OM3:2MPLL 状态UPLL状态主时钟源USB时钟源00OnOn晶振晶振01OnOn晶振外部时钟10OnOn外部时钟晶振11OnOn外部时钟外部时钟5/4/2024304.4常用单元电路设计常用单元电路设计晶振电路设计晶振电路设计 5/4/2024314.4常用单元电路设计常用单元电路设计晶振电路设计晶振电路设计 以OM3:2均接地的方式为例，即采用外部振荡器提供系统时钟。外部振荡器由10-20MHz晶振和2个15-20PF的电容组成。振荡电路输出接到S32410X微处理器的XTIP11脚，输入由XTOP11提供。如果是15MHz的晶振，经过S3C2410X片内的PLL电路倍频后，最高可达203MHz。由于片内的PLL电路兼有倍频和时钟信号整形的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，从而降低外部振荡电路因高速开关所造成的高频噪声。产生RTC时钟的振荡电路与系统时钟振荡电路采用相同的方式。如下图。5/4/2024324.4常用单元电路设计常用单元电路设计复位电路设计复位电路设计 在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的RC电路构成，也可以使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路。5/4/2024334.4常用单元电路设计常用单元电路设计复位电路设计复位电路设计 简单的RC复位电路是复位电路中的典型例子，其电路简单，复位逻辑可靠。如下图。5/4/2024344.4常用单元电路设计常用单元电路设计复位电路设计复位电路设计 该复位电路的工作原理为：在系统上电时，通过电阻R1向电容C1充电，当C1两端的电压未达到高电平的门限电压时，RESET端输出为高电平，系统处于复位状态；当C1两端的电压达到高电平的门限电压时，RESET端输出为低电平，系统进入正常工作状态。当用户按下按钮RESET时，C1两端的电荷被放掉，RESET端输出为高电平，系统进入复位状态，再重复以上的充电过程，系统进入正常工作状态。两级非门电路用于按钮去抖动和波形整形；nRESET端的输出状态与RESET端相反，用于低电平复位的器件；通过调整R1和C1的参数，可调整复位状态的维持时间。5/4/202435