基于S3C2440和Windows CE5.0的嵌入式設備休眠喚醒技術(shù)研究

嵌入式系統應用中降低設備功耗以提高續航能力是其設計的熱點(diǎn)[1]。在休眠狀態(tài)，系統處于最低電流消耗狀態(tài)，同時(shí)仍維持存儲區中的內容，為了減少能量消耗和延長(cháng)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(gè)廣泛應用于嵌入式設備上的操作系統，提供了完善的電源管理功能。其中，休眠喚醒便是一個(gè)重要的功能。本文在結合S3C2440硬件基礎上分析休眠喚醒過(guò)程，分別采用外部中斷喚醒和RTC中斷喚醒兩種方法實(shí)現了休眠喚醒，并給出了具體實(shí)現代碼。根據相應喚醒需求，將這兩種方法應用于北京化工大學(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，結果表明能準確達到實(shí)際的設置要求，效果良好。
1 休眠喚醒過(guò)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 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)閉內部電源，因此，CPU 和內部邏輯模塊都沒(méi)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(gè)獨立的電源，其中一個(gè)為喚醒模塊供電，另一個(gè)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和內部邏輯單元供電的第二個(gè)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(guò)外部中斷EINT[15:0]或定時(shí)器的RTC(real time control)中斷將系統從睡眠狀態(tài)中喚醒[3]，如圖1所示。

在睡眠模式下，VDDi、VDDiam、VDDMPLL以及VDDUPLL會(huì )被關(guān)閉,其由PWREN引腳來(lái)控制，如PWREN信號被置位，VDDi和VDDiam則由一個(gè)外部變壓器供電。當PWREN=0時(shí)，VDDi和VDDiam被關(guān)閉。
　有多種方法可以使系統進(jìn)入休眠，例如在Windows CE的桌面上，點(diǎn)左下角的開(kāi)始圖標，然后選擇 “掛起”；或者，在應用程序或驅動(dòng)中調用SetSystemPowerState（）函數，都可以讓系統進(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(guò)OEM層OEMPowerOff()函數依次調用BSPPowerOff（）函數，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；調用 ConfigStopGPIO（）函數，設置各IO休眠后的狀態(tài)；如果支持KITL，調用OALKitlPowerOff（）函數關(guān)閉KITL功能；調用OALCPUPoweroff（）函數，使得CPU進(jìn)入休眠模式。OALCPUPoweroff（）函數保存當前系統的狀態(tài)，把CPU上一些寄存器里的數據保存到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CPU處于Sleep狀態(tài)時(shí)，RAM不會(huì )斷電，這樣RAM中的數據就不會(huì )丟失，當CPU被喚醒后使用RAM里的數據恢復系統。
　當相應的中斷源觸發(fā)時(shí)，CPU就會(huì )被喚醒，電流消耗變大了，需要說(shuō)明的是，此處僅喚醒CPU，之后才喚醒WINCE系統。當系統由SLEEP到NORMAL切換期間需經(jīng)過(guò)一個(gè)RESET過(guò)程,這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為 Power On Reset 。在S3C2440 CPU中,寄存器GSTATUS2專(zhuān)門(mén)用以判斷發(fā)生Reset原因。Power On Reset后，在之前SLEEP過(guò)程中保存下來(lái)的RAM中的系統數據是不會(huì )丟失的。本文需要設計的喚醒子系統，就是把這些數值恢復到它們休眠前應處的地址。
　在Bootloader中實(shí)現數據恢復的具體步驟如下：
　(1)如果有喚醒源被觸發(fā)，內部的復位信號就會(huì )動(dòng)作。這和外部的 nReset引腳觸發(fā)非常相似。復位持續時(shí)間由內部的 16 bit計數器邏輯決定，通過(guò)reset 復位決斷時(shí)間可以計算t_RST=(65535/XTAL_frequency)；
　(2)通過(guò)檢測GSTATUS2[2]，判斷是否是由SLEEP模式喚醒引起的電源開(kāi)啟；
　(3)通過(guò)設置 MISCCR[19:17]=000b，釋放 SDRAM 的信號保護；
　(4)配置 SDRAM 內存控制器；
　(5)等待，直到 SDRAM 自刷新被釋放，結束等待。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(hù)自定義數據，因為在 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(huì )被置位)。
　以上是一個(gè)通用的休眠喚醒過(guò)程，在實(shí)際應用中，可根據不同情況使用不同的喚醒方式。例如，以休眠模式待機,在需要使用儀器時(shí)才喚醒系統的情況下，就需要一個(gè)諸如按鍵的外部中斷來(lái)喚醒系統；而對于僅做一個(gè)保存掛起動(dòng)作的情況，即刻自動(dòng)喚醒系統則更為便捷。S3C2440就提供了兩種喚醒實(shí)現方式：外部中斷實(shí)現方式和RTC中斷實(shí)現方式。