电源工作状态

出处：chunyang 发布于：2008-12-30 10:33:54

　　1．系统工作状态

　　几乎所有的ARM处理器设计都有空闲模式。在空闲模式状态下，处理器的时钟停止，以减少处理器在空闲状态下的功耗。当嵌入式操作系统发现处理器当前没有可执行的任务时，便将处理器置于空闲状态。当系统发生中断时，处理器从空闲状态被唤醒。大多数系统都有操作系统计时器中断，因此，处理器在一秒钟之内可能几千次地进出空闲状态。

　　值得注意的是，处理器空闲模式仅影响处理器本身，对系统的其他硬件不产生任何影响。系统的各状态切换如图1所示。

　　图1 系统的状态切换

　　图1显示了基本的电源管理和工作状态，分别如下所示。

　　a．系统挂起模式

　　在系统挂起模式（也称睡眠模式）下，只有以下部件继续工作：SDRAM、处理器功耗管理电路、唤醒电路。

　　因为SDRAM里面的内容受到保护，系统的运行状态可以存入SDRAM里保存。以下是进入

　　睡眠模式的典型步骤。

　　（1）用户指定、超时、低电量状态等因素启动了挂起模式。

　　（2）操作系统调用驱动程序把外设调整到节电状态。

　　（3）处理器未保存的寄存器存入SDRAM。

　　（4）SDRAM进入自刷新模式。

　　（5）处理器进入挂起模式。在该模式下，处理器的时钟停止，系统中各供电模块关闭。

　　重新恢复的次序与挂起次序相反，由处理器的唤醒信号或处理器内部唤醒信号源（如实时计时警报）启动。系统执行挂起模式是个庞大的任务，必须了解如何将系统中所有的外设切换到节电状态。

　　b．系统关闭状态

　　对ARM系统来说，挂起状态虽然己大大减小了功耗，但系统在挂起状态下也消耗能量，因而需要一种关闭模式，像系统没有电源一样。这种模式在电池耗尽时可以有效地保护电池不被损坏；同时可使系统在安装有电池的情况下进行传输和储存。

　　c．软启动

　　大多数系统需要一种软启动功能，软启动时，处理器被复位，但是SDRAM里面的内容仍旧保持。目前，大部分便携式系统都选择在SDRAM中存储用户文件，这是一项非常有用的功能。

　　2．外设耗电者虑

　　有许多外设硬件需要对功耗管理做特殊考虑。

　　a．显示及背光

　　在ARM系统中，显示设备的耗电多。目前，有许多类型的显示设备，但大多数现代产品都选用反射式薄膜晶体管（TFT）显示加背光灯来作为显示设备。虽然在光线充足的情况下可以看清屏幕上的内容，但是考虑到阅读的舒适度，还是需要把背光灯打开。

　　LED背光灯耗电较少，但是有许多其他缺点。若在短时间内没有任何输入，系统一般都会把背光关闭。在许多应用里（如音乐播放器），关闭显示器是可以接受的。

　　b．低功耗SDRAM

　　许多ARM系统都使用低功耗的SDRAM，工作电压为1．8～2．5V（而不是通常的3．3V）。如表所示为64MB RAM存储器分别在3．3V和2．5V电压下的耗电比较。计算所用的数据来自Micron 256MB SDRAM存储器产品的数据手册。

　　表不同供电下的功耗

　　在运行时（100％整循环和挂起模式时）用到2片SDRAM芯片，表中的数据是手册中数据的两倍。对于表12－1中SDRAM在不同工作电压下的功耗比较，用1．8V代替3．3V，将大大延长便携式系统的运行时间和挂起时间。

　　SDRAM支持多种低功耗状态。当系统处于挂起状态时，SDRAM将进入自刷新状态。在该状态下，除了CKE，所有对SDRAM的信号都无效，SDRAM自己管理自身的刷新。当系统处于运行或空闲状态时，SDRAM也可进入电源关闭状态。

　　c．音频

　　应选择具有低功耗模式的音频元件，否则，在系统挂起模式下要切断该元件的电源。另外，应注意避免在音频电路的功耗模式切换中发出刺耳的噪声。

　　d．备用电源

　　如果系统的主供电电池是可移动的，则还需要设计某种类型的备用电源。备用电源能在挂起状态下进行主电池替换时对系统继续供电。多数系统使用一个小电池做备用电源，以满足系统挂起状态下的供电需要。

　　e．紧急情况

　　一般硬件需要能够支持一些紧急情况。重要的事件是电池缺电，在此状态下，操作系统必须被告知系统电量低，然后操作系统无条件将系统转入挂起状态。另一种危急事件是电池耗尽，此时电池的电能还没有真的全部耗尽，但为了保护电池，电池将不再对外放电。这种事件由少数极低功耗硬件处理，硬件电路监测到这种状态后，将把主电池从系统中断开。需要注意的是，断电后所有SDRAM存储器里的内容都将丢失。

　　f．漏电问题

　　漏电问题可能是当系统进入挂起状态后的一大问题。当集成电路断电后，若某个输入信号仍维持为高电平，就会产生漏电问题。

　　如图2所示，集成电路在输入端有一个保护二极管，电流将经过保护二极管直接进入集成电路的电源引脚。这将导致电源电压不可预知地上升，同时在系统应该使用极小能量的情况下浪费了大量的电能。解决这个问题的方法是：在集成电路断电前，确定每个输入信号（有保护二极管的）的电平为低，在挂起状态下不能驱动转为低信号的则必须加缓冲器。