CN101369318A - 一种多接口卡节能工作方法及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多接口卡(8)节能工作方法及其控制电路，其中控制电路包括时钟检测单元(3)和控制单元(4)，方法包括：检测卡各接口上所述主机时钟(222或223)的变化；工作状态下，根据主机时钟恢复和消失分别打开和关闭卡对应接口设备(2)，并根据全部接口上所述主机时钟消失进入待机模式；待机状态下，根据主机时钟恢复打开卡对应接口设备(2)，并通知或唤醒含处理器的卡核心逻辑(1)进入工作模式。这种方法及其控制电路在接口设备被关闭情况下仍可实现主动对对应接口主机做出及时应答从而可以根据各种需要关闭当前不使用的模块时钟，降低了卡功耗，满足移动设备的电池需要。

Description

一种多接口卡节能工作方法及其控制电路

技术领域

本发明涉及集成电路芯片设计，具体涉及一种多接口卡节能工作方法及其控制电路。

背景技术

(一)智能卡又叫IC卡，是一种将具有存储、加密及数据处理能力的集成电路芯片镶嵌于塑料基片中的卡片。用户识别模块Subscriber Identity Module(简称SIM)卡是智能卡在移动通信领域内的典型应用之一，装载于手机终端中，完成GSM网络上用户的身份识别和鉴权、话音通信支撑、短消息业务以及其它各类基于STK的增值业务。SIM卡技术在GSM网络中获得成功后，目前已大量应用在各类移动通信网络中，如CDMA网络中使用了UIM卡、PHS网络中使用了PIM卡、3G网络中使用了USIM卡等。

同时，随着便携设备在生活中的大量应用，对各种扩展存储卡的需求也大大增加。例如数码相机、MP3以及手机等电子设备，需要扩展存储卡来扩大其储存空间来进行数据存取。常用的存储卡为多媒体卡、SD卡，以及由其衍生而来的多种小尺寸的存储卡RS-MMC卡、miniSD卡、microSD卡等。其中，多媒体卡Multimedia Card(简称MMC卡)是一种快闪存储器卡标准，其物理和电气技术规范可参见“The MultiMediaCard System Specification”，该规范由多媒体卡协会(MMCA)公布并随时更新。

(二)由于市场需求的不断变化，单一接口卡已经不能满足新应用环境的要求，将存储卡接口与其它接口相接合也就成为一个必然趋势。例如USB/SD双用卡、USB/MMC双用卡、Mini USB/Mini SD双用卡，以及MMC/7816的多接口卡等。其将现今存在的并且十分常用的接口加以集成，或以存储卡的形式出现，或以智能卡的形式出现，以满足在一个设备中可读取多种接口、访问不同数据的需求。但便携设备所追求的短小轻薄原则，对嵌入其中使用的各种卡(无论是单一接口的卡还是多种接口合一的卡)都有低功耗的要求，例如SIM卡的整体功耗就必须小于10mW。尤其在以用电池供电的设备中各个部件的耗电量尽可能的优化，以延长电池的使用时间，和电池的使用寿命。虽然在各类接口协议中均有对单独使用此接口的上电以及进入待机状态的流程，卡在待机状态下的功耗也可进行优化，但在对低功耗要求极高的移动设备中，尤其是当有多种接口同时存在(但并不一定同时工作)时，对功耗进行进一步的优化变得极为重要。

对仅有ISO7816接口或者仅有MMC接口的传统单接口卡来说，其工作状态可直接由主机端控制。以MMC卡为例：当MMC卡插入主机接口后，主机给卡提供时钟信号并发送指令，卡片进入工作状态；若主机停止对MMC卡提供时钟，卡随即停止工作，进入待机状态，等待主机再次提供时钟从而恢复到工作状态。由上述过程可知，单接口卡片的工作状态直接由主机决定。

对多接口卡来说，如本专利中所涉及的带MMC接口的智能卡，由于系统中存在两个接口设备，当两个接口主机同时对卡提供时钟时，选择哪一路时钟作为系统时钟就成为一个需要考虑的问题。所以，给多接口卡引入独立于主机时钟外的系统时钟就成为一个必然选择。本专利所涉及的带MMC接口的智能卡采用片内时钟管理单元输出的时钟作为系统时钟。由于系统时钟和接口主机时钟为异步时钟，接口设备部分，如图1所示，同时需要两个时钟的驱动才能正常工作，一个是主机时钟，完成与主机的通信；另一个是与系统时钟同步的设备时钟，完成与处理器的通信。也就是说，MMC/ISO7816接口设备电路根据其驱动时钟的不同可分为两部分，一部分工作在接口主机时钟下，另一部分工作在系统时钟下。

(三)考虑到智能卡的主要应用环境为依靠电池供电的手持设备，对功耗的要求十分苛刻。而本申请所涉及的智能卡同时带有MMC和ISO7816接口，其工作功耗将大于普通单接口的智能卡或MMC卡，功耗问题显得更为严峻。在芯片设计里通常使用的降低功耗的方法是对芯片内各模块进行时钟门控操作，即关闭当前不使用的模块时钟。基于该思想的三种可能优化方案分别是：①当MMC进入“空闲”状态，即没有任何操作，但主机端并未停止时钟时，智能卡内的处理器可以通过查询MMC的状态停止MMC的设备时钟，但主机时钟控制的电路仍然工作，处于非最低功耗状态，等待主机再次发送指令才重新工作，该方法具体可以通过软件操作实现；②当只有ISO7816接口工作时，即：ISO7816接口主机端保持提供时钟、MMC接口主机端停止提供时钟，关闭MMC接口设备的工作时钟，当只有MMC接口工作时有类似的操作；③当ISO7816/MMC接口都停止工作时，处理器可以关闭系统内部所有模块、包括系统时钟，进入待机状态，处于最低功耗状态。但由于MMC/ISO7816接口在SIM卡内的部分均为设备端，仅被动的对主机命令做出响应，因此，方案②和③中，当主机端重新发起通信，即开始提供主机时钟后，目前无法通知卡处理器打开接口设备时钟，无法通知待机状态的智能卡系统进入工作模式，并及时对主机做出应答。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种多接口卡节能工作方法及其控制电路，能使设备端主动检测主机时钟并对主机做出及时应答从而实现更好的节能降耗效果。

本发明的上述第一个技术问题这样解决，提供一种多接口卡节能工作方法，对应接口主机在不进行操作时停止提供主机时钟，包括以下步骤：

1.1)检测卡各接口上所述主机时钟的变化；

1.2)工作状态下，根据各接口主机时钟恢复和消失分别打开和关闭卡对应接口设备，并根据全部接口上所述主机时钟消失进入待机模式；

1.3)待机状态下，根据各接口主机时钟恢复打开卡对应接口设备，并通知或唤醒卡核心逻辑(包括卡处理器)进入工作模式。

按照本发明提供的工作方法，所述步骤1.1)中检测是时钟信号边沿检测。

按照本发明提供的工作方法，所述时钟信号边沿检测包括通过有限时间内对接口主机时钟信号计数，并判断计数值是否达到预定值来屏蔽不规则抖动。

按照本发明提供的工作方法，所述步骤1.2)中打开和关闭是分别通过提供和不提供各接口设备时钟具体执行。

按照本发明提供的工作方法，所述步骤1.2)中进入待机模式是通过关闭卡内部时钟具体执行。

按照本发明提供的工作方法，所述步骤1.3)中打开是通过提供各接口设备时钟具体执行。

按照本发明提供的工作方法，所述步骤1.3)中通知或唤醒是通过重新提供卡时钟和系统时钟具体执行。

按照本发明提供的工作方法，所述卡内部时钟，是卡内时钟产生单元输出的时钟，是卡系统时钟和卡接口设备时钟的时钟源，通过各自对应电子开关提供输入，卡系统时钟和卡接口设备时钟是同步时钟。

按照本发明提供的工作方法，该工作方法还包括卡处理器查询并根据卡接口设备的“空闲”状态关闭其时钟输入，接收对应接口主机发送指令后再打开。

按照本发明提供的工作方法，卡内时钟产生单元输出的时钟是卡内OSC(晶体振荡器)、卡内OSC经卡内PLL(锁相环)或卡外OSC经卡内PLL产生的。

本发明的上述另一个技术问题这样解决，提供一种多接口卡节能工作控制电路，包括：

时钟检测单元，与卡各接口连接，检测对应主机时钟；

控制单元，与时钟产生单元、核心逻辑(包括卡处理器)、卡各接口设备连接，根据接口主机时钟恢复或消失分别选择打开或关闭(设备时钟开关)卡对应接口设备时钟，并根据接口主机时钟全部消失与否控制(时钟产生控制开关)时钟产生单元停止输出时钟或输出时钟。

按照本发明提供的控制电路，所述卡是智能卡或存储卡，具有相同和不同电源域。

按照本发明提供的控制电路，所述智能卡包括但不限制于是SIM、UIM、PIM或USIM卡。

按照本发明提供的控制电路，所述接口包括但不限制于是ISO7816、MMC、SD和对应接口主机在不进行操作时停止提供主机时钟的USB接口中一种或多种。

按照本发明提供的控制电路，所述控制单元包括数字逻辑电路和寄存器。

本发明提供的一种多接口卡节能工作方法及其控制电路，通过接口主机时钟检测和数字逻辑控制在接口设备被关闭情况下实现主动对对应接口主机做出及时应答从而可以根据各种需要关闭当前不使用的模块时钟，尽可能降低多接口卡功耗，满足移动设备的电池需要。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本发明进行详细说明。

图1为多接口卡系统结构示意图。

图2为本发明的卡系统节能工作原理示意图。

图3为本发明的卡系统时钟检测单元原理示意图。

图4为以MMC主机时钟边沿检测为例的边沿检测电路原理示意图。

具体实施方式

下面以带有MMC接口的SIM卡为例说明本发明：

(一)如图1所示，该卡包括核心逻辑(包括卡处理器)1和接口设备2(MMC接口和ISO7816接口)。时钟检测单元3、控制单元4和时钟产生单元5在时钟管理单元中实现。如图2所示，其中，卡工作信号包括：系统检测200、7816检测201、MMC检测202、接口检测203、时钟产生开关信号212、内部时钟输出213、内部时钟输出214、内部时钟输出215、系统时钟开关信号216、MMC时钟开关信号217、ISO7816时钟开关信号218、系统时钟219、MMC设备时钟220、ISO7816设备时钟221、MMC主机时钟222和ISO7816主机时钟223；寄存器包括：系统时钟门控寄存器204、系统检测屏蔽寄存器205、MMC时钟门控寄存器206、MMC检测屏蔽寄存器207、ISO7816时钟门控寄存器208、ISO7816检测屏蔽寄存器209、时钟产生使能寄存器210和时钟产生检测屏蔽寄存器211。对卡工作原理进一步做简要说明如下：

核心逻辑1通过时钟检测单元3检测接口主机的时钟信号，当接口主机没有操作，即没有接口主机时钟时，核心逻辑1可以关闭相应接口设备2或进入待机模式。当外部接口(ISO7816/MMC)主机需要与卡进行通信时，时钟检测单元3通过检测主机时钟，打开相应设备时钟并通知核心逻辑1，或唤醒核心逻辑1进入工作模式。

(二)当智能卡处于待机模式，以MMC接口的时钟检测为例。时钟检测单元3，结构如图3所示，该时钟检测单元3集合了时钟产生开关控制，其中，单元工作信号包括：内部复位信号301、时钟产生开关控制信号302、ISO7816边沿检测信号303和MMC边沿检测信号304，进一步对其工作原理简要说明如下：

当“MMC主机时钟边沿检测”检测到“MMC主机时钟”信号发生翻转，表示MMC主机此时有可能开始对卡(设备)提供时钟；所述翻转包括从“1”到“0”和从“0”到“1”。置MMC边缘检测信号304为有效，打开时钟产生开关，时钟产生单元输出时钟。“MMC主机时钟检测”通过计数器对输入“MMC主机时钟”计数，当计数至预定值(软件可设置)时，输出“MMC检测”信号，表明此时MMC接口开始工作。

由于在时钟输入端口上有可能出现“毛刺”，即不规律的抖动。若边沿检测将此类抖动错判为主机时钟，打开时钟产生单元，输出时钟，会导致不必要的功耗。为了避免这种情况，时钟产生单元输出的时钟也作为“时钟检测单元”的输入，对时钟产生的开关控制进行二次判断。判断方法如下(以MMC为例)：

当MMC主机时钟信号出现翻转，如上所述，时钟产生单元输出时钟。此时，“时钟产生开关控制”电路中的计数器开始对时钟产生单元输出的时钟计数，若MMC主机时钟信号的翻转为时钟，则能驱动“MMC主机时钟检测”电路中的计数器在“时钟产生开关控制”电路的计数器计数达到预定值的时间内完成计数过程，即“MMC主机时钟检测”电路中的计数器计数达到预定值，此时将“MMC检测”信号置为有效，“时钟产生开关控制”电路不进行操作，保持时钟产生单元为打开状态，继续正常操作。若该翻转为“毛刺”，则无法驱动检测电路中的计数器在“时钟产生开关控制”电路的计数时间内完成计数，“MMC检测”信号为无效，此时“时钟产生开关控制”输出“内部复位信号”，对“MMC主机时钟边沿检测”和“MMC主机时钟检测”电路进行复位操作，将MMC边缘检测信号304恢复至初始值(即无效)，然后将时钟产生开关控制信号302置为“关闭”状态，停止时钟产生单元输出时钟。

(三)最后，结合具体情况详细说明本发明：

1、时钟停止判断(以MMC接口为例)

当MMC接口主机结束与卡MMC设备的通信后，关闭MMC主机时钟222。时钟检测单元3检测到此时没有MMC主机时钟222，通过MMC检测202通知核心逻辑1。由核心逻辑1中的卡处理器通过设置MMC设备时钟门控寄存器206为有效，关闭MMC设备时钟220；然后设置MMC检测屏蔽寄存器207取消对MMC检测202信号的屏蔽，使时钟检测单元在检测到MMC主机时钟222时能通过MMC检测202打开MMC设备时钟220。此时MMC的主机时钟222和MMC设备时钟220都停止，MMC设备被关闭。

2、时钟打开操作(以MMC接口为例)

当MMC设备被关闭时，若MMC接口主机需要和卡MMC设备通信，开始对卡提供MMC主机时钟。当时钟检测单元3检测到MMC主机时钟222时，将MMC检测202信号置为有效，打开MMC设备时钟220并通知核心逻辑1中的卡处理器。卡处理器设置MMC设备时钟门控寄存器206为无效，取消对MMC设备时钟220的门控；然后设置MMC检测屏蔽寄存器207为有效，屏蔽MMC检测202信号，完成时钟打开操作。

3、系统进入待机模式

当MMC/ISO7816接口主机都停止对卡接口设备操作时，时钟检测单元3通过MMC检测202和ISO7816检测201信号通知核心逻辑1中的卡处理器此时可以进入待机模式。卡处理器1设置时钟产生、系统、MMC和ISO7816的检测屏蔽寄存器均为“无效”，即取消对时钟检测信号的屏蔽；同时关闭ISO7816设备时钟221、MMC设备时钟220、系统时钟220和时钟产生使能寄存器210；进入待机状态。此时系统功耗最低。

4、外部接口时钟唤醒系统(以MMC接口为例)

当系统处于待机状态时，内部所有模块的时钟的门控寄存器关闭，且时钟产生单元无时钟输出。此时若MMC主机开始提供时钟，在检测到MMC主机时钟222的第一个上升沿时，将接口检测信号203置为有效，从而使时钟产生开关信号212有效，时钟产生单元输出时钟213，214和215。在一段时间(软件可设置)后，MMC检测202信号置为有效，同时打开MMC设备时钟220和系统时钟219；核心逻辑1恢复到工作状态后，设置系统时钟门控寄存器204和MMC时钟门控寄存器206为无效，屏蔽系统检测200信号和MMC检测202信号，进入工作模式，完成系统唤醒。

Claims (10)

1.一种多接口卡(8)节能工作方法，其特征在于，对应接口主机在不进行操作时停止提供主机时钟(222或223)，包括以下步骤：

1.1)检测卡各接口上所述主机时钟的变化；

1.2)工作状态下，根据主机时钟恢复和消失分别打开和关闭卡对应接口设备(2)，并根据全部接口上所述主机时钟消失进入待机模式；

1.3)待机状态下，根据主机时钟恢复打开卡对应接口设备(2)，并通知或唤醒含处理器的卡核心逻辑(1)进入工作模式。

2.根据权利要求1所述工作方法，其特征在于，所述步骤1.1)中检测是时钟信号边沿检测。

3.根据权利要求2所述工作方法，其特征在于，所述时钟信号边沿检测包括通过有限时间内对接口主机时钟信号计数，并判断计数值是否达到预定值来屏蔽不规则抖动。

4.根据权利要求1所述工作方法，其特征在于，所述步骤1.2)中打开和关闭是分别通过提供和不提供对应接口设备时钟(220或221)具体执行；所述步骤1.2)中进入待机模式是通过关闭卡内部时钟(213，214，215)具体执行。

5.权利要求1所述工作方法，其特征在于，所述步骤1.3)中打开是通过提供各接口设备时钟(220或221)具体执行；所述步骤1.3)中通知或唤醒是通过重新提供卡内部时钟(213)和卡系统时钟(219)具体执行。

6.根据权利要求4或5所述工作方法，其特征在于，所述卡内部时钟是所述卡系统时钟和卡接口设备时钟的时钟源，通过各自对应电子开关提供输入，所述卡系统时钟和卡接口设备时钟是同步时钟。

7.根据权利要求1所述工作方法，其特征在于，该工作方法还包括卡处理器(1)查询并根据卡接口设备(2)的“空闲”状态关闭其工作时钟，接收对应接口主机发送指令后再打开。

8.一种多接口卡(8)节能工作控制电路，其特征在于，包括：

时钟检测单元(3)，与卡各接口连接，检测对应主机时钟；

控制单元(4)，与时钟产生单元(5)、含处理器的卡核心逻辑(1)、卡各接口设备(2)连接，根据接口主机时钟恢复或消失分别选择打开或关闭卡对应接口设备时钟，并根据接口主机时钟全部消失与否控制时钟产生单元停止输出时钟或输出时钟。

9.根据权利要求8所述控制电路，其特征在于，所述卡(8)是智能卡或存储卡。

10.根据权利要求8所述控制电路，其特征在于，所述接口包括ISO7816、MMC、SD和对应接口主机在不进行操作时停止提供主机时钟的USB接口中一种或多种。

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