CN106358273B - 一种低功耗通信装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种低功耗通信装置，通过设置调度部件，使得在通信部件切换到低功耗模式后，控制部件也切换到低功耗模式，可以保证通信部件先于控制部件进入低功耗模式(例如掉电睡眠模式)，进而保证系统的不同部件不会由于状态切换导致数据或状态信息丢失。同时，可以使得在系统空闲时主要部件均进入低功耗模式，进一步降低了系统功耗。

Description

一种低功耗通信装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术，具体涉及一种低功耗通信装置。
背景技术
在无线通信终端设备中，设备续航能力一直是技术发展的瓶颈。特别在基于无线通信技术的无线传感网络或网格网络中，期望网络节点设备以极低的功耗实现较长时间的续航。
现有的无线通信技术通常支持例如普通睡眠和深度睡眠等低功耗模式，但是，由于在通信装置中，除了通信部件外，还有相对独立的控制部件，两者相互独立，同时在某些场景下又需要相互配合来进行工作，因此，需要一种低功耗解决方案在进一步降低功耗的同时保证通信装置的不同部件能够正常协同工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种低功耗通信装置，以在进一步降低系统功耗的同时保证通信装置的不同部件能够正常协同工作。
第一方面，提供一种低功耗通信装置，包括：
控制部件，适于在工作模式和低功耗模式之间切换；
通信部件，适于在工作模式和低功耗模式之间切换；
调度部件，与所述控制部件和通信部件连接，在检测到通信部件切换到低功耗模式后根据控制部件状态控制所述控制部件切换到低功耗模式。
优选地，所述低功耗通信装置还包括：
守护部件，与所述调度部件连接，适于响应于控制唤醒事件向所述调度部件发送控制唤醒请求；
所述调度部件用于响应于所述控制唤醒请求控制所述控制部件切换到工作模式，并在所述控制部件开始向工作模式切换后控制所述通信部件切换到工作模式。
优选地，所述守护部件还适于响应于通信唤醒事件向所述调度部件发送通信唤醒请求；
所述调度部件还适于响应于所述通信唤醒请求控制所述通信部件切换到工作模式，并在所述通信部件开始向工作模式切换后控制所述控制部件切换到工作模式。
优选地，所述守护部件还适于在低功耗模式下周期性地向所述调度部件发送通信唤醒请求；
所述调度部件响应于所述通信唤醒请求控制所述通信部件切换到工作模式，并在所述通信部件开始向工作模式切换后控制所述控制部件切换到工作模式。
优选地，所述控制部件和所述通信部件在切换到低功耗模式时掉电；
所述调度部件还用于将所述控制部件和所述通信部件在切换到低功耗模式前的状态数据存储到所述守护部件；
所述控制部件和所述通信部件在切换回工作模式时读取所述状态数据以恢复到切换到低功耗模式前的状态。
优选地，所述控制部件在切换到低功耗模式后进行如下操作中的至少一项：降低部分子部件的时钟信号频率、降低部分子部件的供电电压、停止对部分子部件提供时钟信号、停止对部分子部件供电以及整个部件掉电停止工作。
优选地，所述控制部件包括第一控制时钟电路，用于基于第一谐振信号生成第一控制时钟信号；
所述通信部件包括第一通信时钟电路，用于基于第一谐振信号生成第一通信时钟信号；
所述守护部件包括：
第二控制时钟电路，用于基于第二谐振信号生成第二控制时钟信号；
第二通信时钟电路，用于基于第二谐振信号生成第二通信时钟信号；以及，
事件控制器，用于根据所述第二控制时钟信号检测控制唤醒事件以及根据所述第二通信时钟信号检测通信唤醒事件。
优选地，所述第一谐振信号和所述第二谐振信号由不同的晶振生成。
优选地，所述通信部件为蓝牙通信部件、紫蜂通信部件或无线局域网通信部件。
通过设置调度部件，使得在通信部件切换到低功耗模式后，控制部件也切换到低功耗模式，可以保证通信部件先于控制部件进入低功耗模式(例如掉电睡眠模式)，进而保证系统的不同部件不会由于状态切换导致数据或状态信息丢失。同时，可以使得在系统空闲时主要部件均进入低功耗模式，进一步降低了系统功耗。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的低功耗通信装置的示意图；
图2是本发明实施例的调度部件的控制流程图；
图3是本发明实施例的调度部件的另一个控制流程图；
图4是本发明实施例的调度部件的又一个控制流程图；
图5是本发明实施例的调度部件进行自动唤醒的控制流程图；
图6是本发明实施例的低功耗通信装置的时序图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的低功耗通信装置的示意图。如图1所示，本实施例的低功耗通信装置包括控制部件1、通信部件2和调度部件3。其中，控制部件1用于通过数据总线与通信部件2连接，获取并处理通信部件接收的数据，并根据控制逻辑控制通信部件2发送数据。控制部件1还可以用于根据需要采集数据以及处理数据，例如，通过传感器获取环境数据，将数据处理后通过通信部件2上报。为了降低系统功耗，控制部件1适于在工作模式和低功耗模式之间切换。在低功耗模式下时，控制部件1降低部分或全部内部子部件的性能，或停用部分内部子部件，或掉电停止工作。其中，控制部件1通过降低时钟信号频率或驱动电压来降低子部件的功耗。控制部件1可以有多个不同的低功耗模式，也可以在不同的低功耗模式之间切换。优选地，本实施例的控制部件1为可编程的微控制器(MCU)。容易理解，控制部件1也可以是专用集成电路(ASIC)或数字信号处理器(DSP)。通信部件2用于基于预定的通信协议通过无线接口发送和接收数据。
通信部件2也适于在工作模式和低功耗模式之间切换。与控制部件1类似，在低功耗模式下时，通信部件2降低部分或全部内部子部件的性能，或停用部分内部子部件，或掉电停止工作。其中，通信部件2通过降低时钟信号频率或驱动电压来降低子部件的功耗。通信部件2可以有多个不同的低功耗模式，也可以在不同的低功耗模式之间切换。优选地，本实施例的通信部件2为蓝牙通信部件(BlueTooth)、紫蜂通信部件(ZigBee)或无线局域网通信部件(WLAN)等基于近距离通信协议的通信电路系统。进一步地，蓝牙通信部件可以为具有极低功耗的蓝牙低功耗(BLE)通信部件。
调度部件3通过数据总线或其它通信连接与控制部件1和通信部件2连接。调度部件3用于调度控制部件1和通信部件2的睡眠(切换到低功耗模式)和唤醒(切换回工作模式)。在本实施例中，调度部件3在检测到通信部件2切换到低功耗模式后根据控制部件1的状态控制控制部件1切换到低功耗模式。也就是说，在调度部件3的调度下，只有在通信部件2确定向低功耗模式切换时，控制部件2才可以切换到低功耗模式。由此，不会导致遗漏对于通信部件2接收数据的处理，不影响控制部件1和通信部件2的协同工作。同时，只要通信部件2已经开始向低功耗模式切换，调度部件3会通知控制部件1，如果控制部件1也处于空闲状态，则可以紧随通信部件2切换到低功耗模式，最大限度地降低系统功耗。
图2是本发明实施例的调度部件的控制流程图，其示出了调度部件在通信部件由于空闲进入低功耗模式后调度部件的控制流程。如图2所示，在步骤S210，调度部件3检测到通信部件2由于保持空闲状态的时间满足要求而启动向低功耗模式切换的流程。
在步骤S220，调度部件3将通信部件2的状态数据保存到守护部件。所述状态数据可以包括通信部件2当前的状态信息以及还未处理的数据等。应理解，该步骤并非必须，在通信部件的低功耗模式不掉电时，可以不进行数据保存操作。
在步骤S230、状态数据保存成功后，通信部件2切换到低功耗模式。
在步骤S240、调度部件3检测控制部件1的状态，检测到控制部件也处于空闲状态。
在步骤S250、调度部件控制控制部件启动向低功耗模式切换的流程。
在步骤S260、调度部件将控制部件的状态数据保存到守护部件。应理解，该步骤并非必须，在控制部件的低功耗模式不掉电时，可以不进行数据保存操作。
在步骤S270、状态数据保存成功后，控制部件切换到低功耗模式。
如上所述，在低功耗模式下，控制部件1和通信部件2可以完全掉电停止工作。在这种情况下，控制部件1和通信部件2无法监控外部的唤醒事件。在本实施例中，通过设置与调度部件3连接的守护部件4来处理这种情况下对于控制部件1和通信部件2的唤醒流程。守护部件4在控制部件1和通信部件2处于低功耗模式下时仍然带电正常运行，对于唤醒事件进行检测。
而且，在控制部件1和通信部件2在低功耗某事下掉电停止工作时，控制部件1和通信部件2中的工作现场数据会全部被丢失。在由低功耗模式向工作模式切换时，希望能够以最快的速度恢复工作现场。这一方面可以减少系统工作时间，减低功耗，另一方面可以加快系统的响应速度。为了更快地恢复工作模式并且能够重现切换到低功耗模式前的工作现场，需要在控制部件1和通信部件2掉电停止工作前，对状态数据(工作现场参数)进行保存。调度部件3用于将控制部件1和通信部件2在切换到低功耗模式前的状态数据存储到所述守护部件；控制部件1和通信部件2在切换回工作模式时读取状态数据以恢复到切换到低功耗模式前的状态。由此，可以实现快速地恢复状态数据。
对于控制部件1，守护部件4适于响应于控制唤醒事件向所述调度部件3发送控制唤醒请求。控制唤醒事件可以是通信装置的传感器采集到数据需要上报或检测到硬件/软件故障等事件。调度部件3用于响应于所述控制唤醒请求控制所述控制部件切换到工作模式，并在控制部件1开始向工作模式切换后控制通信部件2切换到工作模式。由此，可以协调控制部件1和通信部件2先后唤醒，以对控制唤醒事件进行响应或处理。
图3是本发明实施例的调度部件的另一个控制流程图，其示出了守护部件在检测到控制唤醒事件时，控制控制部件1和通信部件2切换到工作模式的流程。如图3所示，在步骤S310、控制部件1和通信部件2均处于低功耗模式下，守护部件4检测到控制唤醒事件。
在步骤S320、调度部件3控制控制部件1启动切换到工作模式的流程，同时，通知通信部件2进行唤醒。
在步骤S330、控制部件1读取守护部件4中的状态数据恢复工作现场。
在步骤S340、通信部件2接收到控制部件1或调度部件3的通知后，也受控启动切换到工作模式的流程。
在步骤S350、在状态数据恢复完成后，控制部件1切换到工作模式。在必要时，控制部件1还可以向通信部件2传输数据辅助其进行数据恢复。
在步骤S360、通信部件2读取守护部件4中的状态数据和/或接收控制部件2的数据恢复状态数据。
在步骤S370、在状态数据恢复完成后，通信部件2切换到工作模式。
由此，响应于外部的控制唤醒事件，控制部件1和通信部件2先后被唤醒。
同时，对于通信部件2，守护部件4适于响应于通信唤醒事件向所述调度部件3发送通信唤醒请求。在通信部件2采用蓝牙部件时，通信唤醒事件可以是蓝牙协议规定的各项唤醒事件。调度部件3还适于响应于所述通信唤醒请求控制通信部件2切换到工作模式，并在通信部件2开始向工作模式切换后控制控制部件1切换到工作模式。由此，可以协调控制部件1和通信部件2先后唤醒，以对通信唤醒事件进行响应或处理。
图4是本发明实施例的调度部件的又一个控制流程图，其示出了守护部件4在检测到通信唤醒事件时，调度部件3控制控制部件1和通信部件2切换到工作模式的流程。如图4所示，在步骤S410、控制部件1和通信部件2均处于低功耗模式下，守护部件4检测到通信唤醒事件。
在步骤S420、调度部件3控制通信部件1启动切换到工作模式的流程。
在步骤S430、调度部件3通知控制部件1进行唤醒，控制部件1启动切换到工作模式的流程。
在步骤S440、通信部件2读取守护部件4中的状态数据恢复状态数据。
在步骤S450、在状态数据恢复完成后，通信部件2切换到工作模式。
在步骤S460、控制部件1读取守护部件4中的状态数据恢复工作现场。
在步骤S470、在状态数据恢复完成后，控制部件1切换到工作模式。
同时，通信部件2在睡眠状态下，可以周期性地唤醒以检测是否需要接收数据。在通信部件2完全掉电且控制部件1也完全掉电时，需要守护部件和调度部件来进行这一操作。守护部件4适于在低功耗模式下周期性地向所述调度部件发送通信唤醒请求。调度部件3响应于通信唤醒请求控制通信部件2切换到工作模式，并在通信部件2开始向工作模式切换后控制控制部件1切换到工作模式。
图5是本发明实施例的通信部件自动唤醒的控制流程图，其示出了通信部件周期性唤醒时调度部件的控制流程。如图5所示，在步骤S510，通信部件2周期性地自动启动切换到工作模式流程，同时，调度部件检测到通信部件2启动切换到工作模式的流程，向控制部件1发出通知。
在步骤S520、控制部件1启动切换到工作模式流程。
在步骤S530、通信部件2读取守护部件4中的状态数据恢复状态数据。
在步骤S540、在状态数据恢复完成后，通信部件2切换到工作模式。
在步骤S550、控制部件1读取守护部件4中的状态数据恢复工作现场。
在步骤S560、在状态数据恢复完成后，控制部件1切换到工作模式。
由此，通过上述设置可以使得控制部件1和通信部件2在掉电停止工作的低功耗模式下正常地响应于预定的唤醒事件切换回工作模式，在降低功耗的同时保证系统正常协同工作。
容易理解，在低功耗模式为对部分子部件停止供电时，可以由控制部件1和通信部件2自身来对子部件的状态数据进行保存，并在唤醒时进行恢复，也可以通过调度部件3将子部件的状态数据保存到守护部件，并在唤醒时由控制部件1和通信部件2读取进行模式切换。
图6是本发明实施例的低功耗通信装置的时序图，其以控制部件为例示出了切换到低功耗模式然后再唤醒切换回工作模式的控制信号时序。其中，clock为对应部件的时钟信号。如图6所示，在t0时刻，低功耗模式使能信号SLEEP到来，指示启动向低功耗模式切换的流程。此时，隔离信号ISOLATION被置为有效(在图6中为低电平)。在隔离信号为有效期间，控制部件1的控制信号被隔离，不能传输到其它模块，由此可以防止在切换期间，控制部件1输出状态不定的信号造成系统错误。同时，控制部件1启动状态数据保存。在t1时刻，数据保存完成信号SAVE到来。在t2时刻，在状态数据保存完成后，电源控制信号POWER被置为低电平，控制部件1掉电，切换到低功耗模式。在t3时刻，唤醒信号WAKEUP到来，控制部件1启动切换到工作模式的流程。在t4时刻，电源控制信号POWER被置为高电平，控制部件1上电，并启动状态数据恢复流程。在t5时刻，数据恢复成功信号RESTORE到来。在t6时刻，在状态数据恢复成功后，隔离信号ISOLATION被置为无效(在图6中为高电平)，控制部件1可以与其它部件进行控制信号和状态信号的交互，进入工作模式。通信部件2的切换控制流程与此类似，在此不再赘述。
容易理解，图中各信号的有效电平不限于高电平，本领域技术人员可以根据需要选取不同的电平表征有效或无效。
进一步地，在设计电路时，还可以使得守护部件4基于独立的晶振生成时钟信号以提高安全性，同时，还可以设置使得守护部件4的时钟信号频率较低从而进一步降低功耗。
具体地，控制部件1可以包括第一控制时钟电路1a，其用于基于第一谐振信号生成第一控制时钟信号。第一控制时钟信号可被提供到控制部件1的各子部件，使得各子部件协同工作。同时，通信部件2可以包括第一通信时钟电路2a，其用于基于第一谐振信号生成第一通信时钟信号。第一通信时钟信号可被提供到通信部件1的各子部件，使得各子部件协同工作。同时，守护部件4包括第二控制时钟电路4a、第二通信时钟电路4b以及事件控制器4c。其中，第二控制时钟电路4a用于基于第二谐振信号生成第二控制时钟信号。同时，第二通信时钟电路4b用于基于第二谐振信号生成第二通信时钟信号。第二控制时钟信号和第二通信时钟信号分别与控制部件1和通信部件2的时钟信号对应，用于使得守护部件4在控制部件1和通信部件2均休眠的情况下仍然能够监控唤醒事件。事件控制器4c用于根据第二控制时钟信号检测控制唤醒事件以及根据第二通信时钟信号检测通信唤醒事件。优选地，在守护部件4可以保存状态数据时，守护部件4还包括对应的状态数据存储器4d。而且，所述第一谐振信号和所述第二谐振信号由不同的晶振OSC1和OSC2分别生成。
本发明实施例通过设置调度部件，在通信部件切换到低功耗模式后再控制控制部件切换到低功耗模式，可以保证通信部件先于控制部件进入低功耗模式(例如掉电睡眠模式)，进而保证系统的不同部件不会由于状态切换导致数据或状态信息丢失。同时，可以使得在系统空闲时主要部件均进入低功耗模式，进一步降低了系统功耗。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低功耗通信装置，包括：
控制部件，适于在工作模式和低功耗模式之间切换；
通信部件，适于在工作模式和低功耗模式之间切换；
调度部件，与所述控制部件和通信部件连接，在检测到通信部件切换到低功耗模式后根据控制部件状态控制所述控制部件切换到低功耗模式，且所述调度部件一直处于工作状态；
守护部件，与所述调度部件连接，适于响应于不同的唤醒事件向所述调度部件发送控制相应的唤醒请求，所述调度部件依据所述相应的唤醒请求，依照相应的次序将所述控制部件和通信部件切换至工作模式；
所述守护部件，与所述调度部件连接，适于响应于控制唤醒事件向所述调度部件发送控制唤醒请求；所述调度部件用于响应于所述控制唤醒请求控制所述控制部件切换到工作模式，并在所述控制部件开始向工作模式切换后控制所述通信部件切换到工作模式；
所述守护部件还适于响应于通信唤醒事件向所述调度部件发送通信唤醒请求；所述调度部件还适于响应于所述通信唤醒请求控制所述通信部件切换到工作模式，并在所述通信部件开始向工作模式切换后控制所述控制部件切换到工作模式。
2.根据权利要求1所述的低功耗通信装置，其特征在于，所述守护部件还适于在低功耗模式下周期性地向所述调度部件发送通信唤醒请求；
所述调度部件响应于所述通信唤醒请求控制所述通信部件切换到工作模式，并在所述通信部件开始向工作模式切换后控制所述控制部件切换到工作模式。
3.根据权利要求1所述的低功耗通信装置，其特征在于，所述控制部件和所述通信部件在切换到低功耗模式时掉电；
所述调度部件还用于将所述控制部件和所述通信部件在切换到低功耗模式前的状态数据存储到所述守护部件；
所述控制部件和所述通信部件在切换回工作模式时读取所述状态数据以恢复到切换到低功耗模式前的状态。
4.根据权利要求1所述的低功耗通信装置，其特征在于，所述控制部件在切换到低功耗模式后进行如下操作中的至少一项：降低部分子部件的时钟信号频率、降低部分子部件的供电电压、停止对部分子部件提供时钟信号、停止对部分子部件供电以及整个部件掉电停止工作。
5.根据权利要求2所述的低功耗通信装置，其特征在于，所述控制部件包括第一控制时钟电路，用于基于第一谐振信号生成第一控制时钟信号；
所述通信部件包括第一通信时钟电路，用于基于第一谐振信号生成第一通信时钟信号；
所述守护部件包括：
第二控制时钟电路，用于基于第二谐振信号生成第二控制时钟信号；
第二通信时钟电路，用于基于第二谐振信号生成第二通信时钟信号；以及，
事件控制器，用于根据所述第二控制时钟信号检测控制唤醒事件以及根据所述第二通信时钟信号检测通信唤醒事件。
6.根据权利要求5所述的低功耗通信装置，其特征在于，所述第一谐振信号和所述第二谐振信号由不同的晶振生成。
7.根据权利要求1所述的低功耗通信装置，其特征在于，所述通信部件为蓝牙通信部件、紫蜂通信部件或无线局域网通信部件。
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