CN107515662B

CN107515662B - 一种面向键控类应用的mcu芯片中低功耗管理方法

Info

Publication number: CN107515662B
Application number: CN201610418687.XA
Authority: CN
Inventors: 万上宏; 叶媲舟; 黎冰; 涂柏生
Original assignee: Shenzhen Bojuxing Microelectronics Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Bojuxing Microelectronics Technology Co ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: CN107515662A

Abstract

本发明公开了一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法，当MCU芯片处于休眠状态，被工作于低频的按键扫描逻辑唤醒之后，能够立刻响应接下来的休眠请求，而不是需要等等至少2个低频的按键扫描时钟周期，藉此使得MCU内核才能够及时重新进入休眠状态，从而使芯片能够适合对功耗要求更加严格的应用场合。

Description

一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法

技术领域

本发明涉及一种管理方法，具体是一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法。

背景技术

面向键控类应用的MCU在电子产品中的应用非常广泛，几乎所有涉及到需要按键控制的电子产品中都需要使用到按键扫描逻辑。常见的产品如我们身边的各种遥控器，PC键盘、鼠标、手机上的物理按键。因为按键的监控需要一直进行，所以在很多产品应用中，特别是电池供电的使用场合，如何做到低功耗是一个非常重要的课题。因此，在此类MCU芯片中功耗管理模块（power management control，PMC）模块的设计尤为关键。

在键控类应用场景中，为了实现低功耗，在大部分的工作时间里面，MCU高频内核的工作时钟是关闭的，即MCU内核处于休眠状态，芯片内部只有按键扫描逻辑在持续工作于低频时钟，直至扫描到有效按键触发后，才打开高频内核时钟，唤醒MCU内核，MCU从原来的停止的程序位置继续运行。目前，此类芯片的应用上的一个局限是当MCU内核被唤醒之后，不能立刻响应接下来的休眠请求，而是需要等等至少2个低频的按键扫描时钟周期后，MCU内核才能够重新进入休眠状态。一般来说，在此类MCU芯片的应用场景中，在满足扫描频率的情况下，为了实现更低的功耗，按键扫描逻辑的工作时钟都是相对较低的频率。比如按键扫描逻辑的工作时钟可以为10KHz，而MCU内核的工作时钟一般为MHz级别。以MCU内核的工作时钟为10MHz，它们的时钟周期比例高达1000：1.由于重新进入休眠状态需要等待2个低频的按键扫描时钟周期，对于追求低功耗的应用来说，这段时间多耗费的不必要功耗也是不可轻视的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法，采用时钟门控单元根据功耗管理模块PMC输出的时钟门控信号对输入时钟做门控控制，得到处理后的时钟信号，采用按键扫描模块kscan扫描芯片外部按键阵列是否有按键被有效地触发，功耗管理模块接受MCU内核的休眠请求，产生时钟门控信号输出至时钟门控单元GC，从而将MCU内核工作时钟关闭，功耗管理模块接受按键扫描模块kscan的唤醒请求,产生时钟门控信号输出至时钟门控单元GC，从而将MCU内核工作时钟开启；功耗管理模块接收到MCU内核的休眠请求连接到寄存器R1的D端，MCU内核的休眠请求为一个脉冲信号，有效脉冲宽度为1个MCU内核时钟周期，当此脉冲信号有效请求时，寄存器R1的输出信号将锁存为高电平输出状态，此输出信号经过反相器取反之后，连接至或门OR1的输入端，或门OR1的另一个输入端连接至唤醒门控信号，在无有效的唤醒的情况下，唤醒门控信号为低电平，时钟门控信号gate为低电平状态输入至时钟门控单元GC，将MCU内核工作时钟关闭；将MCU内核的运行反馈信号输入至功耗管理模块中，当MCU内核运行时为运行反馈信号为高电平，当MCU内核休眠时运行反馈信号为低电平，在功耗管理模块中，将运行反馈信号取反，连接到寄存器R2、R3的异步复位端，寄存器R2的D端连接到VDD上，当MCU内核被唤醒后，运行反馈信号变为高电平，寄存器R4被异步复位，它的输出信号由高电平输出状态变为低电平输出状态。

作为本发明再进一步的方案：还采用按键扫描模块负责扫描芯片外部按键阵列是否有按键被有效地触发。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法，当MCU芯片处于休眠状态，被工作于低频的按键扫描逻辑唤醒之后，能够立刻响应接下来的休眠请求，而不是需要等等至少2个低频的按键扫描时钟周期，藉此使得MCU内核才能够及时重新进入休眠状态，从而使芯片能够适合对功耗要求更加严格的应用场合。

附图说明

图1为面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法的原理框图；

图2为面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法中时钟门控时序图；

图3为面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法中PMC模块的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法，采用时钟门控单元根据功耗管理模块PMC输出的时钟门控信号对输入时钟做门控控制，得到处理后的时钟信号，采用按键扫描模块kscan扫描芯片外部按键阵列是否有按键被有效地触发，功耗管理模块接受MCU内核的休眠请求，产生时钟门控信号输出至时钟门控单元GC，从而将MCU内核工作时钟关闭，功耗管理模块接受按键扫描模块kscan的唤醒请求,产生时钟门控信号输出至时钟门控单元GC，从而将MCU内核工作时钟开启；功耗管理模块接收到MCU内核的休眠请求连接到寄存器R1的D端，MCU内核的休眠请求为一个脉冲信号，有效脉冲宽度为1个MCU内核时钟周期，当此脉冲信号有效请求时，寄存器R1的输出信号将锁存为高电平输出状态，此输出信号经过反相器取反之后，连接至或门OR1的输入端，或门OR1的另一个输入端连接至唤醒门控信号，在无有效的唤醒的情况下，唤醒门控信号为低电平，时钟门控信号gate为低电平状态输入至时钟门控单元GC，将MCU内核工作时钟关闭；将MCU内核的运行反馈信号输入至功耗管理模块中，当MCU内核运行时为运行反馈信号为高电平，当MCU内核休眠时运行反馈信号为低电平，在功耗管理模块中，将运行反馈信号取反，连接到寄存器R2、R3的异步复位端，寄存器R2的D端连接到VDD上，当MCU内核被唤醒后，运行反馈信号变为高电平，寄存器R4被异步复位，它的输出信号由高电平输出状态变为低电平输出状态；还采用按键扫描模块负责扫描芯片外部按键阵列是否有按键被有效地触发。

本发明方法包括以下内容：

1.复位模块（reset）：

复位模块负责产生芯片的主要复位信号：键盘扫描逻辑复位信号（rstn_ks)，MCU内核复位信号（rstn_sys)。在芯片中，复位信号为低电平有效。

2.时钟产生模块（clk_gen)

时钟产生模块负责产生芯片工作所需的2个主要时钟：低频的按键扫描时钟（clk_ks）和高频的MCU内核工作时钟（clk_sys)。

3.时钟门控单元（GC）:

时钟门控单元根据功耗管理模块（PMC）输出的时钟门控信号（gate）对输入时钟clk_sys做门控控制，得到处理后的时钟信号（clk_sys_gc）。它们的关系如图 2所示。通过对时钟clk_sys作门控控制，使MCU内核在休眠状态时关闭相关逻辑的工作时钟，从而达到更低的功耗的目的。

4.按键扫描模块（kscan）：

此模块负责扫描芯片外部按键阵列是否有按键被有效地触发。在一般的应用场景里，为了节省功耗，MCU内核处于休眠状态，按键扫描模块工作于低频时钟。当按键扫描模块扫描到有按键被有效地触发时，产生唤醒请求信号（wake_req），将MCU内核从休眠状态唤醒。

5.功耗管理模块（PMC）：

功耗管理模块负责芯片的功耗管理。功耗管理模块接受MCU内核的休眠请求（sleep_req），产生时钟门控信号gate（低电平输出表示关闭MCU内核工作时钟）输出至时钟门控单元（GC），从而将MCU内核工作时钟（clk_sys_gc）关闭。功耗管理模块接受按键扫描模块（kscan）的唤醒请求（wake_req）,产生时钟门控信号gate（高电平输出表示开启MCU内核工作时钟）输出至时钟门控单元（GC），从而将MCU内核工作时钟（clk_sys_gc）开启。

功耗管理模块的工作原理如图3所示。功耗管理模块接收到MCU内核的休眠请求（sleep_req）连接到寄存器R1的D端。MCU内核的休眠请求（sleep_req）为一个脉冲信号，有效脉冲宽度为1个MCU内核时钟周期。当sleep_req有效请求时，寄存器R1的输出信号（sleep_latch）将锁存为高电平输出状态。sleep_latch信号经过反相器取反之后，连接至或门OR1的输入端。或门OR1的另一个输入端连接至唤醒门控信号（wake_latch）。在无有效的唤醒的情况下，唤醒门控信号（wake_latch）为低电平，所以时钟门控信号gate为低电平状态输入至时钟门控单元（GC），从而将MCU内核工作时钟（clk_sys_gc）关闭，从而实现休眠情况下节省功耗。需要注意的是虽然sleep_req信号的有效脉冲宽度为1个MCU内核时钟周期，但是由于寄存器R1的工作时钟为clk_sys_gc，所以寄存器R1的输出信号sleep_latch能在sleep_req信号无效之后，继续锁存为高电平输出信号，从而令到时钟门控信号gate为低电平状态输入至时钟门控单元（GC），MCU内核也由此持续处于休眠状态。当按键扫描模块扫描到有效按键触发，与唤醒相应的逻辑电路会使到寄存器R4的输出信号wake_latch为高电平输出状态。然后或门OR1的输出信号也由此变化高电平输出状态，输出至时钟门控单元（GC），从而将MCU内核工作时钟（clk_sys_gc）开启。在MCU内核被唤醒之后，sleep_latch信号马上被锁存为低电平输出状态。时钟门控信号gate也由此能够在唤醒请求结束之后，维持其高电平输出状态。

为了在唤醒MCU内核之后，能够及时撤除寄存器R4的高电平输出状态，使得MCU内核能够马上有效地响应休眠请求，将MCU内核的运行反馈信号（core_run）输入至功耗管理模块中。当MCU内核运行时为core_run信号为高电平，当MCU内核休眠时core_run信号为低电平。在功耗管理模块中，将core_run信号取反，连接到寄存器R2、R3的异步复位端。寄存器R2的D端连接到VDD上。当MCU内核被唤醒后，core_run变为高电平，寄存器R4被异步复位，它的输出信号wake_latch由高电平输出状态变为低电平输出状态。因此，在MCU内核被唤醒之后，功耗管理模有效应休眠请求，通过时钟门控单元关闭时钟clk_sys_gc，从而节省功耗。

一、本方案提供的方案能够用在键控类应用的MCU芯片设计中，实现MCU的休眠和唤醒处理，符合低功耗应用场合的要求。

二、当MCU内核由于有效按键触发而从休眠状态被唤醒后，可以马上接受MCU内核的休眠请求，并且实时响应，而不需要同步到低频的时钟上检测到内核已经运行之后（需要2个低频时钟周期）才能重新响应MCU内核的休眠请求。因此在应用场景中，可以节省功耗，符合更加严格的功耗要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种面向键控类应用的MCU芯片中低功耗管理方法，其特征在于，采用时钟门控单元根据功耗管理模块PMC输出的时钟门控信号对输入时钟做门控控制，得到处理后的时钟信号，采用按键扫描模块kscan扫描芯片外部按键阵列是否有按键被有效地触发，功耗管理模块接受MCU内核的休眠请求，产生时钟门控信号输出至时钟门控单元GC，从而将MCU内核工作时钟关闭，功耗管理模块接受按键扫描模块kscan的唤醒请求,产生时钟门控信号输出至时钟门控单元GC，从而将MCU内核工作时钟开启；功耗管理模块接收到MCU内核的休眠请求连接到寄存器R1的D端，MCU内核的休眠请求为一个脉冲信号，有效脉冲宽度为1个MCU内核时钟周期，当此脉冲信号有效请求时，寄存器R1的输出信号将锁存为高电平输出状态，此输出信号经过反相器取反之后，连接至或门OR1的输入端，或门OR1的另一个输入端连接至唤醒门控信号，在无有效的唤醒的情况下，唤醒门控信号为低电平，时钟门控信号gate为低电平状态输入至时钟门控单元GC，将MCU内核工作时钟关闭；将MCU内核的运行反馈信号输入至功耗管理模块中，当MCU内核运行时为运行反馈信号为高电平，当MCU内核休眠时运行反馈信号为低电平，在功耗管理模块中，将运行反馈信号取反，连接到寄存器R2、R3的异步复位端，寄存器R2的D端连接到VDD上，当MCU内核被唤醒后，运行反馈信号变为高电平，寄存器R4被异步复位，它的输出信号由高电平输出状态变为低电平输出状态，寄存器R2连接寄存器R3，寄存器R3连接寄存器R4。