CN108227893A - 串口控制器、微控制系统及微控制系统中的唤醒方法 - Google Patents

串口控制器、微控制系统及微控制系统中的唤醒方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种串口控制器，包括：第一时钟分频器，用于对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号，将第二频率的第一波特率时钟信号向数据发送电路；其中，第一频率与第二频率之比小于等于8；数据发送电路，用于基于接收的第二频率的第一波特率时钟信号，以第一工作模式串行将待处理数据向外部设备发送；数据接收电路，用于基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据；系统资源电路，与数据接收电路连接，用于根据数据接收电路接收的数据产生向外部设备发送的中断请求。本发明还公开了一种微控制系统及微控制系统中的唤醒方法。

Description

串口控制器、微控制系统及微控制系统中的唤醒方法
技术领域
本发明涉及电子电路技术，尤其是涉及一种串口控制器、微控制系统及微控制系统中的唤醒方法。
背景技术
在移动终端等电子设备中，芯片功耗是衡量电子设备性能的一个重要指标。在一些物联网应用终端中，一颗电池可能需要持续为该终端供电数年。这就对终端芯片的不断电区的低功耗设计提出了很高的要求，继而对终端芯片的基本组件的低功耗设计提出了很高的要求。
移动终端芯片一般会用到一个较低频的32.768KHz时钟源和一个高频的时钟源，其中高频时钟源的频率根据支持的网络类型可以选择13MHz、19.2MHz、26MHz、30.72MHz等频率，这个高频时钟源配合终端芯片内部锁相环PLL产生终端芯片所需的各种时钟。
芯片睡眠是经常使用到的一种降低功耗的机制，睡眠模式下为了降低功耗，可能关断除32.768KHz时钟源以外的时钟源。这种场景下，终端芯片可以实现的功能将受到很大限制。
串口是微控制系统中的常用接口，在低速数字通信中使用非常广泛。串口控制器一般采用通信速率16倍以上频率的工作时钟，例如，以1.8432MHz的工作时钟支持最高115200波特每秒的通信速率。当工作时钟切换到32.768KHz时，传统串口控制器可能无法以标准波特率和其它串行通信或者通信速率被限制到1200波特每秒，而1200波特每秒的通信速率将无法满足使用需求。因而，在使用传统串口控制器的微控制系统中，低功耗状态下串口控制器无法正常工作，微控制系统无法依据串行数据进行睡眠唤醒。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种串口控制器、微控制系统及微控制系统中的唤醒方法，以在低功耗状态下进行串行通信，并根据接收到的数据进行微控制系统的睡眠唤醒，降低了微控制系统的功耗。
为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种串口控制器，包括：第一时钟分频器，用于对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号，将所述第二频率的第一波特率时钟信号向数据发送电路输出；其中，所述第一频率与所述第二频率之比小于等于8；
数据发送电路，用于基于接收的第二频率的第一波特率时钟信号，以第一工作模式串行将待处理数据向外部设备发送；
数据接收电路，用于基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据；
系统资源电路，与所述数据接收电路连接，用于根据所述数据接收电路接收的数据产生向外部设备发送的中断请求。
上述方案中，所述串口控制器还包括接口逻辑和寄存器电路，所述接口逻辑和寄存器电路，与所述数据发送电路和数据接收电路连接，用于对数据发送电路和数据接收电路进行配置，使所述数据发送电路以第一工作模式或第二工作模式工作，使所述数据接收电路以第一工作模式或第二工作模式工作；
其中，数据发送电路以第二工作模式工作时，基于第三频率的第二波特率时钟信号串行接收外部设备发送的数据；
数据接收电路以第二工作模式工作时，基于第四频率的第二工作时钟信号串行接收外部设备发送的数据。
上述方案中，所述第一频率为32.768千赫兹kHz，对应地，所述第二频率大于等于4.098kHz。
上述方案中，所述第一频率与所述第二频率之比为3.5。
上述方案中，所述串口控制器还包括第二时钟分频器，用于对输入的第四频率的第二工作时钟信号进行分频处理，获得第三频率的第二波特率时钟信号，将所述第三频率的第二波特率时钟信号向数据发送电路输出。
本发明实施例提供了一种微控制系统，所述系统包括处理器、功耗管理电路以及上述技术方案中的串口控制器；
所述功耗管理电路，与所述串口控制器连接，用于根据所述串口控制器发出的中断请求向外部设备发送唤醒信号。
本发明实施例提供了一种微控制系统中的唤醒方法，所述方法包括：
对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号；其中，所述第一频率与所述第二频率之比小于等于8；
基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据；
根据接收的所述外部设备发送的所述数据产生中断请求，基于所述中断请求唤醒所述微控制系统。
上述方案中，所述基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据之前，所述方法还包括：
对所述数据接收电路配置基于第一频率的第一工作时钟信号。
上述方案中，所述方法还包括：
所述第一频率为32.768千赫兹kHz，对应地，所述第二频率大于等于4.098kHz。
上述方案中，所述第一频率与所述第二频率之比为3.5。
本发明实施例所提供的串口控制器、微控制系统及微控制系统中的唤醒方法，对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号；在低功耗模式下基于第一工作时钟信号接收串行数据，并根据数据接收电路接收的串行数据产生中断请求，用以唤醒睡眠中的微控制系统，可以实现在低功耗状态下进行串行通信，并依据串行数据进行微控制系统的睡眠唤醒，从而降低微控制系统的功耗。
附图说明
图1为本发明实施例串口控制器的组成结构示意图；
图2为本发明实施例微控制系统的组成结构示意图；
图3为本发明实施例微控制系统中的唤醒方法的实现流程图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
图1为本发明实施例串口控制器的组成结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种串口控制器，包括：
时钟分频器101，用于对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号，将第二频率的第一波特率时钟信号向数据发送电路输出；其中，第一频率与第二频率之比小于等于8。
数据发送电路103，用于基于接收的第二频率的第一波特率时钟信号，以第一工作模式串行将待处理数据向外部设备发送。
数据接收电路104，用于基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据。
系统资源电路105，与数据接收电路连接，用于根据数据接收电路接收的数据产生向外部设备发送的中断请求。
其中，系统资源电路与数据接收电路使用相同的工作时钟，可产生中断请求、DMA请求等。
其中，第一频率为32.768千赫兹(kHz)，对应地，第二频率大于等于4.098kHz。第一工作模式为低功耗模式，第一频率的第一工作时钟为低功耗模式下的工作时钟。
优选地，第一频率与第二频率之比为3.5，时钟分频器101为固定3.5分频关系的时钟分频器。第一频率为32.768kHz时，第二频率约为9362Hz，这里标称为9600Hz。
本发明实施例还包括接口逻辑和寄存器电路102，接口逻辑和寄存器电路102，与数据发送电路和数据接收电路连接，用于对数据发送电路和数据接收电路进行配置，使数据发送电路以第一工作模式或第二工作模式工作，使数据接收电路以第一工作模式或第二工作模式工作。
第二工作模式即为常规功耗模式。串口控制器工作在常规功耗模式时，作为工作时钟的第二工作时钟信号频率为1.8432Mhz以上，工作时钟和系统总线时钟互相异步。
其中，数据发送电路以第二工作模式工作时，基于第三频率的第二波特率时钟信号串行向外部设备发送数据；数据接收电路以第二工作模式工作时，基于第四频率的第二工作时钟信号串行接收外部设备发送的数据。
接口逻辑和寄存器电路实现系统总线对串口控制器的配置和状态回读。当串口控制器被配置在低功耗模式下时，数据发送电路103基于标称频率为9600Hz的第一波特率时钟信号串行发送数据。数据发送时每个周期移出一位，实际得到的波特率约为9362波特每秒，与标称值9600波特每秒的误差小于2.5％。一般的串口控制器都能容忍这种误差。
此时，数据接收电路104基于32.768kHz的第一工作时钟信号采样输入的9600波特每秒的信号。
本发明实施例中的数据接收电路和数据发送电路各包含一个深度可参数化定制的异步先入先出队列(FIFO)，该FIFO可工作在常规模式和低功耗模式下。
串口控制器还包括第二时钟分频器，用于对输入的第四频率的第二工作时钟信号进行分频处理，获得第三频率的第二波特率时钟信号，将第三频率的第二波特率时钟信号向数据发送电路输出。
第二工作时钟信号为常规功耗模式下的工作时钟，进行串行通信时，一般将13MHz、19.2MHz、26MHz、30.72MHz等高频的第二工作时钟信号进行分频处理，以获得串行发送数据的第二波特率时钟信号。第四频率与第三频率之比为16时，第二工作时钟信号为1.8432Mhz即可以支持最高115200波特每秒的串行通信速率。
第二波特率时钟信号也可以由串口控制器外部输入。
系统资源电路105根据数据接收电路104接收到的数据产生向外部设备发送的中断请求时，中断源可以为起始位中断或唤醒字符中断。采用起始位中断时，系统资源电路105检测到数据的起始位后即产生中断申请；采用唤醒字符中断时，系统资源电路105检测到数据中的预先指定的唤醒字符后即产生中断申请。
本发明实施例所提供的串口控制器，对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号；在低功耗模式下基于第一工作时钟信号接收串行数据，并根据数据接收电路接收的串行数据产生中断请求，用以唤醒睡眠中的微控制系统，可以实现在低功耗状态下进行串行通信，并依据串行数据进行微控制系统的睡眠唤醒，从而降低微控制系统的功耗。
如图2所示，本发明实施例提供一种微控制系统，包括处理器(图中未示出)、功耗管理电路201以及上述技术方案中的串口控制器100。其中，功耗管理电路201与串口控制器连接，用于根据串口控制器发出的中断请求向外部设备发送唤醒信号。
其中，外部设备中的唤醒电路接收唤醒信号后，对处理器进行唤醒操作。例如，处理器在掉电状态时，可先给处理器上电，再对处理器进行唤醒。
如图2所示，微控制系统200包含有多个电源域，包含不断电区210和可断电区221、可断电区222、可断电区223、可断电区224、可断电区225和可断电区226。其中，功耗管理电路201和串口控制器100位于不断电区210。微控制系统处于睡眠状态中时，不断电区可设置在低功耗模式下，并可以根据需要关断可断电区中的一个或多个。
集成本发明实施例中的串口控制器的微控制系统，串口控制器100的中断请求信号可发送到功耗管理电路201中用作唤醒请求，实现串口唤醒功能。在微控制系统处于睡眠状态中时，系统高频的第二工作时钟可以关断，因为工作时钟和系统总线时钟异步，系统总线时钟也可以关断，仅依靠第一工作时钟就可以接收串行数据直至接收FIFO溢出，只要在FIFO溢出前从睡眠中恢复就可以不丢失任何数据。因此，微控制系统处于睡眠状态时动态功耗可降到很低。
本发明实施例所提供的微控制系统，可以实现在低功耗状态下进行串行通信，并根据串行数据进行微控制系统的睡眠唤醒，从而降低微控制系统的功耗。
如图3所示，本发明实施例提供一种微控制系统中的唤醒方法，该方法包括：
步骤301，对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号；其中，第一频率与第二频率之比小于等于8。
步骤302，基于第一频率的第一时钟时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据。
步骤303，根据接收的外部设备发送的数据产生中断请求，基于中断请求唤醒微控制系统。
其中，第一频率为32.768kHz，对应地，第二频率大于等于4.098kHz。第一工作模式为低功耗模式，第一频率的第一工作时钟为低功耗模式下的工作时钟。
优选地，第一频率与第二频率之比为3.5，时钟分频器101为固定3.5分频关系的时钟分频器。相对应地，第二频率约为9362Hz，这里标称为9600Hz。
在唤醒微控制系统前，对数据接收电路配置基于第一频率的第一工作时钟信号。
此时，微控制系统工作在第一工作模式即低功耗模式下，当微控制系统被配置在低功耗模式下时，数据接收电路104基于32.768kHz的第一工作时钟信号串行接收标称波特率为9600波特每秒的输入流。
此时，根据接收的数据产生中断请求后，基于该中断请求可唤醒微控制系统。
根据数据接收电路104接收到的数据产生向外部设备发送的中断请求时，中断源可以为起始位中断或唤醒字符中断。采用起始位中断时，检测到串行数据的起始位后即产生中断申请；采用唤醒字符中断时，检测到串行数据中的预先指定的唤醒字符后即产生中断申请。
本发明实施例所提供的微控制系统中的唤醒方法，使用可以实现在低功耗状态下进行串行通信的串口控制器，串口控制器根据接收到的串行数据产生中断请求，微控制系统依据串行数据进行微控制系统的睡眠唤醒，降低了微控制系统的功耗。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种串口控制器，其特征在于，包括：
第一时钟分频器，用于对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号，将所述第二频率的第一波特率时钟信号向数据发送电路输出；其中，所述第一频率与所述第二频率之比小于等于8；
数据发送电路，用于基于接收的第二频率的第一波特率时钟信号，以第一工作模式串行将待处理数据向外部设备发送；
数据接收电路，用于基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据；
系统资源电路，与所述数据接收电路连接，用于根据所述数据接收电路接收的数据产生向外部设备发送的中断请求。
2.根据权利要求1所述的串口控制器，其特征在于，所述串口控制器还包括接口逻辑和寄存器电路，所述接口逻辑和寄存器电路，与所述数据发送电路和数据接收电路连接，用于对数据发送电路和数据接收电路进行配置，使所述数据发送电路以第一工作模式或第二工作模式工作，使所述数据接收电路以第一工作模式或第二工作模式工作；
其中，数据发送电路以第二工作模式工作时，基于第三频率的第二波特率时钟信号串行接收外部设备发送的数据；
数据接收电路以第二工作模式工作时，基于第四频率的第二工作时钟信号串行接收外部设备发送的数据。
3.根据权利要求1或2所述的串口控制器，其特征在于，所述第一频率为32.768千赫兹kHz，对应地，所述第二频率大于等于4.098kHz。
4.根据权利要求3所述的串口控制器，其特征在于，所述第一频率与所述第二频率之比为3.5。
5.根据权利要求4所述的串口控制器，其特征在于，所述串口控制器还包括第二时钟分频器，用于对输入的第四频率的第二工作时钟信号进行分频处理，获得第三频率的第二波特率时钟信号，将所述第三频率的第二波特率时钟信号向数据发送电路输出。
6.一种微控制系统，其特征在于，所述系统包括处理器、功耗管理电路以及权利要求1至5任一项所述的串口控制器；
所述功耗管理电路，与所述串口控制器连接，用于根据所述串口控制器发出的中断请求向外部设备发送唤醒信号。
7.一种微控制系统中的唤醒方法，其特征在于，所述方法包括：
对输入的第一频率的第一工作时钟信号进行分频处理，获得第二频率的第一波特率时钟信号；其中，所述第一频率与所述第二频率之比小于等于8；
基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据；
根据接收的所述外部设备发送的所述数据产生中断请求，基于所述中断请求唤醒所述微控制系统。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于第一频率的第一工作时钟信号，以第一工作模式串行接收外部设备发送的数据之前，所述方法还包括：
对所述数据接收电路配置基于第一频率的第一工作时钟信号。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述第一频率为32.768千赫兹kHz，对应地，所述第二频率大于等于4.098kHz。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一频率与所述第二频率之比为3.5。
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