CN113268448A - 笔记本嵌入式控制器及其设计的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种笔记本嵌入式控制器，该设备包括：现场可编程逻辑门阵列，与操作系统连接，现场可编程逻辑门阵列包括随机存取存储器，现场可编程逻辑门阵列通过随机存取存储器与操作系统进行数据交互；单片机，单片机与随机存取存储器连接，单片机与外围设备连接，单片机用于对笔记本嵌入式控制器和外围设备进行逻辑控制；其中，随机存取存储器用于操作系统、现场可编程逻辑门阵列和单片机之间的数据交互。实现了笔记本嵌入式控制器的国产化，摒弃了现有的笔记本嵌入式控制器硬件平台的专用型，降低了笔记本嵌入式控制器的设计难度，降低了设计门槛。本公开实施例还公开了一种笔记本嵌入式控制器设计的方法。

Description

笔记本嵌入式控制器及其设计的方法

技术领域

本发明涉及笔记本设计技术领域，尤其涉及一种笔记本嵌入式控制器及其设计的方法。

背景技术

笔记本嵌入式控制器，具备键盘控制器的作用，还具有协助操作系统对周边部件进行控制和信息获取的作用，笔记本嵌入式控制器是笔记本的重要组成部分，也是笔记本设计的一项关键技术。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：现有的笔记本嵌入式控制器为专用产品，设计难度大。

发明内容

本公开实施例提供了一种笔记本嵌入式控制器及其设计的方法，以解决现有的笔记本嵌入式控制器为专用产品，设计难度大的技术问题。

第一方面，提供了一种笔记本嵌入式控制器，该设备包括：现场可编程逻辑门阵列，与操作系统连接，所述现场可编程逻辑门阵列包括随机存取存储器，所述现场可编程逻辑门阵列通过所述随机存取存储器与所述操作系统进行数据交互；单片机，所述单片机与所述随机存取存储器连接，所述单片机与外围设备连接，所述单片机用于对所述笔记本嵌入式控制器和所述外围设备进行逻辑控制；其中，所述随机存取存储器用于所述操作系统、所述现场可编程逻辑门阵列和所述单片机之间的数据交互。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述现场可编程逻辑门阵列包括通用型输入输出端口，所述现场可编程逻辑门阵列通过所述通用型输入输出端口与所述操作系统进行数据交互。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述现场可编程逻辑门阵列与键盘和触摸板连接，所述现场可编程逻辑门阵列获取所述键盘和所述触摸板的输入信息，所述现场可编程逻辑门阵列将所述输入信息传输至所述操作系统。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述单片机与外围设备连接包括，所述单片机与模数转换芯片连接，所述单片机与电源设备连接。

第二方面，提供了一种前述的笔记本嵌入式控制器设计的方法，该方法包括，所述现场可编程逻辑门阵列和所述单片机通过读取所述随机存取存储器内的数据，进行相应的控制，所述现场可编程逻辑门阵列和所述单片机将控制信息写入所述随机存取存储器；所述现场可编程逻辑门阵列控制外部电源的通断和按照时序依次将各电源上电；所述单片机获取部件的温度信息和电源信息，所述单片机根据获取到的所述温度信息和所述电源信息对相应部件进行控制。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述现场可编程逻辑门阵列控制外部电源的通断，进一步包括，在笔记本开机状态下，所述现场可编程逻辑门阵列获取来自所述操作系统的外部电源控制指令，所述现场可编程逻辑门阵列根据所述外部电源控制指令对外部电源进行控制。

结合第二方面，在第二方面的第二种可能的实现方式中，所述现场可编程逻辑门阵列按照时序依次将各电源上电，进一步包括，在笔记本关机状态下，所述现场可编程逻辑门阵列通过获取到的键盘的按键操作、挂起到内存状态、挂起到硬盘状态或者关机状态，按照时序依次将各电源上电。

结合第二方面，在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述单片机获取部件的温度信息，所述单片机根据获取到的所述温度信息对相应部件进行控制，进一步包括，当温度过高时，所述单片机控制风扇转速，当温度过低时，所述单片机进行加热控制。

结合第二方面，在第二方面的第四种可能的实现方式中，所述单片机获取部件的电源信息，所述单片机根据获取到的所述电源信息对相应部件进行控制，进一步包括，所述单片机根据获取到的所述电源信息，得到锂电池的状态，所述单片机对所述锂电池进行充电控制。

结合第二方面，在第二方面的第五种可能的实现方式中，前述的笔记本嵌入式控制器设计的方法还包括，所述可编程逻辑门阵列获取来自所述操作系统的指示灯信息，所述可编程逻辑门阵列根据所述指示灯信息对相应的指示灯进行控制。

本公开实施例提供的笔记本嵌入式控制器及其设计的方法，可以实现以下技术效果：

提供了一种自主可控、通用且方便的笔记本嵌入式控制器及其设计的方法，实现了笔记本嵌入式控制器的国产化，摒弃了现有的笔记本嵌入式控制器硬件平台的专用型，降低了笔记本嵌入式控制器的设计难度，降低了设计门槛。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1为本公开实施例提供的笔记本嵌入式控制器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

笔记本嵌入式控制器功能实现分两部分，一部分是嵌入式控制器独立控制的功能，其中，包括指示灯控制和风扇控制等；另一部分是嵌入式控制器与基本输入输出系统(Basic Input Output System，简称BIOS)和操作系统共同控制的功能，包括键盘特殊功能键控制、电池电量信息的上位机显示和电源管理等功能控制，此部分功能需要与操作系统完成信息交互。

图1是本公开实施例提供的笔记本嵌入式控制器的结构示意图。如图1所示，本公开实施例提供了一种笔记本嵌入式控制器，该设备包括，现场可编程逻辑门阵列1(FieldProgrammable Gate Array，简称FPGA)，与操作系统连接，FPGA11包括随机存取存储器111(Random Access Memory，简称RAM)，FPGA11通过RAM111与操作系统进行数据交互；单片机12，单片机12与RAM111连接，单片机12与外围设备连接，单片机12用于对操作系统和外围设备进行逻辑控制，其中，RAM用于操作系统、FPGA和单片机之间的数据交互。

本公开实施例提供的笔记本嵌入式控制器，可以实现以下技术效果：提供了一种自主可控、通用且方便的笔记本嵌入式控制器及其设计的方法，实现了笔记本嵌入式控制器的国产化，摒弃了现有的笔记本嵌入式控制器硬件平台的专用型，降低了笔记本嵌入式控制器的设计难度，降低了设计门槛。其中，FPGA和单片机可以采用通用芯片，这样，在国内易获得且生产成本较低。

在一些实施例中，FPGA包括通用型输入输出端口(General-purpose input/output，简称GPIO)，FPGA通过GPIO端口与操作系统进行数据交互。这样，FPGA通过GPIO端口实现LPC(Low pin count Bus)总线时序，可以实现FPGA与操作系统间的通信。

在一些实施例中，FPGA11与键盘112和触摸板113连接，FPGA11获取键盘112和触摸板113的输入信息，FPGA11将输入信息传输至操作系统。FPGA11通过对键盘112和触摸板113的扫描获取键值，将键值通过LPC总线传输至操作系统。其中，键盘可以是矩阵键盘。这样，可以实现键盘和触摸板对操作系统信息的输入。

在一些实施例中，单片机12与外围设备连接包括，单片机12与模数转换芯片(Analog to Digital Converters，简称A/D芯片)连接，单片机12与电源设备连接。其中，单片机12通过I2C总线(Inter－Integrated Circuit)外接A/D芯片；单片机与电源设备之间可以通过系统管理总线(System Management Bus,简称SMBus)连接。这样，可以实现对主要芯片和零部件的温度和电源电压信息的采集。

本公开实施例还提供了一种前述的笔记本嵌入式控制器设计的方法，包括，FPGA和单片机通过读取RAM内的数据，进行相应的控制，FPGA和单片机将控制信息写入RAM；FPGA控制外部电源的通断和按照时序依次将各电源上电；单片机获取部件的温度信息和电源信息，单片机根据获取到的温度信息和电源信息对相应部件进行控制。其中，操作系统将命令和数据存放至RAM，然后由FPGA和单片机读取RAM数据进行相应的控制；FPGA和单片机将数据写入RAM，操作系统读取RAM数据后进行上位机显示。这样，实现了操作系统、单片机和FPGA三者的信息交互。

在一些实施例中，FPGA控制外部电源的通断，进一步包括，在笔记本开机状态下，FPGA获取来自操作系统的外部电源控制指令，FPGA根据外部电源控制指令对外部电源进行控制。其中，在笔记本开机状态下，FPGA通过获取来自操作系统的待机、休眠或者关机等控制指令，控制外部电源的通断，从而实现笔记本待机、休眠或者关机等操作。

在一些实施例中，FPGA按照时序依次将各电源上电，进一步包括，在笔记本关机状态下，FPGA通过获取到的键盘的按键操作、挂起到内存(Suspend to RAM，简称S3)状态、挂起到硬盘(Suspend to Disk，简称S4)状态或者关机(Shutdown，简称S5)状态，按照时序依次将各电源上电。其中，键盘的按键操作包括，开机按键操作。这样，FPGA对上主要实现与操作系统之间的通信，对下主要实现键盘的扫描、PS/2接口触摸板、上电时序114、待机时序115、关机时序116、休眠时序117或者LED指示灯118的控制。

在一些实施例中，单片机12获取部件的温度信息123，单片机12根据获取到的温度信息123对相应部件进行控制进一步包括，当温度过高时，单片机12控制风扇转速，当温度过低时，单片机12进行加热控制。其中，当温度过高时，单片机通过脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation，简称PWM)进行风扇管理121控制风扇的转速，并通过内部定时器对风扇转速进行检测，将风扇转速控制在合理的范围内，这样，在满足散热的同时还可以有效降低风扇转动产生的噪声。当温度过低时，单片机对笔记本内部零部件进行加热管理122，使得笔记本可以在低温环境中正常工作。

在一些实施例中，单片机获取部件的电源信息，单片机12根据获取到的电源信息对相应部件进行控制进一步包括，单片机12根据获取到的电源信息，得到锂电池的状态，单片机对锂电池进行充电控制124。单片机检测锂电池的插入状态，如果检测到锂电池存在，单片机通过SMBus读取锂电池的充放电状态、电池剩余百分比电量、电池充满电量、剩余电量、电池温度、电池电流或者电池电压等信息；单片机还通过SMBus实现对充电管理芯片的控制，通过设置充电管理芯片的充电电压和充电电流等参数，实现对锂电池的充电管理，单片机将电池插入状态信号传输至FPGA，FPGA通过系统中断控制信号(System ControlInterrupt，简称SCI信号)将电池插入状态信号传输至操作系统，使得操作系统能够快速地检测到电池的状态，完成相应的充电控制124和电池管理127。单片机在实现电池管理和充电管理的同时，根据电池的状态实时通过GPIO端口实现对电源状态指示灯125的控制。这样，单片机12通过温度信息123检测、电压检测126、风扇管理121、低温加热管理122、充电控制124、电池管理127、或者电源状态指示灯125控制，可以实现对系统和外围设备的逻辑控制。单片机将相关的温度、电源电压或者电池状态等数据写入RAM，操作系统通过FPGA的LPC接口读取信息后进行上位机显示。

在一些实施例中，前述的笔记本嵌入式控制器设计的方法，还包括，FPGA获取来自操作系统的指示灯信息，FPGA根据指示灯信息对相应的指示灯进行控制。其中，指示灯信息包括，数字状态指示灯信息和大写字母状态指示灯信息。具体包括：FPGA获取来自操作系统的数字状态指示灯信息，FPGA根据数字状态指示灯信息控制数字状态指示灯；FPGA获取来自操作系统的大写字母状态指示灯信息，FPGA根据大写字母状态指示灯信息控制大写字母状态指示灯。前述的方法还包括：FPGA获取来自操作系统的显示屏背光亮度数值信息，FPGA根据显示屏背光亮度数值信息控制显示屏背光亮度。其中，操作系统将数字状态指示灯信息、字母大写状态指示灯信息或者显示屏背光亮度数值信息写入RAM，FPGA根据RAM内的数据控制相应的数字状态指示灯、大写字母状态指示灯或者显示屏背光亮度。其中，FPGA可以通过PWM的输出控制显示屏背光亮度。

在一些实施例中，FPGA将SCI中断信号传输至操作系统，可以将笔记本合盖状态或者键盘快捷键等操作信息传输至操作系统，提高了操作系统的实时性，以便操作系统能够快速执行相应的待机或者键盘管理流程。

如图1所示，在一些实施例中，操作系统3包括：应用程序31、操作系统驱动程序32和内核33，其中，应用程序31包括但不限于，锂电池电量监控程序311、高级配置和电源管理接口(Advanced Configuration and Power Management Interface，简称ACPI)开关机检测程序312和键盘事件响应程序313；操作系统驱动程序32包括但不限于，ACPI驱动程序321、锂电池电量驱动程序322和键盘驱动程序323；内核33包括但不限于，操作系统内核331。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种笔记本嵌入式控制器，其特征在于，包括：

现场可编程逻辑门阵列，所述现场可编程逻辑门阵列包括随机存取存储器，所述现场可编程逻辑门阵列通过所述随机存取存储器与操作系统进行数据交互；

单片机，所述单片机与所述随机存取存储器连接，所述单片机与外围设备连接，所述单片机用于对所述笔记本嵌入式控制器和所述外围设备进行逻辑控制；

其中，所述随机存取存储器用于所述操作系统、所述现场可编程逻辑门阵列和所述单片机之间的数据交互。

2.根据权利要求1所述的笔记本嵌入式控制器，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列包括通用型输入输出端口，所述现场可编程逻辑门阵列通过所述通用型输入输出端口与所述操作系统进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的笔记本嵌入式控制器，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列与键盘和触摸板连接，所述现场可编程逻辑门阵列获取所述键盘和所述触摸板的输入信息，所述现场可编程逻辑门阵列将所述输入信息传输至所述操作系统。

4.根据权利要求1所述的笔记本嵌入式控制器，其特征在于，所述单片机与外围设备连接包括，所述单片机与模数转换芯片连接，所述单片机与电源设备连接。

5.一种如权利要求1至4中任一项所述的笔记本嵌入式控制器设计的方法，其特征在于，包括，

所述现场可编程逻辑门阵列和所述单片机通过读取所述随机存取存储器内的数据，进行相应的控制，所述现场可编程逻辑门阵列和所述单片机将控制信息写入所述随机存取存储器；

所述现场可编程逻辑门阵列控制外部电源的通断和按照时序依次将各电源上电；

所述单片机获取部件的温度信息和电源信息，所述单片机根据获取到的所述温度信息和所述电源信息对相应部件进行控制。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列控制外部电源的通断，进一步包括，在笔记本开机状态下，所述现场可编程逻辑门阵列获取来自所述操作系统的外部电源控制指令，所述现场可编程逻辑门阵列根据所述外部电源控制指令对外部电源进行控制。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述现场可编程逻辑门阵列按照时序依次将各电源上电，进一步包括，在笔记本关机状态下，所述现场可编程逻辑门阵列通过获取到的键盘的按键操作、挂起到内存状态、挂起到硬盘状态或者关机状态，按照时序依次将各电源上电。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述单片机获取部件的温度信息，所述单片机根据获取到的所述温度信息对相应部件进行控制，进一步包括，当温度过高时，所述单片机控制风扇转速，当温度过低时，所述单片机进行加热控制。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述单片机获取部件的电源信息，所述单片机根据获取到的所述电源信息对相应部件进行控制，进一步包括，所述单片机根据获取到的所述电源信息，得到锂电池的状态，所述单片机对所述锂电池进行充电控制。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括，

所述可编程逻辑门阵列获取来自所述操作系统的指示灯信息，所述可编程逻辑门阵列根据所述指示灯信息对相应的指示灯进行控制。

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