CN116126117A - 一种片上功耗自动管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种片上功耗自动管理系统及方法，涉及片上系统芯片技术领域，包括：电源管理模块，提供第一供电输出向功耗控制模块供电，功耗控制模块在上电稳定控制电源管理模块提供第二供电输出向片上组件强驱动供电，使得片上组件工作在正常工作模式；功耗控制模块根据片上组件反馈的第一信号控制电源管理模块向片上组件弱驱动供电，使得片上组件进入第一低功耗模式，以及根据片上组件反馈的第二信号控制电源管理模块关闭第二供电输出，使得片上组件进入第二低功耗模式；功耗控制模块接收到唤醒信号时控制片上组件在第一低功耗模式下执行中断唤醒，以及在第二低功耗模式下执行复位唤醒。有益效果是实现片上系统由软硬件协同实现自动化功耗管理。

Description

一种片上功耗自动管理系统及方法

技术领域

本发明涉及片上系统芯片技术领域，尤其涉及一种片上功耗自动管理系统及方法。

背景技术

随着手持电子设备成为消费类电子主流，应用对片上系统芯片的功耗开销控制越趋苛刻：一方面，随着对电子设备的小体积、高性能需求不断提升，而系统电源供应只能使用能量有限的电池，供给之间的矛盾日益突出。另一方面，电子设备多待机模式、长待机应用特点，也为片上系统提供出更为灵活的功耗管理的要求，即在满足应用程序对性能需求及应用灵活性的前提下，尽可能的降低待机时功耗，以延长设备的待机时间。

现有技术中，不乏通过片上多电源管理、时钟门控等技术，实现对片上系统动态功耗的管理，例如，发明专利CN113253824A公布了一种基于RISC-V内核的MCU系统、供电方法以及终端设备，通过主电源和副电源两个电源管理，基于关断电源的方式降低片上系统功耗。发明专利CN106371549A公布了一种应用于MCU系统的超低功耗时钟控制方法，通过门控时钟技术，降低片上系统功耗。然而现有技术中，多在单个技术领域内解决问题，例如关断电源或者关断时钟，但并未能实现对片上功耗的自动化系统管理，如与待机应用相关的功耗模式管理及模式唤醒管理等。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种片上功耗自动管理系统，包括：电源管理模块，所述电源管理模块上电后提供一第一供电输出；功耗控制模块，由所述第一供电输出供电，并在上电稳定后输出一强供电信号，以控制所述电源管理模块提供一第二供电输出向一片上组件进行强驱动供电，使得所述片上组件工作在一正常工作模式；所述片上组件用于在所述正常工作模式下配置一第一低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈一第一信号；所述功耗控制模块用于根据所述第一信号输出一弱供电信号，以控制所述电源管理模块通过所述第二供电输出向所述片上组件进行弱驱动供电，进而使得所述片上组件进入一第一低功耗模式；所述片上组件还用于在所述正常工作模式下配置一第二低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈一第二信号；所述功耗控制模块还用于根据所述第二信号生成一掉电信号，以控制所述电源管理模块关闭所述第二供电输出，进而使得所述片上组件进入一第二低功耗模式；所述功耗控制模块还用于在所述第一低功耗模式下接收到一唤醒信号时，生成所述强供电信号并向所述片上组件发送至一中断请求，以控制所述片上组件执行中断唤醒，恢复到所述正常工作模式，以及在所述第二低功耗模式下接收到所述唤醒信号时，生成所述强供电信号并向所述片上组件发送一复位请求，以控制所述片上组件执行复位唤醒，恢复到所述正常工作模式。

优选的，所述功耗控制模块包括一低功耗模式控制组件，所述低功耗模式控制组件包括：第一控制单元，用于由所述第一供电输出供电并上电稳定后向所述电源管理模块发送所述强供电信号；第二控制单元，用于在所述电源管理模块根据所述强供电信号向所述片上组件进行强驱动供电后，向所述片上组件发送一时钟使能信号和一复位信号，以使得所述片上组件上电复位以工作在一第一时钟下，进而在上电稳定后工作在所述正常工作模式下；第三控制单元，连接所述第二控制单元，用于在所述正常工作模式下接收到所述第一信号时，向所述片上组件发送一时钟关闭信号，以控制所述片上组件关闭所述第一时钟，同时向所述电源管理模块发送所述弱驱动信号，以控制所述片上组件进入所述第一低功耗模式；第四控制单元，连接所述第三控制单元，用于在所述第一低功耗模式下接收到所述唤醒信号时，向所述电源管理组件发送所述强驱动信号，以及向所述片上组件发送所述时钟使能信号，随后向所述片上组件保持发送所述中断请求；第五控制单元，用于在接收到所述片上组件基于所述中断请求给出的中断响应时，向所述片上组件发送一解除中断保持信号，以控制所述片上组件执行中断唤醒，恢复所述正常工作模式；第六控制单元，连接所述第二控制单元，用于在所述正常工作模式下接收到所述第二信号时，向所述电源管理模块发送所述掉电信号，以控制所述片上组件进入所述第二低功耗模式；第七控制单元，连接所述第六控制单元，用于在所述第二低功耗模式下接收到所述唤醒信号时，向所述电源管理组件发送所述强驱动信号，以及向所述片上组件发送所述时钟使能信号和所述复位请求；所述片上组件根据所述时钟使能信号稳定工作在所述第一时钟下后，响应所述复位请求执行复位唤醒，恢复所述正常工作模式。

优选的，所述功耗控制模块还包括：信号输入引脚，分别连接外部的一唤醒源和所述低功耗模式控制组件，用于接收所述唤醒源触发的所述唤醒信号并发送至所述低功耗模式控制组件；时钟源，连接所述低功耗模式控制组件，用于提供一第二时钟，以使得所述低功耗模式控制组件工作在所述第二时钟下；片上复位组件，连接所述低功耗模式控制组件，用于所述电源管理模块上电并由所述第一供电输出供电时，输出一上电复位信号；所述低功耗模式控制组件根据所述上电复位信号进行上电复位后稳定工作在所述第二时钟下。

优选的，所述时钟源为低频时钟源，对应提供的所述第二时钟为低频时钟。

优选的，所述片上组件包括：控制部件，连接一核心部件，用于接收并根据所述时钟使能信号产生所述第一时钟，以及接收并根据所述复位信号产生一核心复位信号，以使得所述核心部件上电复位以工作在所述第一时钟下，进而在上电稳定后工作在所述正常工作模式下；所述核心部件还用于在所述正常工作模式下遇到所述第一低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈所述第一信号并进入所述第一低功耗模式，以及遇到所述第二低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈所述第二信号并进入所述第二低功耗模式；所述核心部件还用于接收所述中断请求和所述解除中断保持信号,以及给出所述中断响应。

优选的，所述第一时钟为高频时钟。

优选的，所述核心部件包括一处理器，由所述处理器配置所述第一低功耗指令和所述第二低功耗指令。

优选的，所述功耗控制模块和所述片上组件分别工作在两个电源域，两个所述电源域分别对应所述第一供电输出和所述第二供电输出。

本发明提供一种片上功耗自动管理方法，应用于上述的片上功耗自动管理系统，所述片上功耗自动管理方法包括：步骤S1，所述电源管理模块上电后提供一第一供电输出；步骤S2，所述功耗控制模块由所述第一供电输出供电，并在上电稳定后输出一强供电信号，以控制所述电源管理模块提供一第二供电输出向一片上组件进行强驱动供电，使得所述片上组件工作在一正常工作模式；步骤S3，所述片上组件在所述正常工作模式下是否遇到低功耗指令：若否，则返回所述步骤S3；则是，则转向步骤S4；步骤S4，所述片上组件判断所述低功耗指令的类型：若所述类型为第一低功耗指令，则向所述功耗控制模块反馈一第一信号，随后转向步骤S5；若所述类型为第二低功耗指令，则向所述功耗控制模块反馈一第二信号，随后转向步骤S7；步骤S5，所述功耗控制模块根据所述第一信号输出一弱供电信号，以控制所述电源管理模块通过所述第二供电输出向所述片上组件进行弱驱动供电，进而使得所述片上组件进入一第一低功耗模式；步骤S6，所述功耗控制模块在所述第一低功耗模式下是否接收到一唤醒信号：若否，则保持所述第一低功耗模式，随后返回所述步骤S6；若是，则所述功耗控制模块生成所述强供电信号并向所述片上组件发送至一中断请求，以控制所述片上组件执行中断唤醒，恢复到所述正常工作模式，随后返回所述步骤S3；步骤S7，所述功耗控制模块根据所述第二信号生成一掉电信号，以控制所述电源管理模块关闭所述第二供电输出，进而使得所述片上组件进入一第二低功耗模式；步骤S8，所述功耗控制模块在所述第二低功耗模式下是否接收到所述唤醒信号：若否，则保持所述第二低功耗模式，随后返回所述步骤S8；若是，则所述功耗控制模块生成所述强供电信号并向所述片上组件发送一复位请求，以控制所述片上组件执行复位唤醒，恢复到所述正常工作模式，随后返回所述步骤S3。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：1）在无需操作系统的应用场景下，实现在片上系统由软硬件协同实现自动化功耗管理，能够提供自动、安全的片上时钟、电源和唤醒管理功能，为应用提供经济、灵活的自动功耗管理；2）能够同时实现两种低功耗模式和两种模式唤醒方式，适用于不同应用场景，能够更方便地为应用提供灵活选择；3）仅需要处理器参与模式配置，一般情况下，由一条配置指令即可实现，整个低功耗的模式切换和模式唤醒所涉及的时钟控制、供电管理、中断唤醒、复位唤醒，均由系统自动完成，同时还可以灵活增加模式控制，方便地移植到更多低功耗模式定义的系统应用中。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种片上功耗自动管理系统的整体结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，一种片上功耗自动管理系统的具体结构示意图；

图3为本发明的较佳的实施例中，POWER_DOMAINB_OFF的生成逻辑结构示意图；

图4为本发明的较佳的实施例中，POWER_DOMAINB_OFF的生成逻辑结构的时序图；

图5为本发明的较佳的实施例中，功耗控制模块的结构示意图；

图6为本发明的较佳的实施例中，一种片上功耗自动管理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种片上功耗自动管理系统，如图1至图2所示，包括：电源管理模块100，电源管理模块00上电后提供一第一供电输出VDD_A；功耗控制模块200，由第一供电输出VDD_A供电，并在上电稳定后输出一强供电信号，以控制电源管理模块100提供一第二供电输出VDD_B向一片上组件300进行强驱动供电，使得片上组件300工作在一正常工作模式；片上组件300用于在正常工作模式下配置一第一低功耗指令时，向功耗控制模块200反馈一第一信号；功耗控制模块200用于根据第一信号输出一弱供电信号，以控制电源管理模块100通过第二供电输出VDD_B向片上组件300进行弱驱动供电，进而使得片上组件300进入一第一低功耗模式；片上组件300还用于在正常工作模式下配置一第二低功耗指令时，向功耗控制模块200反馈一第二信号；功耗控制模块200还用于根据第二信号生成一掉电信号，以控制电源管理模块100关闭第二供电输出VDD_B，进而使得片上组件300进入一第二低功耗模式；功耗控制模块200还用于在第一低功耗模式下接收到一唤醒信号时，生成强供电信号并向片上组件300发送至一中断请求，以控制片上组件300执行中断唤醒，恢复到正常工作模式，以及在第二低功耗模式下接收到唤醒信号时，生成强供电信号并向片上组件300发送一复位请求，以控制片上组件300执行复位唤醒，恢复到正常工作模式。

具体地，本技术方案适用于基于处理器的片上系统的功耗自动管理。本实施例中，功耗控制模块200和片上组件300分别工作在两个电源域，两个电源域分别为POWER_DOMAINA电源域，对应第一供电输出VDD_A，POWER_DOMAINB电源域，对应第二供电输出VDD_B。同时，功耗控制模块200和片上组件300分别工作在两个时钟域下，优选的，片上组件作为实现功耗自动管理的配置主体，为片上功耗的主要开销者，包括处理器、片上主存、通信外设、接口外设等，为确保片上系统的性能，其工作在高频时钟H_CLK下，当长时间不需要片上系统工作时，应将其功耗开销控制至最低，本技术方案中，通过自动控制器对应的第二供电输出VDD_B以及工作时钟H_CLK，实现低功耗目标；功耗控制模块200作为实现功耗自动管理的控制主体，在片上系统的整个工作过程中，处于常上电状态，其工作在低频时钟L_CLK下，使得系统能够获得更低的功耗开销，可实现对片上系统进行自动功耗模式管理和模式唤醒。其中，功耗模式包括三种，分别为正常工作模式，第一低功耗模式和第二低功耗模式，三种功耗模式下片上系统的功耗开销依次降低。上述模式唤醒，是指通过唤醒源触发，控制片上系统从低功耗模式返回正常工作模式的行为。

本实施例中，针对不同低功耗模式，提供不同模式唤醒方式，即第一低功耗模式的模式唤醒方式为中断唤醒，模式唤醒后片上系统支持从中断服务程序中开始运行，退出中断服务程序后，片上系统可从进入第一低功耗模式的断点处开始继续运行，保持系统在正常工作模式和第一低功耗模式下的功能连续性。第二低功耗模式的模式唤醒方式为复位唤醒，模式唤醒后片上系统从复位开始运行，第二低功耗模式模式唤醒后，系统重新开始执行，与之前的运行状态再无继承性，但相较第一低功耗模式，第二低功耗模式下可以获得更低的功耗开销。本技术方案的唤醒源来自片上系统的输入端口，在不同的低功耗模式下，使用同一唤醒源，就可自动实现片上系统唤醒后，从中断服务程序继续执行，或是从系统复位开始执行。本技术方案可以同时实现两种低功耗模式和两种模式唤醒方式，以适用于不同应用场景，从而更方便地为应用提供灵活选择。

进一步具体地，本实施例中，如图2所示，电源管理模块100具有两个输入POWER_DOMAINB_OFF和POWER_DOMAINB_STANDY，分别来自功耗控制模块200的输出。电源管理模块100具有两个供电输出，分别为VDD_A和VDD_B，其中，VDD_A为常有效输出，VDD_B的输出状态有电源管理模块100的两个输入控制，POWER_DOMAINB_OFF和POWER_DOMAINB_STANDY的不同组合形成强驱动信号、弱驱动信号和掉电信号。其具体逻辑关系可以为：POWER_DOMAINB_OFF为低电平‘0’，无论POWER_DOMAINB_STANDY为低电平‘0’或者高电平‘1’，VDD_B 输出强驱动供电；POWER_DOMAINB_OFF 为高电平‘1’，POWER_DOMAINB_STANDY为高电平‘1’，VDD_B输出弱驱动供电；POWER_DOMAINB_OFF为高电平‘1’，POWER_DOMAINB_STANDY为低电平‘0’，VDD_B不输出供电。

可以理解的是，本技术方案对电源管理模块的具体结构不做限定，应用时可自行对其结构进行涉及，只需满足上述控制逻辑要求即可。例如，申请公布号CN113253824A一种基于RISC-V内核的MCU系统、供电方法以及终端设备中，公开的主电源与副电源结构的PMU，以及申请公布号CN112286334A用于MCU的低功耗电源切换电路及其实现方法中，公开的高性能LDO电路和低功耗LDO电路结构，经过一定设计修改，都可以满足本发明所述功耗自动管理系统和方法对电源管理模块的要求。

进一步具体地，如图3所示，上述POWER_DOMAINB_OFF的生成逻辑结构包括7个D型触发器单元DFF，2个二选一单元MUX，两个二输入与门单元AND，一个时钟门控单元CG及一个隔离单元ISO，该隔离单元的隔离输出可以是高电平也可以是低电平，不影响所述逻辑结构的结果。所述DFF、MUX、AND、CG和ISO均为数字集成电路中通用的标准单元逻辑，此处不再对公知结构和技术进行描述。

DFF01、DFF02、DFF03及AND01组成POWER_MODE信号采集功能：POWER_MODE信号来自300 SYS，工作在高频时钟H_CLK下，此处通过DFF01、DFF02两级D型触发器锁存消除亚稳态，同步到低频时钟L_CLK域下。DFF02、DFF03和AND01实现对同步后的PD_syn信号进行脉冲采样，当POWER_MODE有效时，AND01输出端O产生一个L_CLK周期的高脉冲信号MODE_on。

DFF01、DFF02及DFF03的工作时钟L_CLK_CG，是时钟门控单元CG01的输出，CG01的输入为L_CLK和DFF07的输出，即当POWER_DOMAINB_OFF为高电平‘1’期间，L_CLK_CG时钟被关闭，也就是当处于低功耗模式期间，可以关闭POWER_MODE信号采集功能涉及的时钟，以进一步降低系统的功耗开销。

DFF04、DFF05、DFF06及AND012组成Wakeup_i信号采集功能：Wakeup_i来自201 PAD即片上系统的输入引脚，其与片上L_CLK时钟域为异步关系，DFF04和DFF05两级D型触发器锁存消除亚稳态，将其同步到低频时钟L_CLK域下。DFF05、DFF06和AND02实现对同步后的Wakeup_syn信号进行脉冲采样，当Wakeup_i有效时，AND02输出端O产生一个L_CLK周期的高脉冲信号WAKE_on。

MUX01、MXU02和DFF07组成POWER_DOMAINB_OFF逻辑生成功能：当303 CORE执行程序进入低功耗模式时，200 AON将接收到POWER_MODE信号拉高，如前述，所述逻辑结构可产生一个L_CLK周期的高脉冲信号MODE_on，其作用于MUX02的选择端S，选择将输入端I1输出至输出端O，此时，将输出高电平‘1’，并连接至MUX01的输入端I0。MUX01输出值取决于作用在其选择端S的WAKE_on信号的电平，显然，此时WAKE_on无效，即为低电平，MXU01将选择I0进行输出，即MUX01的输出端O将为高电平‘1’，这个高电平将被DFF07锁存，该逻辑结构确保了DFF07将维持该高电平，直到WAKE_on信号变为高电平‘1’。DFF07的输出即为POWER_DOMAINB_OFF，当其为高电平时，配合POWER_DOMAINB_STANDY的值，控制PMU关断VDD_B供电，或者减小VDD_B的输出驱动能力，以适应300 SYS进入低功耗模式。

当POWER_DOMAINB_OFF为高电平期间，300 SYS处于掉电状态时，所述POWER_DOMAINB_OFF生成逻辑的输入信号POWER_MODE处于断电状态，需要通过ISO单元对POWER_MODE信号进行隔离，ISO单元的控制信号EN可以采用POWER_DOMAINB_OFF实现。

在低功耗模式下，当202 PAD输入Wakeup_i有效时，所述逻辑的AND02将输出一个高电平脉冲WAKE_on信号，即MUX01的选择端S为高电平，选择输入端I1至输出端O，DFF07将重新锁存一个低电平‘0’，同样的，该逻辑结构确保了DFF07将维持该低电平，直到下一次MODE_on信号变为高电平‘1’。在这次Wakeup_i有效唤醒模式后，DFF07的输出POWER_DOMAINB_OFF从高电平转换为低电平，这将控制100 PMU重新打开VDD_B的供电，使得300SYS的供电恢复，从而进入正常工作模式。

DFF01、DFF02、DFF03三个D型触发器的复位端RST，均连接至202 POR的输出COLD_RESET，实现在上电复位后，ADN01输出端O，即MODE_on为无效状态，即为低电平。DFF04、DFF05、DFF06三个D型触发器的复位端RST，同样连接至202 POR的输出COLD_RESET，实现在上电复位后，ADN02输出端O，即WAKE_on同样为无效状态，即为低电平。而DFF07 D型触发的复位端RST，连接至202 POR的输出COLD_RESET，实现在上电复位后，DFF07输出POWER_DOMAINB_OFF为低电平，控制100 PMU自动输出VDD_B供电，已实现上电复位后，系统可自动工作在正常工作模式下。

如附图4所示，为POWER_DOMAINB_OFF生成逻辑的时序图，通过该图所示，可以更直观理解所述POWER_DOMAINB_OFF的生成逻辑结构的功能，该时序图直观明了，此处不再详细赘述。

本发明的较佳的实施例中，功耗控制模块200包括一低功耗模式控制组件201，如图5所示，低功耗模式控制组件201包括：第一控制单元1，用于由第一供电输出VDD_A供电并上电稳定后向电源管理模块100发送强供电信号；第二控制单元2，用于在电源管理模块100根据强供电信号向片上组件300进行强驱动供电后，向片上组件300发送一时钟使能信号HCLK_EN和一复位信号RESET，以使得片上组件300上电复位以工作在一第一时钟下，进而在上电稳定后工作在正常工作模式下；第三控制单元3，连接第二控制单元2，用于在正常工作模式下接收到第一信号时，向片上组件300发送一时钟关闭信号，以控制片上组件关闭第一时钟，同时向电源管理模块100发送弱驱动信号，以控制片上组件300进入第一低功耗模式；第四控制单元4，连接第三控制单元3，用于在第一低功耗模式下接收到唤醒信号时，向电源管理组件100发送强驱动信号，以及向片上组件300发送时钟使能信号，随后向片上组件300保持发送中断请求；第五控制单元5，用于在接收到片上组件300基于中断请求给出的中断响应时，向片上组件300发送一解除中断保持信号，以控制片上组件300执行中断唤醒，恢复正常工作模式；第六控制单元6，连接第二控制单元2，用于在正常工作模式下接收到第二信号时，向电源管理模块100发送掉电信号，以控制片上组件300进入第二低功耗模式；第七控制单元7，连接第六控制单元6，用于在第二低功耗模式下接收到唤醒信号时，向电源管理组件100发送强驱动信号，以及向片上组件300发送时钟使能信号和复位请求；片上组件300根据时钟使能信号稳定工作在第一时钟下后，响应复位请求执行复位唤醒，恢复正常工作模式。

本发明的较佳的实施例中，功耗控制模块200还包括：信号输入引脚202，分别连接外部的一唤醒源和低功耗模式控制组件201，用于接收唤醒源触发的唤醒信号并发送至低功耗模式控制组件201；时钟源203，连接低功耗模式控制组件201，用于提供一第二时钟，以使得低功耗模式控制组件201工作在第二时钟下；片上复位组件204，连接低功耗模式控制组件201，用于电源管理模块100上电并由第一供电输出VDD_A供电时，输出一上电复位信号；低功耗模式控制组件201根据上电复位信号进行上电复位后稳定工作在第二时钟下。

具体地，本实施例中，信号输入引脚202为片上系统的输入引脚，输入信号为唤醒信号Wakeup_i，用于触发模式唤醒；时钟源203为片上低频时钟源，提供功耗控制模块200运行的主时钟L_CLK，如前述，之所以采用低频时钟，是为了进一步降低片上系统的功耗开销。片上复位组件204，输出上电复位信号COLD_RESET。低功耗模式控制组件201工作在L_CLK主时钟下，复位信号为COLD_RESET，接收来自片上组件300的输出POWER_MODE信号（第一信号或第二信号），决定片上系统处于正常工作模式，或是进入第一低功耗模式，或是进入第二低功耗模式。从第一低功耗模式唤醒后，低功耗模式控制组件201输出时钟使能信号HCLK_EN连接至片上组件300，用于使能系统主时钟H_CLK，同时输出中断请求INT_REQ连接至片上组件300用于中断请求。从第二低功耗模式唤醒后，低功耗模式控制组件201输出时钟使能信号HCLK_EN连接至片上组件300，用于使能系统主时钟H_CLK，同时输出复位请求RESET连接至片上组件300用于复位控制。

本发明的较佳的实施例中，时钟源为低频时钟源，对应提供的第二时钟为低频时钟。

本发明的较佳的实施例中，片上组件300包括：控制部件301，连接一核心部件302，用于接收并根据时钟使能信号产生第一时钟，以及接收并根据复位信号产生一核心复位信号，以使得核心部件上电复位以工作在第一时钟下，进而在上电稳定后工作在正常工作模式下；核心部件302还用于在正常工作模式下遇到第一低功耗指令时，向功耗控制模块反馈第一信号并进入第一低功耗模式，以及遇到第二低功耗指令时，向功耗控制模块反馈第二信号并进入第二低功耗模式；核心部件302还用于接收中断请求和解除中断保持信号,以及给出中断响应。

具体地，本实施例中，如图2所示，控制部件301负责根据来自功耗控制模块200的控制信号HCLK_EN和RESET，产生片上组件300的主时钟H_CLK和复位信号RESET_CORE。核心部件302则为片上系统的核心部件，如前述除一定包括处理器外，还可以包括主存、通信外设和接口外设等。

在第一低功耗模式下，当信号输入引脚202输入信号Wakeup_i有效，触发模式唤醒后，低功耗模式控制组件201将自动产生中断请求逻辑，并保持该中断请求，直至核心部件302的供电和时钟稳定后，核心部件302接收该中断请求INT_REQ，并在响应该中断请求后，输出中断响应信号INT_ACK，低功耗模式控制组件201在接收到中断响应信号INT_ACK后，自动撤销中断请求INT_REQ，以便下次Wakeup_i有效时，再次产生中断请求。

在第二低功耗模式下，当信号输入引脚202输入信号Wakeup_i有效，触发模式唤醒后，低功耗模式控制组件201将自动产生复位逻辑，直至片上组件300的供电和时钟稳定后控制部件301接收该复位RESET，产生核心复位信号RESET_CORE输出至核心部件302，对核心部件302进行复位。

片上系统的功耗模式切换，是由系统用户通过核心部件302执行软件程序来控制的，当软件执行功耗模式切换时，核心部件302将输出POWER_MODE信号（第一信号或第二信号）至功耗控制模块200，触发相应的功耗模式自动切换。

本发明的较佳的实施例中，第一时钟为高频时钟。

本发明的较佳的实施例中，核心部件302包括一处理器，由处理器配置第一低功耗指令和第二低功耗指令。

具体地，本实施例中，仅需要处理器参与模式配置，一般情况下，由一条配置指令即可实现，整个低功耗的模式切换和模式唤醒所涉及的时钟控制、供电管理、中断唤醒、复位唤醒，均由系统自动完成。还可以通过增加模式控制，方便地移植到更多低功耗模式定义的系统应用中。

本发明提供一种片上功耗自动管理方法，应用于上述的片上功耗自动管理系统，如图6所示，片上功耗自动管理方法包括：步骤S1，电源管理模块上电后提供一第一供电输出；步骤S2，功耗控制模块由第一供电输出供电，并在上电稳定后输出一强供电信号，以控制电源管理模块提供一第二供电输出向一片上组件进行强驱动供电，使得片上组件工作在一正常工作模式；步骤S3，片上组件在正常工作模式下是否遇到低功耗指令：若否，则返回步骤S3；则是，则转向步骤S4；步骤S4，片上组件判断低功耗指令的类型：若类型为第一低功耗指令，则向功耗控制模块反馈一第一信号，随后转向步骤S5；若类型为第二低功耗指令，则向功耗控制模块反馈一第二信号，随后转向步骤S7；步骤S5，功耗控制模块根据第一信号输出一弱供电信号，以控制电源管理模块通过第二供电输出向片上组件进行弱驱动供电，进而使得片上组件进入一第一低功耗模式；步骤S6，功耗控制模块在第一低功耗模式下是否接收到一唤醒信号：若否，则保持第一低功耗模式，随后返回步骤S6；若是，则功耗控制模块生成强供电信号并向片上组件发送至一中断请求，以控制片上组件执行中断唤醒，恢复到正常工作模式，随后返回步骤S3；步骤S7，功耗控制模块根据第二信号生成一掉电信号，以控制电源管理模块关闭第二供电输出，进而使得片上组件进入一第二低功耗模式；步骤S8，功耗控制模块在第二低功耗模式下是否接收到唤醒信号：若否，则保持第二低功耗模式，随后返回步骤S8；若是，则功耗控制模块生成强供电信号并向片上组件发送一复位请求，以控制片上组件执行复位唤醒，恢复到正常工作模式，随后返回步骤S3。

具体地，本实施例中，片上系统在系统供电上电后，初始化为正常工作模式，此时，电源管理模块100输出供电VDD_A，时钟源203稳定输出L_CLK，片上复位组件204稳定输出COLD_RESET，低功耗模式控制组件201的时钟、复位和供电都稳定后，将自动输出强供电信号，POWER_DOMAINB_OFF为低电平‘0’，POWER_DOMAINB_STANDY为低电平‘0’，电源管理模块100接收到上述两个输入信号后，输出VDD_B为强驱动供电，低功耗模式控制组件201接着自动输出时钟使能信号HCLK_EN为高电平‘1’，并输出复位信号RESET至控制部件301。控制部件301在VDD_B供电稳定后，接收到时钟使能信号HCLK_EN为高电平‘1’，控制输出高频时钟H_CLK，并输出核心复位信号RESET_CORE至核心部件302；核心部件302的时钟、复位和供电都稳定后，片上组件300将从复位向量处开始执行；片上组件300进入主程序，继续执行，程序执行过程中，若遇到进入第一低功耗模式的配置指令（第一低功耗指令），则执行第一个分支路径，具体地为：时钟源203和片上复位组件204继续工作，低功耗模式控制组件201自动输出时钟使能信号HCLK_EN为低电平‘0’，控制控制部件301关闭高频时钟H_CLK输出；接着，自动输出POWER_DOMAINB_OFF为高电平‘1’，POWER_DOMAINB_STANDY为高电平‘1’，电源管理模块100接收到上述两个输入信号后，输出VDD_B为弱驱动供电。

完成上述控制后，片上系统处于第一低功耗模式下，核心部件302停止在当前执行的指令处，为方便描述，下称断点指令；在该模式下，若遇到信号输入引脚202输入Wakeup_i为高电平‘1’，则触发模式唤醒，恢复正常工作模式；否则，继续处于第一低功耗模式下。

第一低功耗模式下，上述触发模式唤醒，恢复正常工作模式的过程如下：低功耗模式控制组件201采样到信号输入引脚202的输入信号Wakeup_i 为高电平‘1’，自动输出POWER_DOMAINB_OFF为低电平‘0’，POWER_DOMAINB_STANDY为低电平‘0’，电源管理模块100接收到上述两个输入信号后，输出VDD_B为强驱动供电；接着，低功耗模式控制组件201自动输出HCLK_EN为高电平‘1’，控制控制部件301使能H_CLK输出；低功耗模式控制组件201保持输出INT_REQ为高电平‘1’。

完成上述控制后，核心部件302的时钟和供电都稳定后，响应输入的INT_REQ请求，并输出中断响应INT_ACK至功耗控制模块200，低功耗模式控制组件201接到该输入INT_ACK信号后，自动控制输出INT_REQ为低电平‘0’；进入INT_REQ的中断服务程序进行执行；此时，核心部件302进入INT_REQ的中断服务程序继续执行，中断服务程序运行结束后，退出中断服务程序，从主程序断点指令处开始，继续执行主程序，即恢复到正常工作模式下。

片上组件300进入主程序，继续执行，程序执行过程中，若遇到进入第二低功耗模式的配置指令（第二低功耗指令），则执行第二个分支路径，具体地为：时钟源203和片上复位组件204继续工作，低功耗模式控制组件201自动输出掉电信号，此时，POWER_DOMAINB_OFF为高电平‘1’，POWER_DOMAINB_STANDY为高电平‘0’，电源管理模块100接收到上述两个输入信号后，输出VDD_B关闭供电。

完成上述控制后，片上系统处于第二低功耗模式下，核心部件302处于掉电状态；在该模式下，若遇到信号输入引脚202输入Wakeup_i 为高电平‘1’，则触发模式唤醒，恢复到正常工作模式下；否则，继续处于第二低功耗模式下；第二低功耗模式下，上述触发模式唤醒，恢复正常工作模式的过程如下：低功耗模式控制组件201采样到信号输入引脚202 的输入信号Wakeup_i为高电平‘1’，自动输出POWER_DOMAINB_OFF为低电平‘0’，POWER_DOMAINB_STANDY为低电平‘0’，电源管理模块100接收到上述两个输入信号后，输出VDD_B为强驱动供电；接着，低功耗模式控制组件201自动输出HCLK_EN为高电平‘1’，控制控制部件301使能H_CLK输出；低功耗模式控制组件201输出RESET。

完成上述控制后，核心部件302的时钟、供电都稳定后，响应输入复位信号RESER，控制部件301输出复位信号RESET_CORE，复位核心部件302，从复位向量处开始执行。

可以看出，本技术方案，只在步骤S3流程中涉及到软件程序控制，配置是否进入低功耗模式，其余操作流程均为自动管理，实现了正常工作模式、第一低功耗模式和第二低功耗模式的模式自动切换，以及基于同一个唤醒源的中断唤醒和复位唤醒两种自动模式唤醒，能够提供自动、安全的片上时钟、电源和唤醒管理功能。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种片上功耗自动管理系统，其特征在于，包括：电源管理模块，所述电源管理模块上电后提供一第一供电输出；功耗控制模块，由所述第一供电输出供电，并在上电稳定后输出一强供电信号，以控制所述电源管理模块提供一第二供电输出向一片上组件进行强驱动供电，使得所述片上组件工作在一正常工作模式；所述片上组件用于在所述正常工作模式下配置一第一低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈一第一信号；所述功耗控制模块用于根据所述第一信号输出一弱供电信号，以控制所述电源管理模块通过所述第二供电输出向所述片上组件进行弱驱动供电，进而使得所述片上组件进入一第一低功耗模式；所述片上组件还用于在所述正常工作模式下配置一第二低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈一第二信号；所述功耗控制模块还用于根据所述第二信号生成一掉电信号，以控制所述电源管理模块关闭所述第二供电输出，进而使得所述片上组件进入一第二低功耗模式；所述功耗控制模块还用于在所述第一低功耗模式下接收到一唤醒信号时，生成所述强供电信号并向所述片上组件发送至一中断请求，以控制所述片上组件执行中断唤醒，恢复到所述正常工作模式，以及在所述第二低功耗模式下接收到所述唤醒信号时，生成所述强供电信号并向所述片上组件发送一复位请求，以控制所述片上组件执行复位唤醒，恢复到所述正常工作模式。

2.根据权利要求1所述的片上功耗自动管理系统，其特征在于，所述功耗控制模块包括一低功耗模式控制组件，所述低功耗模式控制组件包括：第一控制单元，用于由所述第一供电输出供电并上电稳定后向所述电源管理模块发送所述强供电信号；第二控制单元，用于在所述电源管理模块根据所述强供电信号向所述片上组件进行强驱动供电后，向所述片上组件发送一时钟使能信号和一复位信号，以使得所述片上组件上电复位以工作在一第一时钟下，进而在上电稳定后工作在所述正常工作模式下；第三控制单元，连接所述第二控制单元，用于在所述正常工作模式下接收到所述第一信号时，向所述片上组件发送一时钟关闭信号，以控制所述片上组件关闭所述第一时钟，同时向所述电源管理模块发送所述弱驱动信号，以控制所述片上组件进入所述第一低功耗模式；第四控制单元，连接所述第三控制单元，用于在所述第一低功耗模式下接收到所述唤醒信号时，向所述电源管理组件发送所述强驱动信号，以及向所述片上组件发送所述时钟使能信号，随后向所述片上组件保持发送所述中断请求；第五控制单元，用于在接收到所述片上组件基于所述中断请求给出的中断响应时，向所述片上组件发送一解除中断保持信号，以控制所述片上组件执行中断唤醒，恢复所述正常工作模式；第六控制单元，连接所述第二控制单元，用于在所述正常工作模式下接收到所述第二信号时，向所述电源管理模块发送所述掉电信号，以控制所述片上组件进入所述第二低功耗模式；第七控制单元，连接所述第六控制单元，用于在所述第二低功耗模式下接收到所述唤醒信号时，向所述电源管理组件发送所述强驱动信号，以及向所述片上组件发送所述时钟使能信号和所述复位请求；所述片上组件根据所述时钟使能信号稳定工作在所述第一时钟下后，响应所述复位请求执行复位唤醒，恢复所述正常工作模式。

3.根据权利要求2所述的片上功耗自动管理系统，其特征在于，所述功耗控制模块还包括：信号输入引脚，分别连接外部的一唤醒源和所述低功耗模式控制组件，用于接收所述唤醒源触发的所述唤醒信号并发送至所述低功耗模式控制组件；时钟源，连接所述低功耗模式控制组件，用于提供一第二时钟，以使得所述低功耗模式控制组件工作在所述第二时钟下；片上复位组件，连接所述低功耗模式控制组件，用于所述电源管理模块上电并由所述第一供电输出供电时，输出一上电复位信号；所述低功耗模式控制组件根据所述上电复位信号进行上电复位后稳定工作在所述第二时钟下。

4.根据权利要求3所述的片上功耗自动管理系统，其特征在于，所述时钟源为低频时钟源，对应提供的所述第二时钟为低频时钟。

5.根据权利要求2所述的片上功耗自动管理系统，其特征在于，所述片上组件包括：控制部件，连接一核心部件，用于接收并根据所述时钟使能信号产生所述第一时钟，以及接收并根据所述复位信号产生一核心复位信号，以使得所述核心部件上电复位以工作在所述第一时钟下，进而在上电稳定后工作在所述正常工作模式下；所述核心部件还用于在所述正常工作模式下遇到所述第一低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈所述第一信号并进入所述第一低功耗模式，以及遇到所述第二低功耗指令时，向所述功耗控制模块反馈所述第二信号并进入所述第二低功耗模式；所述核心部件还用于接收所述中断请求和所述解除中断保持信号,以及给出所述中断响应。

6.根据权利要求2或5所述的片上功耗自动管理系统，其特征在于，所述第一时钟为高频时钟。

7.根据权利要求5所述的片上功耗自动管理系统，其特征在于，所述核心部件包括一处理器，由所述处理器配置所述第一低功耗指令和所述第二低功耗指令。

8.根据权利要求1所述的片上功耗自动管理系统，其特征在于，所述功耗控制模块和所述片上组件分别工作在两个电源域，两个所述电源域分别对应所述第一供电输出和所述第二供电输出。

9.一种片上功耗自动管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任意一项所述的片上功耗自动管理系统，所述片上功耗自动管理方法包括：步骤S1，所述电源管理模块上电后提供一第一供电输出；步骤S2，所述功耗控制模块由所述第一供电输出供电，并在上电稳定后输出一强供电信号，以控制所述电源管理模块提供一第二供电输出向一片上组件进行强驱动供电，使得所述片上组件工作在一正常工作模式；步骤S3，所述片上组件在所述正常工作模式下是否遇到低功耗指令：若否，则返回所述步骤S3；则是，则转向步骤S4；步骤S4，所述片上组件判断所述低功耗指令的类型：若所述类型为第一低功耗指令，则向所述功耗控制模块反馈一第一信号，随后转向步骤S5；若所述类型为第二低功耗指令，则向所述功耗控制模块反馈一第二信号，随后转向步骤S7；步骤S5，所述功耗控制模块根据所述第一信号输出一弱供电信号，以控制所述电源管理模块通过所述第二供电输出向所述片上组件进行弱驱动供电，进而使得所述片上组件进入一第一低功耗模式；步骤S6，所述功耗控制模块在所述第一低功耗模式下是否接收到一唤醒信号：若否，则保持所述第一低功耗模式，随后返回所述步骤S6；若是，则所述功耗控制模块生成所述强供电信号并向所述片上组件发送至一中断请求，以控制所述片上组件执行中断唤醒，恢复到所述正常工作模式，随后返回所述步骤S3；步骤S7，所述功耗控制模块根据所述第二信号生成一掉电信号，以控制所述电源管理模块关闭所述第二供电输出，进而使得所述片上组件进入一第二低功耗模式；步骤S8，所述功耗控制模块在所述第二低功耗模式下是否接收到所述唤醒信号：若否，则保持所述第二低功耗模式，随后返回所述步骤S8；若是，则所述功耗控制模块生成所述强供电信号并向所述片上组件发送一复位请求，以控制所述片上组件执行复位唤醒，恢复到所述正常工作模式，随后返回所述步骤S3。

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