CN1300387A - 带有断电恢复的电池式设备 - Google Patents

Abstract

一种电池式便携式电子设备,有可拆卸主电源和辅助电源,当它检测到可拆卸主电源的断电时产生一个电源断电中断信号。根据电源断电信号的检测,该电子设备进入断电模式,在此模式下,它检测电源断电的恢复。该电子设备使用电池检测例程检测电源断电的恢复;该例程压入微处理器的堆栈中,并在确定电源恢复时从堆栈中弹出该电池检测例程,并返回当检测到电源断电时主程序离开的精确点,主程序的该精确点由发生电源断电中断信号时自动压入到堆栈的程序计数器值表示。

Description

带有断电恢复的电池式设备

发明背景

本发明总体上涉及由一个可拆卸主电源供电，并有一个辅助电源作为电池备用设备的电池式设备，及其操作方法。通常，辅助电源设备可以是能存储一段预定义时间能量的任何设备，例如一个电池，一个大的充电电容，或者类似的东西。这样的电池式设备包括诸如寻呼机、移动无线电手机、无绳电话或者此类的通信设备。

目前带有电池的设备在主电源被去除之后通过复位设备来处理可拆卸主电源的去除，并试图还原并/或恢复存在设备中的任何信息。当物理地去除主电源或因电源抖动(bounce)而产生的主电源去除后，正在进行的任何操作都被取消。复位设备并且试图恢复导致引入许多软件漏洞。这是因为在主电源或者电池被移走之前设备可能处于任何状态，因此相关的变量或者数据处于一个被修改状态。在复位设备后，需要考虑每个可能变量/数据组合，否则设备不能正确地复位和启动。这样目前设备也使用户苦恼，当在一个长操作中间时，一个电池的抖动或者其他主电源的去除导致设备复位，因此迫使用户再次操作。

其他带有电池的设备当主电源去除时通过与硬件和/或机械机构来用一个备用电池代替主电源。这些解决方案不是非常适合当主电源去除时设备运行或者主电源被替换时的操作。在这样的解决方案中，一般当主电源被替换时设备被复位，并且不得不进行大量数据确认以确定RAM数据是否需要清除。对于任何类型的电池抖动，这些解决方案将导致设备复位并且试图恢复内存。这已经证实对用户而言是不可接受的。一些例子是，如果用户正在设定时间或者闹钟时，设备摔了一下，导致主电源的一个电池抖动。如果复位，闹钟/时间可能处于一种未知状态，导致用户回到屏幕重输数据。这种硬件和/或机械机构的例子在美国专利号5,369,802中有公开，其中一个交换前中断的结构用来保证首先和一个替换将被去除旧电池的新电池进行联系，其中，在英国专利申请GB2270445中当检测到电池去除后用一个交换器保存数据，而在日本专利申请007107927A中，当主电源正被替换时一个内置电池进行接管。

在欧洲专利申请EP0607919中，提供了一个软件解决方案，其中当检测到主电源电气断连后，设备的当前运行状态存入一个非易失RAM。另外，设备的当前时间也存入RAM。依赖于所采用的微处理器平台，把运行状态存入非易失RAM有下列缺点。非易失RAM必须为存储运行状态这个特定目的留出。这将需要一个相当数量的存储器。特别是低端，即，例如，便宜的微处理器或者应用于寻呼机的硬件设计，不能提供这么多存储器用于这个目的。当检测到一个主电源去除时，由于大量寄存器将要备份用来保存运行状态这一事实，这个相当数量的RAM是必须的。在这种解决方案中，也必须知道在所有时刻运行状态是什么。既然非易失RAM不是核心CPU RAM的一部分，当后备电池有足够的电压支持非易失RAM时，由于非易失RAM是唯一可用的，因此有必要对运行状态进行校验和并将结果备份到非易失RAM。如果对运行状态没有校验和操作，那么当重新装载时将有很大的风险由于重载的一个无效状态导致不可预测的结果。还有，这种方法不允许在主电源被替换时更新设备时间。例如，如果在一个给定时间主电源被去除并断了10分钟，那么在替换主电源时，时间再保存后会有10分钟的误差。需要一个单独的时钟芯片来保持计时，这是一个需要电源的附加元件。低成本产品要求最小数量的元件。

这样，为了主电源的替换或者电池抖动，或者类似的情况，需要一种更加简单而且可靠的方法和设备，适于支持电池替换而不需要麻烦用户重新操作。

发明概述

本发明的一个目的是提供一个电池式便携式电子设备，当主电源去除时，能可靠地保存设备中正在执行的一个运行程序的一个程序函数的运行状态。

本发明的另一个目的是当保存和恢复程序函数的运行状态时，避免使用外部存储器。

本发明还有另一个目的是提供一个便宜的机制来保存和恢复运行状态。

本发明的另一个目的是提供一个机制，分别检测可拆卸主电源从设备电气断开和电气重连。

本发明还有另一个目的是当检测到主电源去除时，实现设备中的能量节省。

本发明还有另一个目的是当检测到主电源去除时以及在主电源的替换中，也能精确地保持时间和日期的计时。

根据本发明，在一个电池式便携电子设备中，设备适于接受一个可拆卸主电源，并且设备包含：电子电路，一个辅助电源，以及把主或辅电源耦合到电子电路至少一部分并且在所述主电源中检测断电的耦合及检测装置，电子电路包含一个包括用于存储一个操作便携设备的运行程序的存储器装置的可编程处理单元，一组运行寄存器，以及一个堆栈，可编程单元适于响应至少一个外部中断信号，a)当主电源从耦合和检测装置电气断连时，产生一个电气断连主电源中断信号，并且b)电气断连主电源中断信号被响应，通过把运行寄存器集合的至少一个子集压入堆栈来保存便携设备的运行程序中一个当前正在执行程序函数的一个精确运行点，通过把一个主断源检查例程压入堆栈，以及通过执行堆栈中的主断源检查例程，当确定主电源是否电气重连时，主电源检查例程恢复至少保存的运行寄存器集合的子集，并且使处理单元返回到所保存的当前执行程序函数的精确运行点。

一个很大的优点是不需要知道当前运行状态是什么，因为当主电源从设备电气断连被检测到后，一段主电源检查例程被插入一个微处理器的一个堆栈中。本发明使用一个微处理器的标准运行机制，在堆栈中保存一个电气断连主电源中断发生处的运行程序点，把主电源检查例程压入或者弹出堆栈，并且控制返回到在电气断连主电源中断发生前的点。不需要一个当前执行程序的一个运行状态到非易失RAM的传输。另外，因为只要和微处理器的堆栈打交道，其为核心微处理器RAM的一部分，如果后备电压低到一个不能接受的水平而导致微处理器核心RAM出错时就会发生设备复位。而且，因为运行状态没有移到非易失RAM，因而不需要对运行状态的正确性进行检查。当在堆栈上时，主电源检查例程执行一个主电源监视功能，并且能容易地编程使得只允许特定中断的服务，例如当检测到主电源的电气重连时产生的一个重连主电源中断，以及附加的，如果需要，一个计时器中断。通过启用计时器中断，设备的时间和日期可以被精确更新。

最好，在主电源替换时提供一个电池反抖动机制。最好，当检测到主电源的一个电气断连时，设备进入一个使用辅助电源的能量节省状态。在本发明的一个实施方案中时间和日期被准确计时。进一步实施方案在下文讨论。

附图说明

图1是一个方框图，说明依照本发明的包含一个可编程处理单元的一个电池式便携电子设备的一种实施方案。

图2是图1中可编程处理单元的一个更详细的方框图。

图3是一个主程序流程和一个堆栈，说明图1中可编程处理单元的运行，包含一个主电源检查例程。

图4是图3中主电源检查例程的一个程序流程。

最佳实施方案描述

图1是一个方框图，用来说明依照本发明一个最佳实施方案的一个包含一个可编程处理单元2的电池式便携电子设备1的一种实施方案。电池式便携电子设备1，在所给的例子中是一个信息寻呼机，还包含一个无线电前端3，它耦合到一条天线4以及一个混频器5，一个耦合到混频器5的本地振荡装置6使得混频器混合一个接收到的无线电信号RF，一个解调器7用于解调混合信号，以及一个包含一个缓存9的计时器8用于保持当前时间和日期的计时。参考对图2的说明，计时保持也可以用一个基于中断或者一个外部中断的微控制器来完成。这个中断使得微控制器管理计时保持功能。那么，不需要外部时钟芯片。时间可以通过一个软件中断计时器而基于软件产生。设备1还包含一个可拆卸主电源10，一个辅助电源11，以及耦合和检测装置12。还进一步提供警报装置13和显示装置14，例如一个LCD屏幕。内部电源线15和16表示给电子设备1中的内部单元供电。

图2是图1中可编程处理单元的一个更详细的方框图。可编程处理单元2包含一个微控制器和外部耦合的外部存储器装置21。微控制器20包含数据寄存器22，地址寄存器23，核心存储器装置24，以及一个时序控制单元25，还有一个ALU(算术逻辑单元)，一个状态寄存器，以及一个指令寄存器，后面的设备和功能在本领域中是熟知的因此这里不再详细表述。外部存储器装置21包含一个RAM存储器26和一个非易失存储器27，并且核心存储器装置24包含一个RAM存储器28。数据寄存器22，以及核心存储器装置24内部耦合到一条数据总线29，外部存储器装置21外部耦合到数据总线29，地址寄存器23，以及核心存储器装置24内部耦合到一条地址总线30，并且外部存储器装置21外部耦合到地址总线30。地址寄存器23包含一个对应一个所谓STACK堆栈的堆栈指针SP，其在核心存储器装置24中定义，以及一个程序计数器PC。堆栈是一组由堆栈指针SP寻址的连续存储器地址。关于堆栈，定义了一个堆栈底BOT和一个堆栈顶TOP，堆栈底指向一个空堆栈，而堆栈顶指向一个堆栈顶部的存储器地址。堆栈指针SP指示堆栈顶。微控制器20使用堆栈指针SP的值来定位一个存储器地址，从该地址读或者写数据项。存到，所谓压入，堆栈的数据按照一个相反的顺序取出，所谓弹出或者拉出。一般，每个地址寄存器都可以用作堆栈指针。微控制器20还包含一个输入/输出单元31。提供了中断线INT1和INT2，使得可编程处理单元2可以响应外部事件，特别是中断，还有I/O线IOL用于便携电子设备1内单元的单向或者双向通信，例如和耦合和检测装置12交换控制信息。在主电源10的一个断电检测时，由耦合和检测装置1 2检测并由它通过一个中断发信号给处理单元2，处理单元2命令耦合和检测装置12把辅助电源11连到电源线16，并且，最好，不要给电源线15供电。在断电模式中，电子设备消耗最少电力使得从一个断电后有最长可用时间用来恢复。后者在由换电源导致的断电情况中比在电池抖动导致的断电情况中更为重要。

图3是一个主程序流程40和一个堆栈41，说明图1中可编程处理单元2的运行，包含一个主电源检查例程42。当电池式便携电子设备1是工作的，一个运行程序，图3中用波浪线PFlow示意，被执行，它存储在外部存储器装置21并包含几个程序函数。运行程序PFlow的结构可以是一个主例程形式，其中在需要时调用子例程。这样的结构在本领域中是熟悉的。当一个程序中的控制流程被子例程、中断、或者其他事件的一个调用所改变时，微控制器20保存信息到堆栈42。当主例程或一个子例程正在执行时，运行程序PFlow的正常流程致使执行一个来自外部存储器装置的程序指令的连续序列。为此，在一个指令的执行时，程序计数器PC累加这样它指向将被执行的下一条指令。一个中断导致控制权交给一个中断服务例程，直到一个中断任务完成，中断服务例程可以存储在外部存储器装置21中，并且它和中断相关。之后，通常，控制权返回优先序列的下一条指令。在一个标准的堆栈控制机制中，转交和返回通过在控制权交给服务例程之前保存指向将被执行的指令的程序计数器PC的内容到堆栈41，并且随后再恢复程序计数器PC来完成，这样运行程序的正常流程被恢复。

根据本发明，当中断线INT1上有一个主电源中断信号GInt时，使用微控制器20的常用堆栈机制，程序计数器PC的一个值PCE，它代表中断发生处主例程的精确点，被压入堆栈41，以及其后，主电源检查例程42，它将在图4中进一步描述，被压入堆栈41。一条从中断返回指令被执行使得控制权交给主电源检查例程42，用程序计数器PCCK的一个值指示。在主电源检查例程42结束后，控制权返回主程序Pflow，到中断GInt发生时主程序PFlow离开的精确点。

图4是图3中主电源检查例程42的一个程序流程。所示的是程序段或者例程PB1、PB2、PB3、PB4、以及PB5。在这些段或者例程中，下面程序功能被执行。PB1：

耦合和检测装置12被命令关闭所有不是断电恢复必需的外部设备，特别是图1中所示的设备3、5、6、7、13和14。同样，所有中断线除了INT1和INT2，它们分别为断电检测和恢复以及计时器功能所需，都被禁用。当主电源中断状况依然存在，设备1进入关闭状态。PB2：

实现电池抖动。这意味着检测是否中断存在一段预定义时间TT，例如2秒。在这段时间内，重连或者主电源中断信号RInt导致程序流程暂时交给一个重连或者好的主电源中断例程PB3。如果确认重连主电源中断信号RInt是稳定的，微控制器20使得进行主电源检查例程42。

对于一个寻呼机的情况，为了防止所谓的设备中的低频振荡(motorboating)，在检测到重连主电源中断信号RInt后，任何在断连主电源中断信号GInt之前的警报被取消。低频振荡是一种在电池电压到达一个断连主电源状况时发生的现象。典型地，当报警13或者显示14工作时，电池电压将会降到100-200mV。然后寻呼机复位，并且外部设备13和14不工作。这导致电池电压提升。然后，寻呼机试图进行一个加电警报，导致另一个复位发生。这个循环会持续发生直到电池电压降到不能进行一个基本加电的电平。

最好，中断线INT1用于为断连和重连主电源中断信号GInt和RInt服务。这通过使用一个中断极性寄存器IP来实现。最初，中断设成查找一个在中断线INT1上的工作低，指示一个电气断连主电源10。当进入主电源检查例程42时，极性改为一个工作高，设备1进入一个关闭模式，并等待一个重连主电源中断信号来唤醒微控制器20。PB3：

是一个中断服务例程，其中微控制器20从关闭模式唤醒。随后立即返回到程序段PB2中的当前程序流程。PB4：

是一个中断服务例程，用来为出现在中断线INT2上的计时器中断服务。存在缓存9中的任何累计时间分段信号，例如，分钟，被微控制器20处理，从而时间和日期功能被更新。PB5：

微控制器20导致主电源检查例程42退出，即，检查例程42从堆栈41中弹出，并把控制权交给主程序流程Pflow在它离开的精确点，即，在PCE地址。微处理器20致使主程序用检查例程42执行后获得的分钟分段数更新它的软件时钟。

如果在检查例程42中接收到多于一个预定义的分钟分段数，例如30分段，设备1复位。这是因为辅助电源11只能保证在一段有限时间内存储器完整。

Claims (8)

1．一个电池式便携电子(1)设备，适于接受一个可拆卸主电源(10)，包含：电子电路(2、3、5、6、7、8、13、14)，一个辅助电源(11)，以及用于电气耦合主或辅电源(10)耦合到至少电子电路一部分的耦合和检测装置(12)，并用于检测在所述主电源(10)中的断电，耦合和检测装置(12)被配置成当主电源(10)从耦合和检测装置(12)电气断连时产生一个电气断连主电源中断信号(GInt)，

电子电路包含：

一个可编程处理单元(2)包含存储器装置(21)用于存储操作便携设备的一个运行程序(40)，一组运行寄存器(22,23)和一个堆栈(41)，

可编程单元适于响应至少一个外部中断信号，

其中处理单元(2)配置来响应电气断连主电源中断信号(GInt)，通过把运行寄存器集(PCE)的至少一个子集压入堆栈从而保存便携设备(1)中运行程序(40)的一个当前执行程序函数的一个精确运行点(PCE)，通过把一个主电源检查例程(42)压入堆栈(41)，以及通过执行在堆栈上的主电源检查例程(42)，当确定主电源(10)是否电气重连时，主电源检查例程恢复运行寄存器集(22,23)的至少保存的子集，并使处理单元(2)返回到当前执行程序函数的保存的精确运行点(PCE)。

2．如权利要求1的电池式便携电子设备(1)，其中处理单元(2)被配置成在返回到当前执行程序函数的精确运行点(PCE)之前，从堆栈(41)弹出主电源检查例程(42)。

3．如权利要求1的电池式便携电子设备(1)，其中设备(1)被配置成使用一个轮循机制感测一个电压的存在来确定电气重连

4．如权利要求1的电池式便携电子设备(1)，其中耦合和检测设备(12)被配置成检测电气连接并当检测到电气重连时产生一个重连主电源中断信号(RInt)。

5．权利要求4的电池式便携电子设备(1)，其中处理单元(2)被配置成确定重连主电源中断信号(RInt)是否代表在一段预定时间内稳定的重连状态。

6．权利要求1的电池式便携电子设备(1)，其中设备(1)包含关闭装置(12,15)用于当确定断电时电气关闭至少一部分电子电路。

7．权利要求1的电池式便携电子设备(1)，其中设备(1)包含一个时序装置(8)用于至少进行时间计时，以及一个处理单元(2)被配置成在由时序装置(8)产生的外部时序中断信号下从时序装置更新自己的计时，时序装置包含一个缓存(9)用于在外部时序中断信号之间累积保存时间分段单元。

8．一种用于电池式便携电子设备(1)的方法，其中设备(1)适于接受一个可拆卸主电源(10)，并且设备(11)包含：电子电路(2,3,5,6,7,8,13,14)，一个辅助电源(11)，以及用于电气耦合主或辅电源(10,11)到至少电子电路一部分的耦合和检测装置(12)，并用于检测在所述主电源(10)中的断电，电子电路包括一个可编程处理单元，它包含存储器装置(21)用于存储操作便携设备的一个运行程序(40)，一组运行寄存器(22,23)和一个堆栈(41)，可编程单元(2)适于响应至少一个外部中断信号(GInt)，

该方法包含：

a)当主电源(10)从耦合和检测装置(12)电气断连时，产生一个电气断连主电源中断信号(GInt)，以及

b)通过把运行寄存器集(PCE)的至少一个子集压入堆栈(41)从而保存便携设备(1)中运行程序的一个当前执行程序(40)函数的一个精确运行点(PCE)，通过把一个主电源检查例程(42)压入堆栈(41)，以及通过执行在堆栈(41)上的主电源检查例程(42)，当确定主电源(10)是否电气重连时，主电源检查例程恢复运行寄存器集(22,23)的至少保存的子集，并使处理单元(2)返回到当前执行程序函数的保存的精确运行点(PCE)。

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