AMBA低功耗接口（二）P_Channel

为了满足复杂的power管理的需求，arm提供了P_Channel的低功耗接口，来满足这样的应用场景。

一、P_Channel

P_Channel，提出了一个概念，叫power state transition，power状态的切换。在P_Channel的应用场景中，power的状态有很多，这个是实现自己定义的。power的各个状态之间，是可以切换的。

2个最基本的状态：

• lower-power状态：在这个状态下，power消耗比较少，device处于低功耗状态（具有部分功能）
• higher-power状态：在这个状态，power消耗比较大，device处于正常状态（具有完整功能）

1、接口

以下是P_Channel接口。

分为device端和power控制端（下文简称PMU）。

信号	说明	驱动端
PACTIVE [N-1:0]	提供wakeup功能	device
PSTATE [M-1:0]	需要切换的目的power状态	PMU
PREQ	为高，表示power状态切换请求	PMU
PACCEPT	为高，表示device接受power状态切换请求	device
PDENY	为高，表示device拒绝power状态切换请求	device

PACCEPT和PDENY在握手中，只能有一个为高。PACCEPT表示接受请求，PDENY表示拒绝请求。

PACCEPT，PDENY，PREQ，PSTATE，必须是从寄存器直接输出。

2、P_Channel接口握手状态    

对P_Channel的接口，arm也定义了一些握手状态。不过状态，有加入了RESETn信号的影响。

• P_RESET： device处于reset状态
• P_STABLE: device处于非reset状态，并且PMU没有发送power状态切换请求
• P_REQUEST： PMU向device发送power状态切换请求
• P_ACCEPT： device接受PMU的power状态切换请求
• P_DENIED： device拒绝PMU的power状态切换请求
• P_COMPLETE： device接受PMU的power状态切换请求后，PMU取消power状态切换请求
• P_CONTINUE: device拒绝PMU的power状态切换请求后，PMU取消power状态切换请求

编码：

以下是状态转移图：

握手协议规则：

• PREQ只有在PACCEPT和PDENY都为低情况下，才可以从低变为高
• PREQ要满足以下的任意条件，才可以从高变为低：
  • PACCETP是高，PDENY为低
  • PACCEPT为低，PDENY为高
• PSTATE满足以下的任意条件，才可以变化：
  • PREQ，PACCEPT，PDENY都为低
  • PREQ和PDENY为高，PACCEPT为低
• PACCEPT只有在PREQ为高，并且PDENY为低，才可以从低变为高
• PACCETP只有在PREQ为低，并且PDENY为低，才可以从高变为低
• PDENY只有在PREQ为高，并且PACCEPT为低，才可以从低变为高
• PDENY只有在PREQ为低，并且PACCEPT为低，才可以从高变为低

3、P_Channel的握手协议

握手协议，涉及到PREQ，PSTATE，PACCEPT，PENDY这4个信号。

3.1、device接受power状态切换

下图是该时序图：

在T2时刻之前，P_Channel处于P_STATBLE状态。

T2时刻，PMU拉高PREQ，将PSTATE置为STATE B。向device发送power状态切换请求，请求将device切换到STATE B的power状态。P_Channel进入P_REQUEST状态。

T3时刻，device将PACCEPT拉高，表示接受PMU的power状态切换请求。P_Channel进入P_ACCEPT状态。

T4时刻，PMU接收device的PACCEPT响应，拉低PREQ，取消请求。P_Channel进入P_COMPLETE状态。

T5时刻，device将PACCEPT拉低，表示完成power状态切换。P_Channel进入P_STABLE状态。

3.2、device拒绝power状态切换

下图是时序图：

T2时刻以前，P_Channel处于P_STABLE状态。

T2时刻，PMU将PREQ拉高，将PSTATE置为STATE B。向device发送power状态切换请求，请求将device切换到STATE B的power状态。P_Channel进入P_REQUEST状态。

T3时刻，device将PDENY拉高，表示拒绝PMU的power切换请求。P_Channel进入P_DENIED状态。

T4时刻，PMU接收到device的PDENY响应，将PREQ拉低，取消请求，并且把PSTATE置为STATE A。P_Channel进入P_CONTINUE状态。

T5时刻，device将PDENY拉低，P_Channel进入P_STABLE状态。

4、device的复位和初始化

device在复位时，必须将PACCEPT和PDENY置为低，但对PACTIVE没有要求。

P_Channel的状态为P_STABLE时，device的复位信号，才可以设置为有效。

当device的复位无效时，device要进入初始化，此时PMU要设置PSTATE信号值，device会在复位之后，采样该信号值，从而采用合适的初始化流程。PSTATE要在复位信号无效后要保持稳定。

device，要提供一个初始化周期时间，t_init。用来表示，复位之后，PSTATE需要保持多久时间，供device初始化使用。PSTATE在t_init时间之内，必须要保持稳定。

以下是时序图：

T1时刻之前，RESETn为低，复位有效，P_Channel处于P_RESET状态。

T1时刻，RESETn为高，PMU将PSTATE置为STATE A。P_Channel进入P_STABLE状态。

T2时刻，由于t_init的限制，PMU要将PSTATE一直保持在STATE A，以便device正确的初始化。device必须要在t_init时间内，采样PSTATE。此后，PMU就可以发送power切换请求了。

T3时刻，PMU将PREQ置高，并且将PSTATE置为STATE B，发送power切换请求。P_Channel进入P_REQUEST状态。

T4时刻，device将PACCEPT拉高，表示接受PMU的power状态切换请求。P_Channel进入P_ACCEPT状态。

T5时刻，PMU接收device的PACCEPT响应，拉低PREQ，取消请求。P_Channel进入P_COMPLETE状态。

T6时刻，device将PACCEPT拉低，表示完成power状态切换。P_Channel进入P_STABLE状态。

T7时刻，P_Channel在P_STATBLE状态，可以进行复位，外部拉低RESETn，P_Channel进入P_RESET状态。

下图，展示了，当复位时，PMU发送power切换情况的时序图。

T1时刻，PMU将PREQ拉高，并置PSTATE为STATE A，但是复位信号有效，device不接收PMU请求。P_Channel保持为P_RESET状态。

T2时刻，复位信号释放，因为PREQ为高，P_Channel进入P_REQUEST状态。device接收PMU的power切换请求。

之后的就和上面的分析原理是一样的了。

下图，展示了，复位后，PMU发送使device进入STATE A的power状态请求，当该转换完成后，PMU又继续发送使device进入STATE B的power状态请求。

PMU在发送下一个power切换请求前，必须保证上一个power切换请求，传输完毕。

5、多个power状态切换

利用P_Channel，PMU可以使device，来回切换不同的power状态。

在T0，device处于STATE A状态。

在T1到T4，通过P_Channel，使device进入STATE B状态。在T4，P_Channel进入P_STABLE状态。

在T5-T8，通过P_Channel，使device进入STATE C状态。在T8，P_Channel进入P_STABLE状态。

6、PACTIVE

PACTIVE，提供给device给PMU发送请求。PACTIVE的每一个bit，表示一种请求。bit为高，表示device发送请求给PMU，让PMU处理，bit为低，表示device没有发送请求给PMU处理。

PACTIVE和握手协议，是独立开的。PACTIVE是设计自定义的，请求完全自己定义。当然，也可以不使用PACTIVE，如果不是用PACTIVE，需要将PACTIVE置为0。

以下是PACTIVE的例子：

PACTIVE有3个bit，每个bit，映射到一个power状态，MSB具有高优先级。

• PACTIVE[2]: STATE C
• PACTIVE[1]:     STATE B
• PACTIVE[0]: STATE A

T1时刻，device将PACTIVE设置为3'b011，表示device向PMU发送power切换请求，将自己切换为STATE B。

PMU接收到device的请求后，从T2到T5，向device发送power切换请求，并且切换到STATE B状态。最后P_Channel进入P_STABLE状态。

T6时刻，device将PACTIVE设置为3'b111，表示device向PMU发送power切换请求，将自己切换为STATE C。

PMU接收到device的请求后，从T7到T10，向device发送power切换请求，并且切换到STATE C状态。最后P_Channel进入P_STABLE状态。

7、对于device，需要提供的信息

为了PMU的设计的正确性，device需要向PMU提供以下的一些信息：

• device支持的power状态，包括以下：
  • PSTATE定义和编码
  • PACTIVE每个bit代表的请求
  • 用于初始化power状态，推荐的PACTIVE输出
  • PACTIVE需要被忽略，或者一直置0的bit信息
• power状态的切换，包括以下：
  • power状态切换之后的device行为
  • device拒绝power状态切换的条件
• 复位释放后，用于初始化device的PSTATE的合理值
• t_init值

8、实现

对于device和PMU来说，有各自的时钟，因此他们的时钟，是当成异步来进行处理的，所以需要同步化的操作。

下图展示了，P_Channel的实现框图：

对于PSTATE，PREQ，PACCETP，PDENY，需要从寄存器直接输出，在接收端，需要使用同步器，对异步输入信号进行同步化输出。

对于PACTIVE，如果是多个来源的组合，ARM建议使用或门来实现。并且每个对PACTIVE贡献的来源，必须是寄存器直接输出。

 

9、P_Channel使用例子

以下是P_Channel使用的2个例子。

9.1、独立的power domain使用P_Channel

device0处于power domain0，PMU使用PD0来控制。

device1处于power domain1和power domain2，PMU使用PD1和PD2来分别控制。

9.2、父子关系的power domain使用P_Channel

device1内部有3个power domain，分别为power domain0，power domain1，power domain2，但是domain0是domain1和domain2的父domain，也就是domain0控制domain1和domain2。

PMU和device1有3个P_Channel接口，但是都是在power domain0中。