摘 要： 就休眠喚醒技術(shù)實現(xiàn)過程中的難點進行了深入研究，并針對S3C2440開發(fā)板提出了兩種可行的低功耗休眠模式喚醒實現(xiàn)方法：外部中斷喚醒和RTC中斷喚醒,。將這兩種方法應(yīng)用于一款基于S3C2440和WindowsCE 5.0的嵌入式智能巡檢分析診斷儀,，儀器運行穩(wěn)定、效果理想,。
關(guān)鍵詞： 嵌入式,； 休眠喚醒； S3C2440,； Windows CE
嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中降低設(shè)備功耗以提高續(xù)航能力是其設(shè)計的熱點[1],。在休眠狀態(tài)，系統(tǒng)處于最低電流消耗狀態(tài),，同時仍維持存儲區(qū)中的內(nèi)容，為了減少能量消耗和延長電池壽命,，需要讓處理器定期進入或退出休眠模式[2],。Windows CE 作為一個廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)備上的操作系統(tǒng)，提供了完善的電源管理功能,。其中,，休眠喚醒便是一個重要的功能。本文在結(jié)合S3C2440硬件基礎(chǔ)上分析休眠喚醒過程,，分別采用外部中斷喚醒和RTC中斷喚醒兩種方法實現(xiàn)了休眠喚醒,，并給出了具體實現(xiàn)代碼。根據(jù)相應(yīng)喚醒需求,，將這兩種方法應(yīng)用于北京化工大學(xué)診斷與自愈工程研究中心的一款基于S3C2440和WindowsCE 5.0的嵌入式智能巡檢分析診斷儀,，結(jié)果表明能準(zhǔn)確達到實際的設(shè)置要求，效果良好,。
1 休眠喚醒過程分析
對于電源控制邏輯模塊,，S3C2440 有多種電源管理方案以針對須執(zhí)行的任務(wù)保持最優(yōu)的電源消耗。S3C2440 中的電源管理模塊對應(yīng) 4 種模式：NORMAL 模式,、SLOW 模式,、IDLE 模式和SLEEP模式。
在SLEEP模式下，電源管理模塊關(guān)閉內(nèi)部電源,，因此,，CPU 和內(nèi)部邏輯模塊都沒有電源消耗，但除了此模式下的喚醒模塊,。激活SLEEP模式需要2個獨立的電源,，其中一個為喚醒模塊供電，另一個為包括CPU的其他邏輯模塊供電,，并且可以由power on/off控制,。在SLEEP模式下，給CUP和內(nèi)部邏輯單元供電的第二個電源被關(guān)閉,，只有喚醒模塊是工作的,。這種狀態(tài)下，可以通過外部中斷EINT[15:0]或定時器的RTC(real time control)中斷將系統(tǒng)從睡眠狀態(tài)中喚醒[3],，如圖1所示,。
在睡眠模式下，VDDi,、VDDiam,、VDDMPLL以及VDDUPLL會被關(guān)閉,其由PWREN引腳來控制，如PWREN信號被置位,，VDDi和VDDiam則由一個外部變壓器供電,。當(dāng)PWREN=0時，VDDi和VDDiam被關(guān)閉,。
有多種方法可以使系統(tǒng)進入休眠,，例如在Windows CE的桌面上，點左下角的開始圖標(biāo),，然后選擇 “掛起”,；或者，在應(yīng)用程序或驅(qū)動中調(diào)用SetSystemPowerState（）函數(shù),，都可以讓系統(tǒng)進入休眠狀態(tài),。實際上，這兩種方法殊途同歸,，最終都需要通過OEM層OEMPowerOff()函數(shù)依次調(diào)用BSPPowerOff（）函數(shù),，以關(guān)閉板級的相關(guān)電源，保存所有寄存器的值,，關(guān)閉背光,；調(diào)用 ConfigStopGPIO（）函數(shù)，設(shè)置各IO休眠后的狀態(tài),；如果支持KITL,，調(diào)用OALKitlPowerOff（）函數(shù)關(guān)閉KITL功能；調(diào)用OALCPUPoweroff（）函數(shù)，使得CPU進入休眠模式,。OALCPUPoweroff（）函數(shù)保存當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài),，把CPU上一些寄存器里的數(shù)據(jù)保存到RAM里去，然后禁止RAM自刷新的功能,，加入喚醒中斷源,，最后使CPU進入休眠模式。當(dāng)CPU處于Sleep狀態(tài)時,，RAM不會斷電,，這樣RAM中的數(shù)據(jù)就不會丟失，當(dāng)CPU被喚醒后使用RAM里的數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng),。
當(dāng)相應(yīng)的中斷源觸發(fā)時,，CPU就會被喚醒，電流消耗變大了,，需要說明的是,，此處僅喚醒CPU，之后才喚醒WINCE系統(tǒng),。當(dāng)系統(tǒng)由SLEEP到NORMAL切換期間需經(jīng)過一個RESET過程,這個過程稱為 Power On Reset ,。在S3C2440 CPU中,寄存器GSTATUS2專門用以判斷發(fā)生Reset原因。Power On Reset后,，在之前SLEEP過程中保存下來的RAM中的系統(tǒng)數(shù)據(jù)是不會丟失的,。本文需要設(shè)計的喚醒子系統(tǒng)，就是把這些數(shù)值恢復(fù)到它們休眠前應(yīng)處的地址,。
在Bootloader中實現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)的具體步驟如下：
(1)如果有喚醒源被觸發(fā),，內(nèi)部的復(fù)位信號就會動作。這和外部的 nReset引腳觸發(fā)非常相似,。復(fù)位持續(xù)時間由內(nèi)部的 16 bit計數(shù)器邏輯決定，通過reset 復(fù)位決斷時間可以計算tRST=(65535/XTAL_frequency),；
(2)通過檢測GSTATUS2[2],，判斷是否是由SLEEP模式喚醒引起的電源開啟；
(3)通過設(shè)置 MISCCR[19:17]=000b,，釋放 SDRAM 的信號保護,；
(4)配置 SDRAM 內(nèi)存控制器；
(5)等待,，直到 SDRAM 自刷新被釋放,，結(jié)束等待。大部分SDRAM需要等待所有 SDRAM 行的自刷新周期,；
(6)GSTATUS[3:4]的信息可用于保存用戶自定義數(shù)據(jù),，因為在 GSTATUS[3:4]中的值在睡眠模式下被保留；
(7)對 EINT[3:0]，檢查 SRCPND 寄存器,；對EINT[15:4],，查看 EINTPEND 寄存器而不是SRCPND寄存器。(盡管EINTPEND寄存器的一些位被置位,，SRCPND 寄存器不會被置位),。
以上是一個通用的休眠喚醒過程，在實際應(yīng)用中,，可根據(jù)不同情況使用不同的喚醒方式,。例如，以休眠模式待機,在需要使用儀器時才喚醒系統(tǒng)的情況下,，就需要一個諸如按鍵的外部中斷來喚醒系統(tǒng),；而對于僅做一個保存掛起動作的情況，即刻自動喚醒系統(tǒng)則更為便捷,。S3C2440就提供了兩種喚醒實現(xiàn)方式：外部中斷實現(xiàn)方式和RTC中斷實現(xiàn)方式,。
2 基于外部中斷的休眠喚醒
正如之前提到的，在OALCPUPoweroff里,，系統(tǒng)進入休眠前,，正確設(shè)置外部喚醒中斷，才能夠喚醒CPU,。正確設(shè)置喚醒中斷源,，有3個要點：
(1)把對應(yīng)的GPIO設(shè)置為中斷功能；
(2)明確外部中斷觸發(fā)條件,，如將某種喚醒使用的中斷源所對應(yīng)的IO接到一個按鍵上,，需要通過按下按鍵實現(xiàn)喚醒，需要明確當(dāng)按下這個按鍵時,，IO接口上的電平會如何變化,；
(3)根據(jù)按鍵按下時IO電平的變化條件設(shè)置EXTINTn寄存器。當(dāng)按下按鍵時,，IO口上的電平會發(fā)生從高到低的變化,，那么就設(shè)置對應(yīng)的EXTINTn，使得中斷觸發(fā)條件為Falling edge triggered即下降沿觸發(fā),。
通過如下代碼實現(xiàn)了通過按鍵K1,、K2的外部中斷喚醒方式：
; 6. Setting Wakeup External Interrupt(EINT0,1,2) Mode
ldr r0, =vGPIOBASE
ldr r1, =0x5566//按鍵K1,K2（EINT0，EINT2）
str r1, [r0, #oGPFCON]
ldr r1, =0x82
str r1, [r0, #oEXTINT0]
此段代碼,，首先設(shè)置了外部中斷0和外部中斷2的中斷功能,，接著設(shè)置了中斷的觸發(fā)方式:下降沿觸發(fā)方式。
當(dāng)Windows CE操作系統(tǒng)在基于S3C2440的智能巡檢分析診斷儀完全啟動后,，按下“掛起”鍵,，待屏幕顯示消失后,，開始實驗。
實驗一：按下按鍵K1,，使系統(tǒng)立即重新啟動,，重新進入Windows CE操作系統(tǒng)；
實驗二：按下按鍵K2,，使系統(tǒng)立即重新啟動,，重新進入Windows CE操作系統(tǒng)；
實驗結(jié)果表明：即按即啟,，沒有延遲,，達到了外部中斷-按鍵喚醒系統(tǒng)的理想效果。
3 基于RTC中斷的休眠喚醒
S3C2440內(nèi)部RTC模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。RTC模塊的有3種功能：產(chǎn)生時鐘滴答,、實時計時和作為系統(tǒng)的觸發(fā)喚醒器[4]。RTC模塊可以在處理器的掉電模式或普通模式在設(shè)定時間(由BCD數(shù)據(jù)給出)和當(dāng)前時間相同時發(fā)生報警,。在普通模式下,ALM INT(報警中斷)處于激活狀態(tài),。在掉電模式下, PMWKUP (電源管理喚醒信號)與ALM INT一起處于報警狀態(tài)[5]。
相關(guān)的寄存器有RTCCON,、RTCALM和ALMSEC等,，設(shè)置代碼如下：
ldr r0,=vRTCBASE ;;;RTC alarm
ldr r1,=0x01
str r1,[r0,#oRTCCON]
ldr r1,=0x41
str r1,[r0,#oRTCALM]
ldr r1,=0x10 ;;10s喚醒
str r1,[r0,#oALMSEC]
此段代碼，首先設(shè)置RTC控制的可用,然后設(shè)置RTC報警中斷中,，秒中斷可用,因為本文以喚醒時間10 s為例,，所以僅用到了秒級中斷，最后設(shè)定喚醒時間10 s,。
當(dāng)Windows CE操作系統(tǒng)在基于S3C2440的智能巡檢分析診斷儀完全啟動后,，按下“掛起”鍵，在“掛起”動作的實現(xiàn)代碼中設(shè)置串口打印語句,，顯示“Start”標(biāo)志,，在系統(tǒng)被喚醒時設(shè)置串口打印語句，顯示“End”標(biāo)志,，通過DNW軟件,，觀察串口打印信息，記錄“Start”和“End”之間的用時,，即為喚醒時間，10次實驗結(jié)果可知平均用時10.04 s,與預(yù)計用時10.0 s的相對誤差為0.4%,，在工程應(yīng)用上,，基本達到操作要求。
研究過程后期,，在確認相應(yīng)設(shè)置正確的前提下,，系統(tǒng)仍無法正常喚醒,，在重新分析整個流程設(shè)計和代碼實現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)在S3C2440的官方BSP（板級支持包）中存在一個BUG：系統(tǒng)休眠時保存數(shù)據(jù)的虛擬地址設(shè)置錯誤,，SLEEPDATA_BASE_VIRTUAL設(shè)置為0xAC028000,，而此處和Bootloader中的SLEEPDATA_BASE_PHYSICAL 都設(shè)定為0x30028000。根據(jù)地址映射表里面的設(shè)置是：DCD 0x80000000, 0x30000000, 64; 32 MB DRAM BANK 6,，因此虛擬地址是0xA0028000,。將虛擬地址修改后，即可正常喚醒,。
本文通過深入分析休眠喚醒過程,，在基于S3C2440和WindowsCE5.0的平臺上分別通過外部中斷喚醒和RTC中斷喚醒兩種方法實現(xiàn)了休眠喚醒。文中所述的原理和方法不僅適用于上述指定的硬件平臺,，還適用于其他使用Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的硬件平臺,。應(yīng)用表明，這兩種方法實現(xiàn)了不同情況下的喚醒,，達到了理想的效果,，該儀器工作穩(wěn)定，性能良好,，已進入小規(guī)模量產(chǎn)階段,。
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