電源管理芯片WM8310在手持設(shè)備上的應(yīng)用方案 - 全文

　　摘要： 介紹一種智能電源管理芯片WM8310的應(yīng)用方案，其應(yīng)用在以三星S5PC100移動處理器為核心的手持設(shè)備上。文中給出了WM8310與S5PC100電源分配設(shè)計方法、上電時序，以及WM8310控制接口原理設(shè)計和基于Windows CE 6.0操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序設(shè)計。

　　引言

　　WM8310是Wolfson公司推出的電源管理集成電路（PMIC）產(chǎn)品，具有完全可編程化可定制化和優(yōu)良的性能。WM8310在7 mm×7 mm的小尺寸上集成了ADC、實時時鐘、低壓差穩(wěn)壓器、降壓穩(wěn)壓器以及用于背光的升壓穩(wěn)壓器，提供了一個高集成度的PMIC解決方案。WM8310具有尺寸小、功能強等優(yōu)點，被多家手機廠商以及手持設(shè)備商采用，廣泛用于移動電話、導(dǎo)航設(shè)備以及媒體播放器等消費電子產(chǎn)品。

　　S5PC100是三星公司發(fā)布的一款ARM CortexA8內(nèi)核的移動處理器，主頻高達833 MHz.S5PC100處理器采用64位內(nèi)部總線構(gòu)架，內(nèi)含 32/32 KB數(shù)據(jù)/指令一級緩存、256 KB二級緩存。它的構(gòu)造基于三星的45 nm LP低功耗工藝技術(shù)S5PC100還包含強大的2D和3D硬件加速器。

　　1 硬件設(shè)計

　　1.1 S5PC100電源分配與上電時序

　　WM8310具有4路DCDC穩(wěn)壓器以及13路LDO穩(wěn)壓器。其中，2路DCDC同步降壓穩(wěn)壓器輸出電流達1.2 A，并具有硬件DVS（動態(tài)電壓調(diào)節(jié)）功能；1路升壓DCDC穩(wěn)壓器輸出電壓達30 V，可驅(qū)動多個串行白光LED.還包括6路標(biāo)準(zhǔn)LDO穩(wěn)壓器和4路低噪聲LDO穩(wěn)壓器，另有3路低功耗LDO用于內(nèi)部電路。

　　WM8310的DCDC1與DCDC2具有DVS（動態(tài)電壓調(diào)試）功能，可以通過外部GPIO來切換輸出電壓，當(dāng)然每一路DCDC和LDO都可以通過I2C控制接口來調(diào)節(jié)輸出電壓。將DCDC1與DCDC2分別接到S5PC100的內(nèi)核電源（即VCC_ARM和VCC_INT），這兩個內(nèi)核電壓可以根據(jù)當(dāng)前處理器的運行頻率自動調(diào)節(jié)輸出電壓的大小并減小系統(tǒng)的功耗。DCDC3給DDR內(nèi)存和S5PC100的內(nèi)存總線接口電路供電。DCDC4用于LCD屏的背光驅(qū)動。其他各路LDO給S5PC100的I/O電路供電。

　　S5PC100的上電時序較為嚴格，如圖1所示。為了保證處理器每次上電能正確運行，電源設(shè)計要滿足其上電時序要求。WM8310可以為每一路DCDC以及LDO分配時序，非常容易滿足S5PC100的上電時序要求。

　　圖1 S5PC100上電時序

　　圖1中的時間大小如表1所列。

　　它描述了WM8310的各路輸出與S5PC100電源的連接以及每一路電源的上電時序。

　　表1 S5PC100的時間大小

　　1.2 外部EEPROM設(shè)計

　　WM8310上電的時候需要讀取外部EEPROM的數(shù)據(jù)來設(shè)定每一路DCDC和LDO的初始輸出電壓以及上電時序，外部EEPROM芯片通過I2C接口與WM8310連接，上電后WM8310自動讀出EEPROM第一頁的32字節(jié)數(shù)據(jù)，WM8310的寄存器長度是16位的，所以外部EEPROM芯片要選2字節(jié)寬度的。WM8310與外部EEPROM的連接電路如圖2所示。

　　圖2 WM8310與外部EEPROM的連接電路

　　這32字節(jié)初始化數(shù)據(jù)除了保存在外部EEPROM中，也可以保存在WM8310內(nèi)部的OTP存儲器中，在WM8310芯片出廠的時候就把數(shù)據(jù)寫進內(nèi)部的OTP存儲器，以后就不能改變了。WM8310上電的時候檢測SCLK2引腳，如果發(fā)現(xiàn)是高電平，則讀取EEPROM的數(shù)據(jù)作為初始化數(shù)據(jù)。如果已將數(shù)據(jù)燒寫到WM8310的OTP存儲器中，則將SCLK2與SDA2引腳懸空。

　　本方案中WM8310的32字節(jié)初始化數(shù)據(jù)為：

　　0x7FFE，0x43BE，0x433E，0x602A，0x267F，0x6666，0x7F7F，0x7A7D，0x7D78，0x0000，0xA40C，0xA400

　　1.3 WM8310與S5PC100的控制接口

　　WM8310具有兩種控制接口，一種是I2C接口，另一種是SPI接口?？梢赃x擇一個接口與CPU進行通信控制。WM8310的IREFR引腳是控制接口模式選擇端，若IREFR引腳接低電平則選擇I2C接口，反之則選擇SPI接口。本方案中選擇把WM8310的I2C接口與S5PC100的I2C0接口通信，WM8310控制接口如圖3所示。

　　圖3 WM8310控制接口2驅(qū)動程序設(shè)計

　　2.驅(qū)動程序設(shè)計

　　2.1 流驅(qū)動接口

　　本方案中采用Windows CE 6.0操作系統(tǒng)，Windows CE 6.0操作系統(tǒng)的進程數(shù)由Windows CE 5.0的32個擴展到32 000個，每個進程的地址空間從32 MB擴展到2 GB，并且將代碼的運行權(quán)限分成用戶模式和內(nèi)核模式。驅(qū)動程序置于內(nèi)核模式，而應(yīng)用程序置于用戶模式有助于整個環(huán)境更可靠、更安全地運行。

　　Windows CE 6.0的驅(qū)動模式分為本地驅(qū)動和流式驅(qū)動，流式驅(qū)動為操作系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)流接口函數(shù)，如XXX_Init（）、XXX_Open（）、XXX_Read（）、XXX_Write（）、XXX_Close（）、XXX_IOControl（）等。比如串口驅(qū)動、SPI接口驅(qū)動、I2C接口驅(qū)動等就是采用流式驅(qū)動。而本地驅(qū)動提供給操作系統(tǒng)的不是標(biāo)準(zhǔn)的接口，不同的設(shè)備接口也不一樣。常見的本地驅(qū)動有顯示驅(qū)動、觸摸屏驅(qū)動等。不管是本地驅(qū)動，還是流式驅(qū)動，所有驅(qū)動都是以DLL（動態(tài)鏈接庫）文件形式存在。

　　本方案中PMIC（WM8310）的驅(qū)動采用流式驅(qū)動。驅(qū)動實現(xiàn)的功能有系統(tǒng)開關(guān)機功能設(shè)置、DCDC與LDO動態(tài)電壓設(shè)置、背光亮度設(shè)置以及各路DCDC與LDO的打開與關(guān)閉等。具體的實現(xiàn)過程則是通過調(diào)用I2C驅(qū)動讀寫WM8310的寄存器。所有的功能通過PMU_IOControl（）函數(shù)提供給操作系統(tǒng)，PMU_IOControl（）函數(shù)是一個標(biāo)準(zhǔn)的流式驅(qū)動函數(shù)。PMU_IOControl（）函數(shù)的源代碼如下：

　　BOOL PMU_IOControl（DWORD pContext， DWORD dwCode， PBYTE pBufIn， DWORD dwLenIn， PBYTE pBufOut， DWORD dwLenOut， PDWORD pdwActualOut）{

　　BOOL RetVal=TRUE;

　　DWORD dwIndex;

　　if （NULL==pBufIn） {//檢查參數(shù)是否合法

　　SetLastError （ERROR_INVALID_PARAMETER）；

　　RetVal=FALSE;

　　DEBUGMSG （ZONE_ERROR， （TEXT（“Invalid parameter\\r\\n”）））；

　　return（RetVal）；

　　}

　　switch（dwCode）{

　　case IOCTL_PMU_REGULATOR_ON://打開DC DC/LDO

　　if（（PMIC_Regulator_On（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_REGULATOR_OFF://關(guān)閉

　　DC DC/LDO

　　if（（PMIC_Regulator_Off（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_SET_REGULATOR_VOLTAGE://設(shè)置DC DC/LDO輸出電壓

　　if（（PMIC_Set_Regulator_Voltage（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_SET_BACKLIGHT_LEVEL://設(shè)置背光亮度等級

　　if（（PMIC_Set_Backlight_Level（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_TURN_OFF://關(guān)閉設(shè)備電源

　　PMIC_Turn_Off（）；

　　break;

　　case IOCTL_PMU_IS_BACKLIGHT_ON://查詢背光是否打開

　　*pBufOut=PMIC_Is_Backlight_On（）；

　　break;

　　}

　　return（RetVal）；

　　}

　　2.2 PMIC（WM8310）初始化

　　PMIC（WM8310）初始化主要完成開機鍵的時間設(shè)置，打開背光設(shè)置默認亮度，設(shè)置HWC功能實現(xiàn)CPU休眠喚醒電源控制。PMIC（WM8310）初始化函數(shù)為PMIC_Init（），源代碼如下：

　　DWORD PMIC_Init（HANDLE hIIC）{

　　DWORD r， dwErr=0;

　　PMU_IO_DESC pmic_data;

　　hI2C=hIIC;//I2C驅(qū)動句柄

　　wm831x_reg_unlock（）；

　　wm831x_set_bits（WM831X_ON_PIN_CONTROL， 0x03ff， 0x0212）； //設(shè)置關(guān)機時間為4s

　　wm831x_reg_lock（）；

　　wm831x_isink_enable（WM831X_CS1_BASE）；//打開背光電流控制

　　dwErr=wm831x_isink_set_current（WM831X_CS1_BASE， 6889）；//設(shè)置默認背光亮度

　　pmic_data.RegulatorIndex=VCC_BL;

　　pmic_data.pData=0;

　　pmic_data.Count=0;

　　if（！PMIC_Regulator_On（&pmic_data））dwErr=1;//打開背光設(shè)置HWC功能實現(xiàn)CPU休眠喚醒電源控制

　　wm831x_buckv_enable_hwc（WM831X_DC1_BASE，WM831X_DCDC_HWC_MODE_DISABLED，WM831X_DCDC_HWC_SRC_HC1）；

　　wm831x_gpio_direction_in（0）；//設(shè)置WM8310GPIO1 為輸入

　　wm831x_gpio_configuration（0， WM831X_GPN_POL_MASK， 0）；//設(shè)置WM8310GPIO1 為低電平有效

　　wm831x_gpio_set_function（0， 0x0c）；//設(shè)置WM8310GPIO1為HW Control1 input功能

　　return dwErr;

　　}

　　2.3 PMIC（WM8310）驅(qū)動調(diào)用示例

　　PMIC（WM8310）的驅(qū)動采用流式驅(qū)動，對其操作的方法就像操作文件的方法一樣非常方便。所有功能都通過調(diào)用DeviceIoControl（）來實現(xiàn)。在此之前要先打開設(shè)備，代碼如下：

　　static HANDLE hPMIC;//PMIC設(shè)備句柄

　　hPMIC=CreateFile（PMIC_DRIVER_PORT，GENERIC_READ|GENERIC_WRITE，F(xiàn)ILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE，NULL，OPEN_EXISTING， 0， 0）；

　　if （ INVALID_HANDLE_VALUE==hPMIC ） {

　　dwErr=GetLastError（）；

　　return FALSE;

　　}

　　然后將CreateFile（）返回的設(shè)備句柄傳遞給DeviceIoControl（）來實現(xiàn)功能，例如實現(xiàn)調(diào)整背光亮度等級的代碼如下：

　　DWORD dwErr， bytes， dat;

　　PMU_IO_DESC pmic_data;

　　dat=BACKLIGHT_VALUE10;//背光等級10

　　pmic_data.RegulatorIndex=VCC_BL;

　　pmic_data.pData=&dat;

　　pmic_data.Count=1;

　　if （ ！DeviceIoControl（hPMIC，IOCTL_PMU_SET_BACKLIGHT_LEVEL， &pmic_data， sizeof（PMU_IO_DESC）， NULL， 0， &bytes， NULL） ） {

　　dwErr=GetLastError（）；

　　return FALSE;

　　}

　　else{

　　return TRUE;//調(diào)整成功

　　}

　　結(jié)語

　　本方案利用WM8310的可編程及高性能的特點，將其用于手持設(shè)備的CPU供電，結(jié)合Windows CE 6.0操作系統(tǒng)實現(xiàn)了動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)、背光光控制以及休眠喚醒等功能，極大地降低了系統(tǒng)的功耗，延長了手持設(shè)備的工作時間，在相同的工作時間要求下減小了電池尺寸的要求。并且WM8310的高度集成、芯片面積小等特點大大地減小了手持設(shè)備PCB板尺寸，使手持設(shè)備能做到更小化、更輕便。本方案已經(jīng)成功應(yīng)用于中海達測繪儀器有限公司的手持設(shè)備中，經(jīng)過長時間的使用工作穩(wěn)定、可靠。該方案所帶來的優(yōu)點使產(chǎn)品的競爭力有很大提高。