ARM系列-P Channel介紹

ARM定義了兩個低功耗接口（Low Power Interface），用于低功耗控制握手，分別是Q-Channel和P-Channel。其中的Q-Channel在以前講過，Q-Channel相對P-Channel而言簡單一些，只是控制開/關(guān)兩種狀態(tài)，這在控制時鐘的握手時沒有任何問題，但是在控制電源的握手時就有點(diǎn)不夠用了。

對于一個復(fù)雜的設(shè)計，僅僅用開/關(guān)兩種狀態(tài)描述是不完備的，需要引入更多的電源狀態(tài)，比如memory retention（一種低功耗技術(shù)，為存儲單元提供一個較低供電電壓，以保留存儲陣列的數(shù)據(jù)，但是存儲單元不接受外部的數(shù)據(jù)訪問）。

P-Channel提出了一個概念，叫電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換（power state transition）。在P-Channel的應(yīng)用場景中，電源的狀態(tài)有很多，這個是可以是自己定義的。電源的各個狀態(tài)之間是可以切換的。

P-Channel的接口并不復(fù)雜：

• N-bit的PACTIVE，由設(shè)備端驅(qū)動，每個比特位可能由多個源信號組成；
• M-bit的PSTATE，由控制器端驅(qū)動，表示請求轉(zhuǎn)換到的電源狀態(tài)；
• PREQ，由控制器端驅(qū)動，高電平表示請求轉(zhuǎn)換到電源狀態(tài)（電源狀態(tài)由PSTATE定義）；
• PACCEPT，由設(shè)備端驅(qū)動，高電平表示設(shè)備接受制器發(fā)出的電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換請求；
• PDENY，由設(shè)備端驅(qū)動，高電平表示設(shè)備拒絕控制器發(fā)出的電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換請求；

其中N和M的值取決于具體的設(shè)計需要，P-Channel規(guī)范并沒有強(qiáng)制要求。

PREQ、PACCEPT和PDENY構(gòu)成一個握手接口（PACTIVE不在握手之中），用于管理和保證安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換。P-Channel要求在一次握手轉(zhuǎn)換中，PACCEPT或PDENY中只有一個發(fā)生變化。也就是說，PACCEPT和PDENY在握手中，只能有一個為高。

來自設(shè)備的PACCEPT和PDENY信號，以及來自控制器的PREQ和PSTATE信號都必須由寄存器直接驅(qū)動。拒絕機(jī)制的目的是使設(shè)備能夠保持其當(dāng)前狀態(tài)，同時通過該機(jī)制可以迅速完成握手。

握手信號狀態(tài)與PACTIVE位無關(guān)。PACTIVE位上的轉(zhuǎn)換不受PREQ、PACCEPT和PDENY上的值的限制。

握手規(guī)則如下：

• 當(dāng)PACCEPT和PDENY都為低電平時，PREQ才能從低電平轉(zhuǎn)換為高電平。
• PREQ只能在以下情況下，可以從高電平到低電平轉(zhuǎn)換：
  -PACCEPT為高，PDENY為低。
  -PACCEPT為低，PDENY為高。
• PSTATE只能在以下情況下轉(zhuǎn)換：
  -PREQ、PACCEPT和PDENY都為低電平（控制器在發(fā)起請求前，提前改變PSTATE）。
  -PREQ和PDENY為高電平，PACCEPT為低電平（設(shè)備拒絕請求，控制器需要將PSTATE返回請求前的值）。
• 僅當(dāng)PREQ高電平且PDENY低電平時，PACCEPT才可以從低轉(zhuǎn)換到高。
• 僅當(dāng)PREQ低電平且PDENY低電平時，PACCEPT才可以從高轉(zhuǎn)換到低。
• 僅當(dāng)PREQ高電平且PACCEPT低電平時，PDENY才可以從低轉(zhuǎn)換到高。
• 僅當(dāng)PREQ低電平且PACCEPT低電平時，PDENY才可以從高轉(zhuǎn)換為低。

下圖是控制器發(fā)出從A狀態(tài)到B狀態(tài)轉(zhuǎn)換請求，設(shè)備接受請求的握手流程：

• T0時刻，接口空閑，所有握手信號均為低電平。接口狀態(tài)為P_STABLE，設(shè)備保持當(dāng)前狀態(tài)。
• T1時刻，控制器想要發(fā)出請求，并且需要提前做一些準(zhǔn)備工作。接口狀態(tài)仍為P_STABLE。
• T2時刻，控制器設(shè)置PSTATE為目標(biāo)狀態(tài)B，同時將PREQ信號變?yōu)楦唠娖?，接口狀態(tài)變?yōu)镻_REQUEST。協(xié)議要求在設(shè)備檢測到PREQ時，PSTATE是穩(wěn)定的。
• T3時刻，設(shè)備通過將PACCEPT驅(qū)動成高電平來表示接受轉(zhuǎn)換，同時PDENY必須保持低電平（PACCEPT和PDENY在握手中，只能有一個為高）。接口狀態(tài)現(xiàn)在是P_ACCEPT。
• T4時刻，控制器端對PACCEPT高電平進(jìn)行采樣，并將PREQ設(shè)置為低電平，表示本次請求結(jié)束。接口狀態(tài)為P_COMPLETE。
• T5時刻，設(shè)備端監(jiān)測到PREQ變?yōu)榈碗娖?，將PACCEPT驅(qū)動為低電平。此時，一旦控制器檢測到PACCEPT為低電平，它就可以采取所需的任何轉(zhuǎn)換后操作（比如控制電源開關(guān)）。本次握手全部完成，接口狀態(tài)回到P_STABLE。

下圖是控制器發(fā)出從A狀態(tài)到B狀態(tài)轉(zhuǎn)換請求，設(shè)備拒絕請求的握手流程：

• T0，T1，T2時刻的握手順序跟接受請求的流程一樣。
• T3時刻，設(shè)備端拒絕此次控制器發(fā)出的電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換請求，驅(qū)動PDENY信號為高電平，同時必須保持PACCEPT信號為低電平。接口狀態(tài)為P_DENIED。
• T4時刻，控制請檢測到PDENY信號為高電平，知道設(shè)備拒絕了本次請求?？刂破鞫蓑?qū)動PREQ信號為低電平，表示結(jié)束本次請求，同時恢復(fù)PSTATE信號為初始的A狀態(tài)。接口狀態(tài)為P_CONTINUE。
• T5時刻，設(shè)備端發(fā)現(xiàn)PREQ變成低電平，需要將PDENY信號驅(qū)動成低電平。一旦控制器發(fā)現(xiàn)PDENY變成低電平，它就可以采取所需的任何轉(zhuǎn)換后操作。本次握手流程全部完成，接口狀態(tài)恢復(fù)為P_STABLE。

對于設(shè)備端，在復(fù)位時，必須將PACCEPT和PDENY置為低電平，但對PACTIVE沒有要求。如果設(shè)備必須進(jìn)入特定電源狀態(tài)才能進(jìn)行啟動操作，則需要在設(shè)備復(fù)位時將PACTIVE位置為高位。如果不存在此類要求，ARM建議在設(shè)備復(fù)位時將所有PACTIVE置為低電平。

P-Channel的狀態(tài)為P_STABLE時，設(shè)備的復(fù)位信號才可以設(shè)置為有效。

當(dāng)設(shè)備的的復(fù)位被釋放后，設(shè)備要進(jìn)入初始化，此時控制器要設(shè)置PSTATE信號值，設(shè)備會采樣該信號值，從而完成正確的初始化流程。PSTATE要在復(fù)位信號無效后要保持穩(wěn)定。

設(shè)備要提供一個初始化時間（tinit），用來表示，復(fù)位之后，在所有可能的復(fù)位狀態(tài)下保證捕獲PSTATE值之前所需的設(shè)備時鐘周期數(shù)。PSTATE在這段時間內(nèi)必須保持穩(wěn)定。

以下是復(fù)位后，控制器等待tinit時間后，控制器再發(fā)起請求的握手流程。

下圖展示了控制器在復(fù)位解除前將PREQ置為高電平，然后等待P-Channel轉(zhuǎn)換完成后，再發(fā)出進(jìn)一步請求的情況。

下圖展示了控制器在復(fù)位解除后，使用相同的PSTATE值，并將PREQ設(shè)置為高的情況。

下圖展示了多狀態(tài)轉(zhuǎn)換的握手，從狀態(tài)A轉(zhuǎn)換到狀態(tài)B，然后再轉(zhuǎn)換到狀態(tài)C。

P-Channel的握手狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下：

設(shè)備用PACTIVE向電源控制器提出要求，每個位代表不同的要求。PACTIVE位為高電平表示設(shè)備向控制器提出需求。如果PACTIVE為低電平，表示設(shè)備不再需要該需求。P-Channel握手獨(dú)立于PACTIVE，控制器可以不考慮PACTIVE而做出任何決策。但是，該設(shè)備可以拒絕任何不適當(dāng)?shù)恼埱?。換句話說，PACTIVE是獨(dú)立于握手協(xié)議的，PACTIVE可以是自定義實現(xiàn)的。

下圖展示了控制器根據(jù)設(shè)備的PACTIVE發(fā)出電源轉(zhuǎn)換請求的案例。本例子中：

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

為了控制器的正確設(shè)計，設(shè)備端必須提供足夠的信息，包括：

• 所有設(shè)備支持的電源狀態(tài)，包括：PSTATE定義和編碼；PACTIVE每個比特位的分配；用于初始化狀態(tài)，推薦的PACTIVE值；不再使用的PACTIVE位。
• 設(shè)備支持的電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換，比如，如果控制器發(fā)起轉(zhuǎn)換請求，設(shè)備采取的任何操作；哪些設(shè)備電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換可以被有條件地拒絕。
• 復(fù)位釋放后，用于初始化設(shè)備的PSTATE值
• 設(shè)備初始化時間tinit

P-Channel規(guī)范中，給出了一個例子。本例中，有兩個設(shè)備，三個電源域。Device 0位于power domain0，電源控制器使用PD0來控制。Device 1位于power domain1和power domain2，電源控制器使用PD1和PD2來分別控制。此例中，三個電源域是獨(dú)立的。

如果電源域不是彼此獨(dú)立的，而是由嵌套關(guān)系，如下圖所示。Device1內(nèi)部有3個電源域，分別為power domain 0，power domain 1，power domain 2，但是domain 0是domain 1和domain 2的父域，domain 1和domain 2是子域，也就是domain 0控制domain 1和domain 2。

電源控制器和device 1有3個P-Channel接口，但是都是在power domain 0中。這種情況下，電源控制與power domain 0的握手需要考慮子域的電源狀態(tài)。