來(lái)看看UFS的電源管理

FS是手機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備，因此對(duì)功耗要求很高。我們來(lái)看看UFS的電源管理。

三個(gè)供電電壓，VCC,VCCQ和VCCQ2，分別給UFS設(shè)備模塊供電。UFS設(shè)備主要包括三部分：前端UFS接口（M-PHY），UFS控制器和閃存介質(zhì)（圖中的Memory模塊）。VCC給閃存介質(zhì)供電，VCCQ一般給閃存輸入輸出接口和UFS控制器供電，VCCQ2一般給M-PHY或其它一些低電壓模塊供電。

UFS2.1中，三者電壓值為：

我們知道，UFS協(xié)議采用MIPI的M-PHY作為物理層和UniPro作為其數(shù)據(jù)鏈路層。M-PHY有高速模式（High Speed Mode, HS-MODE）和低速模式 （Low Speed Mode, LS-MODE）。其中，高速模式下，M-PHY有兩種狀態(tài)：STALL和HS-BURST。

低速模式下，M-PHY有三種狀態(tài)：LINE-CFG，SLEEP和PWM-BURST。

當(dāng)鏈路上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，M-PHY會(huì)自動(dòng)切換到STALL或者SLEEP狀態(tài)下，這兩種狀態(tài)為省電狀態(tài)。

除此之外，M-PHY還有一種更加省電的狀態(tài)，那就是HIBERN8 （Hibernate，休眠狀態(tài)），這種狀態(tài)下，M-PHY極為省電。UFS主機(jī)和UFS設(shè)備不可能一直交互數(shù)據(jù)，總有閑下來(lái)的時(shí)候。當(dāng)UFS主機(jī)沒(méi)有讀寫(xiě)UFS設(shè)備，它會(huì)讓彼此鏈路進(jìn)入休眠狀態(tài)，即HIBERN8。那UFS主機(jī)如何通知M-PHY切換到休眠狀態(tài)呢？

前面提到，設(shè)備管理器可以略過(guò)傳輸層，直接管理與控制互聯(lián)層：

主機(jī)設(shè)備管理器可以通過(guò)原語(yǔ)（Primitive）直接與UFS互聯(lián)層（UIC，即MIPI的UniPro和M-PHY）通信。除了上圖中所示的reset原語(yǔ)，UFS還包括讓UIC進(jìn)入和退出休眠的原語(yǔ)：DME_HIBERNATE_ENTER和DME_HIBERNATE_EXIT。

這是UFS主機(jī)和設(shè)備之間鏈路的省電模式，對(duì)UFS設(shè)備來(lái)說(shuō)，鏈路只是整個(gè)UFS設(shè)備的一部分。一個(gè)UFS設(shè)備是否省電，除了看其鏈路，還需要考慮UFS控制器、存儲(chǔ)介質(zhì)等是否省電，即看整個(gè)UFS設(shè)備是否有好的電源管理。

UFS定義了4種基本功耗模式：Active，Idle，Power Down和Sleep（簡(jiǎn)稱(chēng)AIDS），外加3個(gè)過(guò)渡功耗模式：Pre-Active, Pre-Sleep和Pre-PowerDown，一共是7種功耗模式。非常4+3！

Active模式：UFS設(shè)備在執(zhí)行命令或者做后臺(tái)任務(wù)（Background Operation）時(shí)處于這種狀態(tài)；

Idle模式：UFS設(shè)備空閑時(shí)，即既沒(méi)有來(lái)自UFS主機(jī)的命令，自身也沒(méi)有后臺(tái)任務(wù)需要處理，設(shè)備就處于該狀態(tài)；

Sleep模式：閑得瞌睡了。睡眠模式下，VCC電源可能被切斷（取決UFS設(shè)備設(shè)計(jì)）。VCC一般給閃存供電，即切斷閃存供電。

Power Down模式：掉電模式下，所有電源供電VCC, VCCQ和VCCQ2都可能被掐斷（取決UFS設(shè)備設(shè)計(jì)），該模式是最省電的功耗模式了。

這些模式之間的轉(zhuǎn)換如下圖：

我們看到，觸發(fā)模式之間轉(zhuǎn)換的很多是SSU，那么什么是SSU? SSU是Start Stop Unit的縮寫(xiě)，它是UFS協(xié)議中的一個(gè)基本命令，主機(jī)用它來(lái)切換UFS設(shè)備的功耗模式。

具體命令可以參看UFS spec。

注意，UFS設(shè)備的這些功耗狀態(tài)，和前面說(shuō)的M-PHY接口的STALL，SLEEP或者HIBERN8狀態(tài)是獨(dú)立的，兩者沒(méi)有必然聯(lián)系。比如，當(dāng)前M-PHY處于HIBERN8狀態(tài)，UFS設(shè)備可以處于以上狀態(tài)中的任何一種，比如UFS設(shè)備可以是處于Active狀態(tài)，沒(méi)有要求說(shuō)你休眠了我也得跟著休眠。

一個(gè)優(yōu)秀的員工，不是老板push一下，然后才往前走一步，而是能主動(dòng)的去承擔(dān)一些任務(wù)。一個(gè)好的UFS設(shè)備，不是等著主機(jī)發(fā)功耗切換命令來(lái)進(jìn)入省電模式，而是自己能主動(dòng)做一些事情來(lái)省電。

下面就是一個(gè)優(yōu)秀UFS設(shè)備需要具備的素質(zhì)。

比如，UFS剛上電時(shí)，UFS進(jìn)入Active狀態(tài)，一段時(shí)間如果沒(méi)有來(lái)自主機(jī)的命令，自己內(nèi)部也沒(méi)有后臺(tái)任務(wù)要處理，UFS設(shè)備將進(jìn)入Idle狀態(tài)。Idle意味著無(wú)事可做，這時(shí)候主機(jī)也沒(méi)有發(fā)任何SSU命令要求UFS設(shè)備進(jìn)入指定的狀態(tài)（老板也沒(méi)有叫你去做什么），好的UFS設(shè)備，這個(gè)時(shí)候就要想想怎么去省電。舉例來(lái)說(shuō)，如果當(dāng)前M-PHY處于HIBERN8狀態(tài)，說(shuō)明主機(jī)目前不會(huì)訪問(wèn)UFS設(shè)備，因此，UFS設(shè)備可以做一些節(jié)能設(shè)計(jì)：比如把當(dāng)前UFS設(shè)備的軟硬件上下文保存到閃存，然后切斷所有電源以達(dá)到省電目的。待M-PHY接口退出HIBERN8狀態(tài)，UFS設(shè)備上電，然后把軟硬件上下文加載運(yùn)行。

老板沒(méi)有叫你去干活，你主動(dòng)的去把活干了，這樣的員工哪個(gè)老板不喜歡？

省電和用戶(hù)體驗(yàn)（命令響應(yīng)快慢）其實(shí)是個(gè)矛盾。因?yàn)槿绻鸘FS設(shè)備休眠了，它就不能及時(shí)的響應(yīng)主機(jī)的命令，因?yàn)樗枰韧顺鲂菝撸ū热缧枰研菝咧氨４娴纳舷挛闹匦录虞d，這往往比較花時(shí)間），然后再響應(yīng)主機(jī)命令。睡覺(jué)是個(gè)技術(shù)活，在追求最大節(jié)能的同時(shí)，還要兼顧用戶(hù)體驗(yàn)。