Блок управления энергопотреблением

Конфигурируемая система на кристалле способна самостоятельно управлять энергопотреблением, переходя в один из двух режимов: режим пониженного энергопотребления Power Down и холостой режим.

Блок управления энергопотреблением

Конфигурируемая система на кристалле имеет встроенной блок управления сбросами системы при включении питания. Он отвечает за введение системы в состояние сброса, когда уровень питания окажется ниже порогового уровня VRST. Это может произойти при включении питания, когда оно еще не достигнет допустимого уровня, и при выключении, как только оно окажется ниже уровня VRST. Блок управления сбросами системы исключает необходимость во внешних цепях сброса.

Энергосбережение

Конфигурируемая система на кристалле способна работать в двух режимах, обеспечивающих уменьшенное энергопотребление, в режиме Power Down и холостом. Эти два режима возможны, поскольку система на кристалле реализована на полностью статической КМОП логике. При введении системы в режим Power Down суммарное энергопотребление всех ее функциональных узлов не превысит 50 мкА.

Холостой режим

Этот режим первоначально был предусмотрен с целью обеспечения совместимости с микроконтроллером стандарта 8051. Систему можно ввести в холостой режим работы, установив бит IDL в регистре специального назначения PCON, и команда установки этого бита окажется последней, после чего система перейдет в новый режим работы.

Холостой режим работы системы предполагает прекращение работы системы тактирования. Но при этом контроллер прерываний, таймеры, сторожевой таймер и последовательный порт сохранят свою функциональность и дееспособность. Холостой режим замораживает состояние микроконтроллера, включая счетчик команд, указатель стека, слово состояния и аккумулятор, в то время как другие регистры сохраняют свое содержимое.

Существует два способа выхода системы из холостого режима. Первый осуществляется через контроллер прерываний, который сохраняет активное состояние и утверждает любое разрешенное прерывание для пробуждения процессора. В случае организации прерывания автоматически очищается бит IDL, система выходит из холостого режима и выполняется программа обслуживания прерывания, по окончании которой микроконтроллер возвращается к выполнению основной программы с команды, следующей за последней выполненной.

Другой способ заключается в организации системного сброса, источником которого могут быть внешний сигнал RST (активный по низкому уровню), сторожевой таймер, прикладной сигнал сброса RSTC или сброс при включении /выключении питания. Некоторые виды сброса приводят к перезапуску процесса конфигурации системы и выполнению программы со стартового адреса 0000h.

После организации сброса система возвращается к нормальному режиму работы. При этом все регистры специального назначения загружаются значениями согласно таблице 40, и микроконтроллер приступает к выполнению основной программы. Если источником сброса системы был сторожевой таймер, то программным обеспечением необходимо предотвратить повторный сброс, который может возникнуть по истечению 512 тактов от момента организации первого сброса.

Режим пониженного энергопотребления Power Down

Систему можно перевести в режим Power Down, установив бит PCON.1, и команда установки этого бита окажется последней, после чего система перейдет в новый режим работы. При этом вся деятельность системы, включая систему тактирования, будет приостановлена, а энергопотребление уменьшено до минимально возможного значения.

Логика управления режимом Power Down дополнительно предотвратит переключение глобальных тактовых сигналов, а регистр PWDSEL определит поведение системы в этом режиме, причем регистр PWDSEL должен быть настроен до того, как система перейдет в режим Power Down.

Микроконтроллер может выйти из режима в результате сброса системы или, получив сигнал внешнего прерывания.

Регистр управления режимом Power Down

Мнемоника:PWDSEL Адрес: FF62H

Бит PIO, когда установлен, разрешает индивидуальное переключение разрядов портов ввода/вывода в энергосберегающий режим или назначает выводам порта последнее присутствовавшее состояние (weak-follower), с целью избежания плавающих выводов. Режим для каждого порта загружается в процессе конфигурации системы.

Бит XTAL, когда установлен, блокирует работу внешнего генератора. При этом сигнал синхронизации BCLK замораживается на уровне логической единицы. Примечание: блок сопряжения с внешней памятью MIU должен быть настроен соответствующим образом, чтобы правильно осуществить выход из режима Power Down (см. далее).

Бит OSC, когда установлен, блокирует работу внутреннего генератора на время нахождения системы в режиме Power Down.

Бит GBUF, когда установлен, разрешает работу шести глобальным буферам в момент перехода системы в энергосберегающий режим. Каждый глобальный буфер имеет в распоряжении индивидуальный контрольный бит, который определяет его поведение в режиме Power Down или в случае останова.

Бит CSL_BCLK, когда установлен, прекращает синхронизацию конфигурируемой логической матрицы при переходе системы в режим Power Down.

Бит BCLK, когда установлен, прекращает общую синхронизацию системы в режиме Power Down.

Режим Power Down станет активным после того, как в регистре специального назначения PCON будет установлен бит PD. Необходимо предусмотреть выход системы из режима пониженного энергопотребления в случае отключения внешнего резонатора.

Регистр управления сбросом при включении питания

Мнемоника: PORCTRL Адрес: FF63H

Бит PORCT, когда установлен, запрещает сброс системы при включении питания в режиме Power Down. Когда этот бит очищен, то сохраняет состояние цепей сброса активным.

Режим Power Down станет активным после того, как в регистре специального назначения PCON будет установлен бит PD.

Отключение внешнего генератора

Несмотря на то, что внешний генератор мог быть выбран для синхронизации системы, в режиме Power Down он может быть отключен, если был установлен, бит XTAL в регистре PWDSEL. Если внешний генератор окажется отключенным, система на кристалле автоматически переключится на внутренний генератор, предусмотренный по умолчанию для синхронизации системы в режиме Power Down. При этом может возникнуть проблема совместимости частот синхронизации системы и блока сопряжения с внешней памятью, через который будет осуществляться выборка команд пользовательской программой. Для этого необходимо провести ряд мероприятий по настройке блока MIU до того, как система перейдет в режим Power Down. Для наглядности представлена таблица 42.

Варианты совмещения работы блока MIU с системой при переходе ее на внутренний генератор в режиме Power Down

Таблица 42

Частота резонатора	Последовательность действий при вводе в режимPower Down	Последовательность действий при выходе из режимаPower Down
< 20 МГц	1. Увеличить длительность времени операции чтения MIU для того, чтобы работать на частоте 20МГц; 2. Установить режим Power Down	1. Выдержать необходимое время для стабилизации кристалла; 2. Переключить систему тактирования на внешний осциллятор; 3. Оптимизировать длительность операции чтения MIU под значение частоты осциллятора.
> 20 МГц	Установить режим Power Down	1. Выдержать необходимое время для стабилизации кристалла; 2. Оптимизировать длительность операции чтения MIU под значение частоты осциллятора; 3. Переключить систему тактирования на внешний осциллятор.

Переключение на внешний генератор после выхода системы из режима Power Down

В случае отключения внешнего источника синхроимпульсов при переходе в режим Power Down конфигурируемая система на кристалле переключится на внутренний генератор.

Выход системы из режима пониженного энергопотребления требует необходимой подготовки внешнего генератора к обратному подключению. Необходимо организовать временную задержку для обеспечения стабилизации внешнего резонатора. Ее можно организовать программным циклом либо с использованием одного из таймеров микроконтроллера. По истечении временной задержки пользователь должен обеспечить подключение системы к внешнему генератору через код программы и восстановить первоначальную конфигурацию блока сопряжения с внешней памятью.

В таблице 42 представлены действия, которые должен предпринять пользователь для обеспечения синхронной работы системы с блоком MIU. Таблица разделена на две части в зависимости от частоты внешнего резонатора, который может работать на частоте большей или меньшей относительно внутреннего генератора.

Конфигурация блока сопряжения с внешней памятью осуществляется через регистры MIUCTRL и MISC. Регистр MIUCTRL отвечает за управление работой блоком MIU, а регистр MISC за выбор источника синхронизации. Оба регистра находятся в блоке конфигурирующих регистров CRU, поэтому для доступа к ним необходимо установить размер CRU равным 4Кбайта, очистив бит DMAP3_CTL.0.

Регистр MIUCTRL (адрес размещения во внешней памяти данных, принятый по умолчанию, FE33h) описан в разделе «Блок сопряжения с внешней памятью».

Регистр MISC размещен во внешней памяти данных по адресу FE81h. Бит выбора источника синхронизации – нулевой бит в этом регистре - когда очищен (принятое по умолчанию состояние), источником сигналов синхронизации становится внутренний генератор, а когда установлен – внешний резонатор.

Выход из режима Power Down

Конфигурируемая система на кристалле может выйти из режима пониженного энергопотребления Power Down, получив внешний сигнал прерывания INTR0 или INTR1, активный по уровню, или сигнал сброса. Поскольку в режиме Power Down все сигналы синхронизации прекращены, то сторожевой таймер не может быть использован в качестве организатора сброса системы и не может организовать выход ее из режима Power Down. Сброс системы может произойти при включении или выключении питания, когда уровень напряжения снизится ниже порогового уровня VRST.

Существует три различных способа прекращения режима Power Down:

1. через сигнал сброса RST;

2. через прикладной сигнал сброса RSTC;

3. через один из двух сигналов внешнего прерывания микроконтроллера INTR0 или INTR1, длительность которого должна быть не меньше двух машинных циклов.

Сигнал сброса RST

Возникновение импульса сигнала на выводе RST микросхемы приведет к сбросу всей системы, включая микроконтроллер и его регистр управления питанием PCON. При этом внутренний генератор станет источником сигналов синхронизации, принятым по умолчанию, а система запустит процесс конфигурации, в котором источник синхросигналов может быть сменен. По окончании процесса инициализации, процессор приступит к выполнению пользовательской прикладной программы. Этот способ выхода из режима Power Down может оказаться довольно длительным для некоторых приложений.

Прикладной сигнал сброса RSTC

Другой способ выхода из режима Power Down может быть осуществлен через прикладной сигнал RSTC из конфигурируемой логической матрицы. После получения сигнала микроконтроллер перезапускает выполнение прикладной программы со стартового адреса 0000h. Если в режиме Power Down внешний генератор был отключен, то источником сигналов синхронизации станет внутренний генератор. Для перехода к внешнему генератору пользователем должна быть предусмотрена временная задержка для обеспечения стабилизации внешнего резонатора.

Сигналы внешнего прерывания

Сигналы внешнего прерывания INTR0 и INTR1 могут использоваться для организации выхода системы из режима пониженного энергопотребления Power Down. Для этого необходимо предварительно разрешить глобальное прерывание системы, установив бит EA в регистре разрешения прерываний IE, разрешить внешние прерывания INTR0 и INTR1 и настроить сигналы на режим активного уровня. Появления одного из сигналов на выводе микросхемы заново активизирует источник синхросигналов на кристалле, и длительность внешних сигналов прерывания должна быть достаточной для запуска и стабилизации внутреннего генератора. Система окончательно выйдет из режима Power Down после того, как с вывода микросхемы будет снят сигнал INTR0 или INTR1. После этого, микроконтроллер приступит к выполнению программы обслуживания прерывания, а по окончании вернется к выполнению основной программы, с команды, следующей за командой введения режима Power Down.

После получения сигнала прерывания очистится бит PD в регистре управления питанием PCON. Это восстановит все цепи, которые были выбраны для отключения в режиме Power Down. Кроме того, если внешний генератор был отключен в режиме Power Down, то программа обслуживания прерывания должна обеспечить переключение системы с внутреннего генератора на внешний.

Словарь

CSoC – конфигурируемая система на кристалле, содержит процессор, конфигурируемую логику, встроенное на кристалле ОЗУ и специальную внутреннюю шину.

CRU – блок конфигурирующих регистров, определяющих специализированные функции в системе.

CSL – конфигурируемая логическая матрица, предназначена для реализации различных программных модулей для микроконтроллера и его периферии.

CSI – конфигурируемая системная шина. Связывает матрицу, микроконтроллер, периферию и блок сопряжения с внешней памятью (MIU).

DMA – прямой доступ к памяти.

JTAG – интерфейс для загрузки конфигурации и исполнительного кода. Поддерживает стандарт IEEE1149.1

MCU – микроконтроллер – ускоренный 8051 микроконтроллер, расширенный в пределах Trisend системы.

MI U – блок сопряжения с внешней памятью, соединяет микроконтроллер, его периферию и внутреннюю системную шина с внешними устройствами памяти.

PIO – программируемые порты ввода/вывода.

SFR – регистры специального назначения, контролируют функции периферии микроконтроллера.