引 言
    電源管理(Power Management，PM)是電子系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)曙椎。由于采用了先進的電源管理技術(shù)抡广，移動電話、PDA等產(chǎn)品得到了廣泛的應用询时。如果不采用完善的電源管理技術(shù)谎雷，移動電話的通話時間可能不超過2 min。隨著人們對嵌入式手持終端設備功能水平要求的不斷提高捷夜，手持終端的功耗也在不斷增高楚榕。與之相矛盾的是，手持終端的尺寸卻在不斷縮小非震，工作時間也在不斷延長中姜，使嵌入式手持終端電源系統(tǒng)管理面臨越來越大的壓力。如何設計出性能穩(wěn)定跟伏、功耗低的電源管理系統(tǒng)已經(jīng)成為嵌入式手持終端設備開發(fā)的難點之一丢胚。本文重點介紹基于微處理器S3C2440A的手持終端電源管理系統(tǒng)。

1 供電需求
    手持終端的CPU采用三星公司的ARM920T內(nèi)核處理器S3C2440A受扳。S3C2440A是專門為各類手持終端而設計的高性能嵌入式微處理器携龟，主頻可達400 MHz兔跌，具有外圍接口豐富、體積小峡蟋、功耗低等特點坟桅。
    S3C2440A有4種工作模式：正常模式、慢模式蕊蝗、空閑模式仅乓、睡眠模式。4種模式之間可以相互轉(zhuǎn)換蓬戚，區(qū)別主要在于處理器工作頻率夸楣、工作電壓和設備組合的不同。本設計中主要針對正常模式和睡眠模式采用不同的電源管理策略如麦。
1．1 正常模式下供電需求
    在正常模式下忱确，CPU以及外圍部件都需要供電。外圍部件主要包括Flash聂挚、SDRAM唐耿、GPRS、GPS菱泻、無線模塊囤嗡、LCD、觸摸屏等部分肉扁。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示缤滑。

    CPU電壓分為2組：核心電壓為1．2 V；I／O引腳電壓為3．3 V避揍。USB和GPS供電電壓為5 V瘸卦。LCD的供電電路比較復雜瘩此，需要專用的驅(qū)動芯片為其供電蔓嚷。由于現(xiàn)在幾乎所有的手持終端都是彩屏，作為調(diào)節(jié)LCD背光亮度的LED也需專門的驅(qū)動電路愧理。其余部分(如GPRS雕蔽、無線模塊、音頻等)都為3．3 V宾娜。
1．2 休眠模式下供電需求
    CPU 90％以上的時間處于休眠模式批狐，休眠狀態(tài)下電源管理的好壞對于手持終端工作時間的長短起著決定性作用。圖2是手持終端在休眠模式下供電需求前塔。

    休眠模式下嚣艇，外部需要通過VDDalive端口為CPU內(nèi)部能量控制模塊提供1．2 v／1．3 V電壓，為存儲器接口電源VDDMOP华弓、ADC端口電源VDD_ADC食零、I／O端口電源VDDOP提供3．3 V電壓困乒。實時時鐘需要在休眠模式和系統(tǒng)關機時依然對其供電。PWREN為控制信號贰谣，在CPU進入睡眠后娜搂，PWREN為低電平，可通過此引腳關閉睡眠模式下不使用的模塊吱抚。

2 電源管理策略
2．1 正常模式下電源管理策略
    正常模式下的電源管理主要是通過控制外設控制器的開關來達到節(jié)約能量的目的百宇。S3C2440A外設接口控制器豐富，但這些控制器不一定同時都用到狱林。通過設置寄存器可以有選擇地關閉不需要的功能模塊水搀，盡量將不使用的控制器關閉，盡可能節(jié)省功耗农泊。因為如果不將其關閉衣剂，即使它們沒有處于工作狀態(tài)，仍然會消耗電流碰蚂。
2．2 休眠模式下電源管理策略
    休眠模式下惊派，主要采用Time-out策略，如圖3所示竣楼。系統(tǒng)完成所有任務后送服，如果持續(xù)時間超過某一閾值(該時間間隔可由系統(tǒng)提供的計時模塊設定)，電源管理模塊將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至休眠狀態(tài)亲堂，直到有新任務請求到達時再喚醒系統(tǒng)炼杉，則執(zhí)行任務。通過這種方式達到降低系統(tǒng)設備功耗的目的假棉。

3 電源管理系統(tǒng)設計
3．1 硬件設計
    嵌入式手持終端電源管理系統(tǒng)硬件設計必須同時滿足CPU正常模式和休眠模式的供電需求踢漏。
3．1．1 休眠模式下供電電路
    休眠模式下供電電路如圖4所示。電池的電源經(jīng)過Buck變換器后久橙，輸出3．3 V供給I／O俄占、VDDalive等端口；3．3 V經(jīng)過LDO變換器輸出1．2 V淆衷，為休眠時CPU內(nèi)部能量管理模塊供電缸榄。電池電壓經(jīng)過LDO變換器輸出3．3 V，直接給實時時鐘RTC供電祝拯，只要手持終端電池電壓大于3．3 V甚带，系統(tǒng)RTC就會工作。使用LDO變換器為RTC供電是因為輸入佳头、輸出電壓差別不大鹰贵，效率較高。但是，CPU的1．2 V電壓通過Buck變換器和LDO變換器得到碉输，LDO的效率雖然不到50％瑞筐，但比Buck變換器高。

3．1．2 正常模式下供電電路
    正常模式下供電電路如圖5所示腊瑟。從圖中可看出聚假，電路共包括3個子模塊：電池管理、電壓管理和負載管理僚尚。

    電池管理：主要由鋰離子充電電路和充電監(jiān)控電路組成骂妻。外接直流電源通過充電電路為鋰離子充電電池充電，充電完畢后充電電路自動關閉充電原堂。

電壓管理：所有在睡眠模式下不需要提供電源的模塊篡氯，其電源供應都必須通過休眠控制部分進行控制，在系統(tǒng)休眠時關閉各個不使用模塊的電源斗退。所有在休眠模式下需要供電的模塊均不通過休眠控制即耕，直接通過電池電壓變換后供電，或者通過主電源直接或間接變換得到菠昼。負載管理：在不使用模塊時克导，通過GPIO口關閉可降低功耗。
3．2 軟件設計
    為了實現(xiàn)節(jié)能脯砚，電源管理系統(tǒng)必須通過軟件控制系統(tǒng)的功耗肪斗。
3．2．1 總體架構(gòu)
    電源管理系統(tǒng)軟件整體架構(gòu)如圖6所示。

    電源管理軟件設計可分為：操作系統(tǒng)層和應用層魁胁。
    (1)操作系統(tǒng)層
    電源管理的功能執(zhí)行層共螺，它管理系統(tǒng)中的各個部件(包括處理器和所有外設)，并對具體的電源管理動作進行封裝情竹。操作系統(tǒng)層的電源管理有3方面內(nèi)容藐不。
    ①處理器電源管理：執(zhí)行由處理器完成的電源管理任務。包括以下3方面：
    ◆DVS秦效。動態(tài)核電壓和頻率調(diào)整雏蛮，以及系統(tǒng)總線的頻率調(diào)整。
    ◆模式管理棉安。系統(tǒng)運行模式管理底扳，實現(xiàn)系統(tǒng)運行模式的切換铸抑，如休眠喚醒贡耽、空閑忙碌等功能。
    ◆RTC鹊汛。系統(tǒng)時鐘和RTC時鐘的維護等蒲赂。
    ②電池管理：監(jiān)測電池電量，響應電池狀態(tài)的變化(充放電)。
    ③設備電源管理：包括系統(tǒng)中的所有設備滥嘴。在系統(tǒng)睡眠喚醒時能眠，每一個設備都需要配合系統(tǒng)的動作進行休眠喚醒。如果設備在系統(tǒng)要休眠時處于忙碌狀態(tài)捍陌，它可以拒絕系統(tǒng)的休眠要求糖窃，從而阻止整個系統(tǒng)進入休眠。
    (2)應用層
    最上層颁究，實現(xiàn)系統(tǒng)的電源管理策略烦优。電源管理策略與操作系統(tǒng)層進行交互，從操作系統(tǒng)層獲得系統(tǒng)的狀態(tài)信息丢袁，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)采取相應措施萤掷，并將自己的決定通知操作系統(tǒng)，調(diào)用相應功能接口執(zhí)行電源管理棠镇。
    為了降低策略實現(xiàn)的復雜度焊轴，增強策略調(diào)整的靈活性，電源管理策略主要在應用層亭郑，利用QTopia的事件管理和定時器功能來實現(xiàn)相梭。電源管理應用程序位于系統(tǒng)的最上端，直接與用戶進行交互媳谁，用戶可以在這些應用程序中對電源管理策略進行配置足绅。這些應用程序包括電池管理程序、背光調(diào)整程序韩脑、超時時間設定程序氢妈、開關機程序等。本文只介紹電池管理程序的實現(xiàn)段多。 
3．2．2 電池管理程序?qū)崿F(xiàn)
    鋰離子電池檢測與充電保護電路芯片采用DS2760首量。CPU通過DS2760的DQ引腳讀取內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)，獲得電池的運行狀態(tài)进苍，以便上層的應用程序?qū)﹄姵剡M行管理加缘。底層驅(qū)動程序主要實現(xiàn)設備的注冊等功能。上層應用程序主要包括ds2760．c和Qtopia圖形界面程序light-and-power觉啊。ds2760．c主要完成電池電壓拣宏、電流的讀寫。例如讀電壓由函數(shù)Read_Voltage完成杠人，代碼如下：

    light_and_power程序完成圖形界面的電源管理應用于勋乾。程序流程如圖7所示。

4 系統(tǒng)功耗測試
    系統(tǒng)功耗的高低代表系統(tǒng)運行時間和待機時間的長短嗡善，反映電源管理系統(tǒng)性能的高低帕侦。為了評估手持終端整體功耗以及各個主要模塊的功耗，需要對系統(tǒng)在不同負載情況下的電池輸出電流進行測量。表1是系統(tǒng)正常模式磷砌、在不同模塊配置下的鋰離子電池供電電流值實測數(shù)據(jù)币遮。內(nèi)部電池供電為負值。

    結(jié)論：正常情況下粒删，如果所有模塊都開啟躏印，手持終端整體功耗電流約為0．496 A，基本滿足設計的要求屁诬。LCD削父、GPS、GPRS三個部分約占總功耗的52．6％潭鞭。

結(jié) 語
    本文以實現(xiàn)功耗低朗夺、體積小、性能穩(wěn)定的嵌入式手持終端電源管理系統(tǒng)為目標汤笋，設計了基于S3C2440A的嵌入式手持終端電源管理系統(tǒng)背哎，對于其他嵌入式手持終端電源管理系統(tǒng)的設計具有一定的參考價值。

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