淺談電源管理芯片PMIC 與uboot的關系

在移植新版u-boot的時候，上網搜電源管理芯片的使用方法資料，發現幾乎沒有，就算是datasheet也很難下載得到，不知是何原因？我只能理解成這部分知識比較簡單，沒人愿意寫吧。但記錄一下原理和使用方法做為備忘，總歸沒有什么壞處。另外仍然需要提前聲明的是，這里只提供官方手冊推薦的配置方法，自由玩法不保證可行及穩定性。

一、概覽

LDO和BUCK的概念：請參考《嵌入式電路中的BUCK VS LDO》。

S5M8767A有9路BUCK和28路LDO，暫且可以當成共有37路供電電路。這37路供電電路最低可以使用6.25mV的步進電壓，多達60多個電壓檔位可以做到對輸出電壓的精確控制。另外S5M8767A還有一個硬件RTC，可以在有外部電池供電的情況下保存時鐘信息。

二、PMIC與uboot的關系

uboot按模塊初始化硬件，有其自己的代碼順序，這就要求PMIC在特定的時間點給特定的硬件提前提供電源，以供uboot進行初始化配置。否則uboot的執行必然失敗，例如PMIC需要在eMMC初始化前對其兩路電源進行供電。

另外PMIC的初始化時間在uboot里有其默認的時間點，但是這個時間點還是與核心板與底板的實際電路密切相關的，需要根據實際需要提前或延后。

2.0 PMIC中BUCK與LDO的分類

PMIC中的BUCK和LDO都大概可以分成兩種：

一種是PMIC上電即可直接輸出電壓的BUCK和LDO。

另一種是PMIC上電不輸出電壓，需要使用i2c對PMIC配置后才可輸出電壓的BUCK和LDO。

2.1 PMIC與DDR的關系

對于4412來講，DDR的初始化是在BL2中進行的，這時如果使用匯編初始化硬件i2c來對PMIC進行配置個人感覺沒有什么意義，所以DDR的電源需要連接到PMIC的默認ON的BUCK上，即PMIC上電即可直接輸出電壓的BUCK，不需代碼配置。

S5M8767A推薦使用BUCK5做為DDR的電源，

但是，BUCK5這里的默認輸出是1.2V，DDR需要的是標準1.5V，問題出在哪里？

三星早就替我們考慮好了這個問題，為了適配不同類型的DDR，BUCK5可以通過K9 K10兩個引腳的電平搭配，輸出四種默認電壓：

在這里，迅為的開發板是這樣設置的：

這樣一來，B5S1:B5S2 = 1:0 即BUCK5輸出1.5V電壓，正好與DDR的需求相吻合。

2.2 PMIC與4412主芯片的關系

給ARM核芯提供電壓的是PMIC的BUCK2，BUCK2也是默認ON的，默認輸出1.1V。經過查閱4412 spec后，需要注意的是，在1.1V電壓下，給ARM核心提供時鐘的APLL最大只能輸出1000MHz，即剛上電時如果不設置PMIC，ARM核心只能工作在1000MHz，無法使用最高頻率1.4GHz。

三、PMIC的設置方法

3.1 通信協議

S5M8767A使用I2C協議與4412進行通信，從機地址分為兩部分，PM（Power Manager）和RTC，也就是說PM和RTC的寄存器地址是分開的，可以看作兩個單獨芯片。

3.2 舉例

以BUCK1舉例說明寄存器設置方法，其它BUCK和LDO基本類似，需要時認真閱讀手冊即可：

BUCK1有兩個8位控制寄存器，

CTRL1的低6位可以按照默認值設置即可，高兩位需要解釋一下，00和1x的意思就不需解釋了，01的意思是 BUCK1的開關由PWREN外部引腳控制，而這個PWREN引腳一般與4412的XPWRRGTON引腳連接在一起，這個XPWRRGTON是由CPU自動控制的，CPU處于休眠狀態此腳為低，工作狀態此腳為高，就是說CPU一旦退出休眠狀態，PMIC就會給所有受PWREN控制的BUCK & LDO上電。

CTRL2就是控制BUCK2輸出電壓的，6.25mV的步進值，需要多少電壓自行計算然后寫入即可。

四、引用高手的PMIC技術貼

原載于：《什么是PMU》

什么是PMU（PMIC）

PMU（power management unit）就是電源管理單元，一種高集成的、針對便攜式應用的電源管理方案，即將傳統分立的若干類電源管理芯片，如低壓差線性穩壓器（LDO）、直流直流轉換器（DC/DC），但現在它們都被集成到手機的電源管理單元（PMU）中，這樣可實現更高的電源轉換效率和更低功耗，及更少的組件數以適應縮小的板級空間，成本更低。

PMU作為消費電子（手機、MP4、GPS、PDA等）特定主芯片配套的電源管理集成單元，能提供主芯片所需要的、所有的、多檔次而各不相同電壓的電源，同電壓的能源供給不同的手機工作單元，像處理器、射頻器件、相機模塊等，使這些單元能夠正常工作。按主芯片需要而集成了電源管理，充電控制，開關機控制電路。包括自適應的USB-Compatible的PWM充電器，多路直流直流轉換器（BuckDC-DCconverter），多路線性穩壓器（LDO），Charge Pump，RTC電路，馬達驅動電路，LCD背光燈驅動電路，鍵盤背光燈驅動電路，鍵盤控制器，電壓/電流/溫度等多路12-BitADC，以及多路可配置的GPIO。此外還整合了過/欠壓（OVP/UVP）、過溫（OTP）、過流（OCP）等保護電路。高級的PMU可以在USB以及外部交流適配器、鋰電池和應用系統負載之間安全透明的分配電能。動態電源路徑管理 （DPPM） 在系統和電池充電之間共享交流適配器電流，并在系統負載上升時自動減少充電電流。調整充電電流和系統電流分配關系，最大程度保證系統的正常工作，當通過 USB 端口充電時，如果輸入電壓降至防止 USB 端口崩潰的閾值以下，則基于輸入電壓的動態電源管理 （IDPM） 便減少輸入電流。當適配器無法提供峰值系統電流時，電源路徑架構還允許電池補償這類系統電流要求。

LDO是利用較低的工作壓差，通過負反饋調整輸出電壓使之保持不變的穩壓器件。壓差小的話用LDO，帶可關斷功能便于電源管理。壓差大的還是用DC-DC效率高。

按照系統需要能提供多種電壓的電源，這些電壓是電壓調整所需的，另外這些電源還可以與功能同步開、關這些供電電壓，以支持電壓域切換。

PMU一般是和主芯片綁定定制的。因為它要配合CPU的上電時序。某些電壓的上電順序和之間的時間間隔有先后關系和時間要求。這個是掩模好的。PMU其實是帶有掩模程序的專用電源控制器。要32.768KHZ的晶體和19.2M的晶體。待機狀態是32.768KHZ的晶體工作，正常工作是19.2M的主晶體工作。

靠上電池后PMIC進入待機狀態，PMU由32.768KHZ的晶體提供時鐘，按POWER按鍵觸發開機后，按照定制的開機順序將對應的LDO，DC-DC打開，19.2M的主時鐘工作，CPU電源正常后，輸出設置給CPU，輸出復位信號給CPU，釋放復位信號，CPU開始啟動。CPU輸出PS_HOLD信號將PMIC的狀態處于工作狀態。（關機的時候CPU將PS_HOLD拉低電，PMIC關閉進入關機狀態）

CPU工作正常后，可以通過I2C接口對PMIC的各個模塊進行控制。比如系統變頻的時候，不同的工作頻率要調整core電壓到對應的電壓。RTC時間的設置和ALARM的時鐘。同時PMIC可以將異常事件產生中斷信號給CPU，CPU再進行中斷處理。

PMIC的電源越多，對系統的模塊供電就越細，各個模塊的電源受牽連就小，所以就越省電。

參考資料：

［1］ SEC_S5M8767A01-6070_Data Sheet_Ver.0.10.00_Preliminary.pdf

［2］ DS_K4B2G1646Q-BC_Rev103.pdf

［3］ SEC_Exynos 4412 SCP.pdf