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/關兩種狀態，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不夠用了。

對于一個復雜的設計，僅僅用開/關兩種狀態描述是不完備的，需要引入更多的電源狀態，比如memory retention（一種低功耗技術，為存儲單元提供一個較低供電電壓，以保留存儲陣列的數據，但是存儲單元不接受外部的數據訪問）。

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

P-Channel的接口并不復雜：

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

其中N和M的值取決于具體的設計需要，P-Channel規范并沒有強制要求。

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

來自設備的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動。拒絕機制的目的是使設備能夠保持其當前狀態，同時通過該機制可以迅速完成握手。

握手信號狀態與PACTIVE位無關。PACTIVE位上的轉換不受PREQ、PACCEPT和PDENY上的值的限制。

握手規則如下：

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

下圖是控制器發出從A狀態到B狀態轉換請求，設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。接口狀態為P_STABLE，設備保持當前狀態。
• T1時刻，控制器想要發出請求，并且需要提前做一些準備工作。接口狀態仍為P_STABLE。
• T2時刻，控制器設置PSTATE為目標狀態B，同時將PREQ信號變為高電平，接口狀態變為P_REQUEST。協議要求在設備檢測到PREQ時，PSTATE是穩定的。
• T3時刻，設備通過將PACCEPT驅動成高電平來表示接受轉換，同時PDENY必須保持低電平（PACCEPT和PDENY在握手中，只能有一個為高）。接口狀態現在是P_ACCEPT。
• T4時刻，控制器端對PACCEPT高電平進行采樣，并將PREQ設置為低電平，表示本次請求結束。接口狀態為P_COMPLETE。
• T5時刻，設備端監測到PREQ變為低電平，將PACCEPT驅動為低電平。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換后操作（比如控制電源開關）。本次握手全部完成，接口狀態回到P_STABLE。

下圖是控制器發出從A狀態到B狀態轉換請求，設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，設備端拒絕此次控制器發出的電源狀態轉換請求，驅動PDENY信號為高電平，同時必須保持PACCEPT信號為低電平。接口狀態為P_DENIED。
• T4時刻，控制請檢測到PDENY信號為高電平，知道設備拒絕了本次請求?？刂破鞫蓑寗覲REQ信號為低電平，表示結束本次請求，同時恢復PSTATE信號為初始的A狀態。接口狀態為P_CONTINUE。
• T5時刻，設備端發現PREQ變成低電平，需要將PDENY信號驅動成低電平。一旦控制器發現PDENY變成低電平，它就可以采取所需的任何轉換后操作。本次握手流程全部完成，接口狀態恢復為P_STABLE。

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

P-Channel的狀態為P_STABLE時，設備的復位信號才可以設置為有效。

當設備的的復位被釋放后，設備要進入初始化，此時控制器要設置PSTATE信號值，設備會采樣該信號值，從而完成正確的初始化流程。PSTATE要在復位信號無效后要保持穩定。

設備要提供一個初始化時間（tinit），用來表示，復位之后，在所有可能的復位狀態下保證捕獲PSTATE值之前所需的設備時鐘周期數。PSTATE在這段時間內必須保持穩定。

以下是復位后，控制器等待tinit時間后，控制器再發起請求的握手流程。

下圖展示了控制器在復位解除前將PREQ置為高電平，然后等待P-Channel轉換完成后，再發出進一步請求的情況。

下圖展示了控制器在復位解除后，使用相同的PSTATE值，并將PREQ設置為高的情況。

下圖展示了多狀態轉換的握手，從狀態A轉換到狀態B，然后再轉換到狀態C。

P-Channel的握手狀態和狀態轉換圖如下：

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

下圖展示了控制器根據設備的PACTIVE發出電源轉換請求的案例。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計，設備端必須提供足夠的信息，包括：

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

P-Channel規范中，給出了一個例子。本例中，有兩個設備，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，三個電源域是獨立的。

如果電源域不是彼此獨立的，而是由嵌套關系，如下圖所示。Device1內部有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。