CN106055026B - 一种微控制器soc中实时时钟单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微控制器SOC中实时时钟单元，包括复位控制模块、时钟产生模块、RTC定时模块、时钟门控模块和微控制器内核，所述微控制器内核连接时钟门控模块，时钟门控模块分别连接复位控制模块、时钟产生模块和RTC定时模块。本发明的有益效果是：在本方案中，当微控制器SOC处于休眠状态，被工作于低频的RTC模块唤醒之后，能够立刻响应接下来的休眠请求，而不是需要等等至少2个低频的RTC时钟。藉此使得微控制器内核才能够及时重新进入休眠状态，从而使微控制器SOC能够适用于对功耗要求更加严格的应用场合。

Description

一种微控制器SOC中实时时钟单元
技术领域
本发明涉及一种时钟单元，具体是一种微控制器SOC中实时时钟单元。
背景技术
在很多产品应用中，特别是电池供电的使用场合，如何做到低功耗是一个非常重要的课题。实时时钟(RTC，Real Time Clock)模块在微控制器SOC的低功耗应用中是常用的一个功能模块。很多的低功耗应用场合，为了追求更低的功耗，都需要用到微控制器SOC中的实时时钟模块。在一般低功耗应用的场合中，用户应用都会尽量让微控制器SOC长时间置于低功耗的睡眠模式(Sleep Mode)，并且通过微控制器SOC中的实时时钟模块(RTC)进行精确的定时，在到达定时时间时，RTC模块产生唤醒请求信号，将微控制器SOC由睡眠模式唤醒，然后微控制器SOC再进行下一阶段的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微控制器SOC中实时时钟单元，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种微控制器SOC中实时时钟单元，包括复位控制模块、时钟产生模块、RTC定时模块、时钟门控模块和微控制器内核，所述微控制器内核连接时钟门控模块，时钟门控模块分别连接复位控制模块、时钟产生模块和RTC定时模块；
作为本发明的优选方案：所述时钟门控模块包括寄存器R1、寄存器R2、开关控制单元GAME、反相器INV1、反相器INV2和或门OR。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：在本方案中，当微控制器SOC处于休眠状态，被工作于低频的RTC模块唤醒之后，能够立刻响应接下来的休眠请求，而不是需要等等至少2个低频的RTC时钟。藉此使得微控制器内核才能够及时重新进入休眠状态，从而使微控制器SOC能够适用于对功耗要求更加严格的应用场合。
附图说明
图1为微控制器SOC中实时时钟单元的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种微控制器SOC中实时时钟单元，包括复位控制模块、时钟产生模块、RTC定时模块、时钟门控模块和微控制器内核，所述微控制器内核连接时钟门控模块，时钟门控模块分别连接复位控制模块、时钟产生模块和RTC定时模块；
时钟门控模块包括寄存器R1、寄存器R2、反相器INV1、开关控制单元GAME、反相器INV2和或门OR。
本发明的工作原理是：复位模块(reset_gen)：
复位模块负责产生芯片的主要复位信号：键盘扫描逻辑复位信号(rstn_rtc)，微控制器内核复位信号(rstn_core)。在芯片中，复位信号为低电平有效。
时钟模块(clock_gen)：
时钟模块负责产生芯片的内核工作时钟(clk_core)。
RTC模拟的工作时间由外部32KHz晶振提供
RTC模块(RTC)：
此模块根据外部晶振提供的32KHz时钟进行定时。此模块可以用户进行配置使能，配置定时时间等。当RTC模块被使能后，其内部的定时器开始计时，当到达配置的定时时间时，将产生唤醒信号wake_req。
时钟门控模块(CLK_CTRL)：
时钟门控模块负责对芯片的内核工作时钟(clk_core)进行门控，门控后的时钟(clk_core)作为微控制器内核的工作时钟。为了使微控制器SOC能够适用于对功耗要求更加严格的应用场合，用户应用会让微控制器SOC长时间置于低功耗的睡眠模式(SleepMode)。当微控制器SOC处于休眠状态，可以通过微控制器SOC中的实时时钟模块(RTC)进行精确的定时，在到达定时时间以后，RTC模块产生唤醒请求信号，将微控制器SOC由睡眠模式唤醒。
时钟门控模块接受微控制器内核的休眠请求(sleep_req)，产生时钟使能信号clk_enable(低电平输出表示关闭微控制器内核工作时钟)输出至时钟开关控制单元(GATE)，从而将微控制器内核工作时钟(clk_core_gc)关闭。时钟门控模块接受RTC模块(RTC)的唤醒请求(wake_req),产生时钟使能信号clk_enable(高电平输出表示开启微控制器内核工作时钟)输出至时钟开关控制单元(GATE)，从而将微控制器内核工作时钟(clk_core_gc)开启。
时钟门控模块的工作原理如图1所示。时钟门控模块接收到微控制器内核的休眠请求信号(sleep_req),休眠请求信号(sleep_req)连接到寄存器R2的D端。微控制器内核的休眠请求(sleep_req)为一个脉冲信号，有效脉冲宽度为1个微控制器内核时钟周期。当sleep_req有效请求时，寄存器R2的输出信号(sleep_en)将锁存为高电平输出状态。sleep_en信号经过反相器INV2取反之后，连接至或门OR的输入端。或门OR的另一个输入端连接至唤醒门控信号(wake_en)。在无有效的唤醒的情况下，唤醒门控信号(wake_en)为低电平，所以时钟使能信号clk_enable为低电平状态输入至时钟开关控制单元(GATE)，从而将微控制器内核工作时钟(clk_core_gc)关闭，实现休眠情况下节省功耗。虽然sleep_req信号的有效脉冲宽度为1个微控制器内核时钟周期，但是由于寄存器R2的工作时钟为门控后的内核时钟clk_core_gc，所以寄存器R2的输出信号sleep_en能在sleep_req信号无效之后，继续锁存为高电平输出信号，从而使时钟使能信号clk_enable为低电平状态输入至时钟开关控制单元(GATE)，微控制器内核也由此持续处于休眠状态。当RTC模块到达用户设置的定时时间以后，RTC模块将会产生唤醒请求信号，与唤醒相应的逻辑电路会使到寄存器R1的输出信号wake_en为高电平输出状态，然后或门OR的输出信号也由此变化高电平输出状态，输出至时钟开关控制单元(GATE)，从而将微控制器内核工作时钟(clk_core_gc)开启。微控制器内核对时钟门控模块(CLK_CTRL)反馈内核唤醒反馈信号(wake_rps)。内核唤醒反馈信号(wake_rps)为低电平表示微控制器内核处于休眠状态时，为高电平表示微控制器内核处于工作状态时。当微控制器内核在唤醒门控信号(wake_en)的作用下被唤醒后，由微控制器内核输入至时钟门控模块(CLK_CTRL)的内核唤醒反馈信号(wake_rps)为高有效电平，经过反相器INV1之后变化低电平。反相器INV1的输出连接至寄存器R1的异步复位输入端，因而将寄存器R1复位。寄存器R1复位后，唤醒门控信号(wake_en)将立刻由高有效状态切换至低电平输出状态。通过上述逻辑的作用，可以在微控制器内核被唤醒后，及时将唤醒门控信号(wake_en)将由高有效状态切换至低电平输出状态。因此，当微控制器内核从休眠模式被唤醒之后，能够立刻响应接下来的休眠请求，重新进入低功耗模式。而在一般的设计中，当微控制器内核被唤醒后，还需要等待两个微控制器内核时钟周期后，微控制器内核才能重新进入低功耗模式。因此，本设计方案能够实现更低的功耗，适用于对功耗要求更加苛刻的应用场合。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种微控制器SOC中实时时钟单元，包括复位控制模块、时钟产生模块、RTC定时模块、时钟门控模块和微控制器内核，其特征在于，所述微控制器内核连接时钟门控模块，时钟门控模块分别连接复位控制模块、时钟产生模块和RTC定时模块，所述时钟门控模块包括寄存器R1、寄存器R2、反相器INV1、开关控制单元GATE、反相器INV2和或门OR，时钟门控模块接收到微控制器内核的休眠请求信号(sleep_req),休眠请求信号(sleep_req)连接到寄存器R2的D端，微控制器内核的休眠请求(sleep_req)为一个脉冲信号，有效脉冲宽度为1个微控制器内核时钟周期，当sleep_req有效请求时，寄存器R2的输出信号(sleep_en)将锁存为高电平输出状态，sleep_en信号经过反相器INV2取反之后，连接至或门OR的输入端，或门OR的另一个输入端连接至唤醒门控信号(wake_en)，在无有效的唤醒的情况下，唤醒门控信号(wake_en)为低电平，所以时钟使能信号clk_enable为低电平状态输入至时钟开关控制单元(GATE)，从而将微控制器内核工作时钟(clk_core_gc)关闭，实现休眠情况下节省功耗，虽然sleep_req信号的有效脉冲宽度为1个微控制器内核时钟周期，但是由于寄存器R2的工作时钟为门控后的内核时钟clk_core_gc，所以寄存器R2的输出信号sleep_en能在sleep_req信号无效之后，继续锁存为高电平输出信号，从而使时钟使能信号clk_enable为低电平状态输入至时钟开关控制单元(GATE)，微控制器内核也由此持续处于休眠状态，当RTC定时模块到达用户设置的定时时间以后，RTC定时模块将会产生唤醒请求信号，与唤醒相应的逻辑电路会使到寄存器R1的输出信号wake_en为高电平输出状态，然后或门OR的输出信号也由此变化高电平输出状态，输出至时钟开关控制单元(GATE)，从而将微控制器内核工作时钟(clk_core_gc)开启，微控制器内核对时钟门控模块反馈内核唤醒反馈信号(wake_rps)，内核唤醒反馈信号(wake_rps)为低电平表示微控制器内核处于休眠状态时，为高电平表示微控制器内核处于工作状态时，当微控制器内核在唤醒门控信号(wake_en)的作用下被唤醒后，由微控制器内核输入至时钟门控模块的内核唤醒反馈信号(wake_rps)为高有效电平，经过反相器INV1之后变化低电平，反相器INV1的输出连接至寄存器R1的异步复位输入端，因而将寄存器R1复位，寄存器R1复位后，唤醒门控信号(wake_en)将立刻由高有效状态切换至低电平输出状态，通过以上信号处理作用，可以在微控制器内核被唤醒后，及时将唤醒门控信号(wake_en)将由高有效状态切换至低电平输出状态，因此，当微控制器内核从休眠模式被唤醒之后，能够立刻响应接下来的休眠请求，重新进入低功耗模式。
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