CN110568921B - 一种降低芯片功耗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低芯片功耗的方法，包括以下步骤：物联网芯片的IoT模块在固定周期内收发网络保持连接帧，并根据帧信息，决定下一周期物联网芯片睡眠或唤醒状态的步骤；物联网芯片与***处理器芯片之间的状态转换和相应的睡眠、唤醒步骤；物联网芯片内部电源域的划分和相应的上电、断电步骤。本发明降低了物联网芯片的功耗，提高终端的续航能力。

Description

一种降低芯片功耗的方法
技术领域
本发明涉及基带芯片、连接性芯片设计技术领域，特别涉及一种降低芯片功耗的方法。
背景技术
SoC是System on Chip的缩写，直译是“芯片级***”，通常简称“片上***”。SoC芯片是由多个具有特定功能的集成电路组合在一个芯片上形成的***或产品，其中包含完整的硬件***及其承载的嵌入式软件。
随着技术的发展，芯片的集成度越来越高，对于SoC芯片的功耗要求也越来越高，尤其是SoC在物联网芯片上的应用，物联网(Internet of Things，缩写：IoT)是基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。对于将IoT浓缩至SoC***级芯片的设计来说，连网功耗是芯片总功耗不可忽略的一部分。
因此，如何降低物联网(IoT)芯片的功耗，提高终端的续航能力，如何降低物联网(IoT)芯片工作时的的功耗是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明针对上述研究现状和存在的问题，提供了一种降低芯片功耗的方法，在物联网(IoT)芯片实现低功耗运行以及与***处理器芯片低功耗交互的目的。
本发明提供了一种降低芯片功耗的方法，包括以下步骤：
物联网芯片的IoT模块在固定周期内收发网络保持连接帧，并根据帧信息，决定下一周期物联网芯片睡眠或唤醒状态的步骤；
物联网芯片与***处理器芯片之间的状态转换和相应的睡眠、唤醒步骤；
物联网芯片内部电源域的划分和相应的上电、断电步骤。
优选的，所述物联网芯片的IoT模块在固定周期内收发网络保持连接帧，并根据帧信息，决定下一周期物联网芯片睡眠或唤醒状态的步骤，包括：
在固定的周期X内，发送保持连接帧，发送保持连接帧的时长为Y，物联网芯片在没有数据收发的(X-Y)时间内，进入睡眠状态；
在物联网芯片的IoT模块准备发射或接收下一周期保持连接帧之前，物联网芯片通过计时器的计时，提前唤醒整个物联网芯片，并为物联网芯片内所有模块上电，保证物联网芯片正常接收保持连接帧。
优选的，所述物联网芯片与***处理器芯片之间的状态转换和相应的睡眠、唤醒步骤，包括：
当物联网芯片需要应用***处理器芯片时，物联网芯片中的微处理器设置IOT_WAKEUP信号为高电平；
当***处理器芯片接收到IOT_WAKEUP信号时，***处理器芯片进入自己内部的唤醒流程，进入工作状态，***处理器芯片随后将IOT_WACK信号设置为高电平；
当物联网芯片接收到IOT_WACK时，将IOT_WAKEUP信号设置为低电平；
***处理器芯片和物联网芯片都能够进入睡眠模式来降低功耗。
优选的，所述***处理器芯片包括应用处理器AP芯片、微控制器MCU芯片。
优选的，将物联网SOC芯片内部设置了三种工作状态：
OFF：物联网芯片上电缺省状态；联网芯片的IO管脚模块，电源管理单元PMU供电；其余物联网芯片的模块的供电关闭；
WORK：物联网芯片正常工作模式；在物联网芯片进行数据传输时，处于正常工作模式；
SLEEP：物联网芯片睡眠模式；当物联网芯片在设定的时间内没有数据传输时，进入睡眠模块；物联网芯片内部的微控制器MCU进入standby，计时器模块工作,其余功能模块处于低功耗模式，允许断电。
优选的，所述物联网芯片独立工作时，没有与所述***处理器芯片的交互，此时将输入信号IOT_ONOFF和IOT_WACK接高电平，物联网芯片独立工作；这种情况下，物联网芯片将在WORK和SLEEP状态下转换。
优选的，物联网芯片内部电源域的划分和相应的上电、断电步骤中，在物联网芯片内部设置不同的电源域达到不同状态下，关闭相应的电源域的电源：
在物联网芯片内部缺省状态下，IO管脚模块、电源管理单元PMU供电其余模块的供电关闭；
当IOT_ONOFF为高电平时，电源管理单元将物联网芯片唤醒，开启内部MCU模块开关，此时物联网芯片MCU模块供电，MCU模块供电后，MCU模块接收到IOT_ONOFF中断，退出standby状态，MCU模块指示电源管理单元PMU开启IoT模块开关、计时器开关，此时所有模块供电，物联网芯片功能开启；
当需要关闭物联网芯片功能时，***处理器芯片设置IOT_ONOFF为低电平，关闭物联网芯片功能。
优选的，所述当需要关闭物联网芯片功能时，***处理器芯片设置IOT_ONOFF为低电平，关闭物联网芯片功能的步骤包括：
在物联网芯片内部，MCU模块接收到IOT_ONOFF设置为低电平的中断，MCU模块指示电源管理单元PMU关闭IoT模块开关、计时器开关，关闭芯片内部其他模块的供电；MCU模块进入standby状态，电源管理单元PMU检测到MCU模块进入standby状态，电源管理单元PMU关闭MCU模块开关，芯片进入OFF状态。
优选的，所述物联网芯片内部电源域的划分和相应的上电、断电的步骤包括：为了独立控制模块的电源设置的模块电源开启和断电步骤，其中模块包括物联网芯片内部电源管理单元PMU、IO管脚模块、MCU模块、IoT模块和计时器：
当物联网芯片需要固定模块电源域工作时，启动相应模块独立电源的开启流程，相应模块完成电源启动后，即正常工作；
在物联网芯片不需要固定模块电源域工作时，启动相应模块独立电源的断电流程，模块即断电。
本发明相较现有技术具有以下有益效果：
本发明降低芯片功耗的方法，通过应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片与物联网(IoT)芯片的交互方法及物联网芯片内部的降低功耗的方法，降低物联网(IoT)SOC芯片功耗，特别是降低开启物联网(IoT)芯片功能时的功耗的同时，达到保持***一直在线或者连接网络的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片与物联网芯片交互的方法流程图；
图2为本发明实施例提供的物联网芯片内部状态机及状态条件转换图。
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。
用户经常会开启物联网(IoT)芯片功能，例如开启WIFI功能，开启蓝牙功能等，但是实际上并没有任何实际的数据传输，在此状态下，降低开启物联网(IoT)芯片功耗的同时，达到保持***一直在线或者连接网络的目的非常重要。例如降低开启WIFI时的功耗，同时又保持***一直WIFI在线非常重要。本发明实施例公开了一种降低芯片功耗的方法，包括，
物联网(IoT)芯片保持***一直在线或者连接网络，需要在固定的周期X ms，发送一定的保持连接帧，定义保持连接帧的时长为Y ms，物联网(IoT)芯片在没有数据收发的(X-Y)ms左右时间内，都可以进入睡眠状态。物联网(IoT)芯片内部设置了一个工作于32K时钟域的计数器，当芯片睡眠时，物联网芯片中只有计数器TIMER工作且此时TIMER计数时钟为慢速的32KHz。在物联网(IoT)芯片内的IoT模块准备发射或接收下一周期保持连接帧之前，物联网(IoT)芯片通过TIMER的计时，提前唤醒整个芯片，并为其他模块上电，保证物联网(IoT)芯片的IoT模块能够正常的接收保持连接帧。这样可以在保持***一直在线或者连接网络的情况下，极大的降低物联网(IoT)芯片的功耗。
物联网(IoT)芯片接收下一周期保持连接帧，根据帧的信息，决定进入下次睡眠还是唤醒，如果物联网(IoT)芯片唤醒，此时物联网(IoT)芯片可能也需要唤醒应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片。当物联网芯片需要应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片时，物联网(IoT)芯片中的微处理器设置IOT_WAKEUP信号为高电平,当应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片接收到IOT_WAKEUP信号时，应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片进入自己内部的唤醒流程，进入工作状态，应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片随后将IOT_WACK信号设置为高电平。当物联网(IoT)芯片接收到IOT_WACK时，知道应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片已经唤醒，将IOT_WAKEUP信号设置为低电平。应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片和物联网(IoT)芯片都可以进入睡眠模式来降低功耗。具体流程和交互见图1。图1为本发明中应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片与物联网(IoT)芯片交互的方法。
相应地，为了实现图1中的交互流程，物联网(IoT)SOC芯片内部设置了三种工作状态。
OFF:这是物联网(IoT)芯片上电缺省状态。大部分物联网(IoT)芯片的模块的供电关闭，只有IO管脚模块，电源管理单元PMU供电。
WORK:物联网(IoT)芯片正常工作模式。在物联网(IoT)芯片进行数据传输时，处于正常工作模式。
SLEEP:物联网(IoT)芯片睡眠模式。当物联网(IoT)芯片在设定的时间内没有数据传输时，会进入睡眠模块。物联网(IoT)芯片内部的微控制器MCU进入standby,其他功能模块处于低功耗模式，可以断电。Timer模块工作。
三种状态及转换条件见图2。图2为物联网(IoT)芯片内部状态机及状态条件转换图。
某些应用场景下，物联网(IoT)芯片独立工作，******并没有应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片，此时可以将输入信号IOT_ONOFF和IOT_WACK接高电平，物联网(IoT)芯片独立工作。这种情况下，物联网(IoT)芯片将在WORK和SLEEP状态下转换。
相应的，在物联网(IoT)芯片内部设置不同的电源域达到不同状态下，关闭不同电源域的电源，达到降低功耗的目的。
本发明物联网(IoT)芯片中的电源域划分中，在物联网(IoT)芯片内部，缺省状态下，大部分模块的供电关闭，只有IO管脚模块，电源管理单元PMU供电。当IOT_ONOFF为高电平时，电源和时钟管理单元将芯片唤醒，开启开关1，即MCU模块开关，
此时物联网(IoT)芯片内部的MCU(微型控制处理器单元)供电，MCU供电后，MCU接收到IOT_ONOFF中断，退出standby状态，MCU模块指示电源管理单元PMU开启开关2、开关3，即IoT模块开关和计时器开关，此时芯片内部所有模块供电。物联网芯片功能开启。
当用户需要关闭物联网(IoT)芯片功能时，应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片设置IOT_ONOFF为低电平，关闭物联网芯片功能。具体如下：在物联网(IoT)芯片内部，MCU接收到IOT_ONOFF设置为低电平的中断，MCU模块指示电源管理单元PMU关闭开关2、开关3，关闭芯片内部其他模块的供电。MCU进入standby状态，电源管理单元PMU检测到MCU进入standby状态，且其他条件满足，电源管理单元PMU关闭MCU电源开关1，芯片进入OFF状态。
相应的，为了独立控制模块的电源(例如上述电源开关1、2、3)，设置了一套模块电源开启和断电流程。具体如下：
当物联网(IoT)芯片需要某个电源域工作时，启动模块独立电源的开启流程，相应模块完成电源启动后，即可正常工作。
在物联网(IoT)芯片不需要某个模块工作时，可以启动模块独立电源的断电流程，模块即可断电，从而降低芯片的待机功耗。
以上对本发明所提供的一种降低芯片功耗的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
物联网芯片的IoT模块在固定周期内收发网络保持连接帧，并根据帧信息，决定下一周期物联网芯片睡眠或唤醒状态的步骤，包括：
在固定的周期X内，发送保持连接帧，发送保持连接帧的时长为Y，物联网芯片在没有数据收发的(X-Y)时间内，进入睡眠状态；
在物联网芯片的IoT模块准备发射或接收下一周期保持连接帧之前，物联网芯片通过计时器的计时，提前唤醒整个物联网芯片，并为物联网芯片内所有模块上电，保证物联网芯片正常接收保持连接帧；
物联网芯片与***处理器芯片之间的状态转换和相应的睡眠、唤醒步骤，包括：
当物联网芯片需要应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片时，物联网芯片中的微处理器设置IOT_WAKEUP信号为高电平，当应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片接收到IOT_WAKEUP信号时，应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片进入自己内部的唤醒流程，进入工作状态，应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片随后将IOT_WACK信号设置为高电平；当物联网芯片接收到IOT_WACK时，确定应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片已经唤醒，将IOT_WAKEUP信号设置为低电平；应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片和物联网芯片进入睡眠模式；为了实现上述交互流程，物联网SOC芯片内部设置了三种工作状态：
OFF：这是物联网芯片上电缺省状态；物联网芯片的模块的供电关闭，只有IO管脚模块，电源管理单元PMU供电；
WORK：物联网芯片正常工作模式；在物联网芯片进行数据传输时，处于正常工作模式；
SLEEP：物联网芯片睡眠模式；当物联网芯片在设定的时间内没有数据传输时，会进入睡眠模块；物联网芯片内部的微控制器MCU进入standby，其他功能模块处于低功耗模式；Timer模块工作；
物联网芯片内部电源域的划分和相应的上电、断电步骤，包括：
在物联网芯片内部设置不同的电源域达到不同状态下，关闭不同电源域的电源；物联网芯片中的电源域划分中，在物联网芯片内部，缺省状态下，模块的供电关闭，只有IO管脚模块，电源管理单元PMU供电；当IOT_ONOFF为高电平时，电源和时钟管理单元将芯片唤醒，开启开关1，即MCU模块开关，此时物联网芯片内部的MCU供电，MCU供电后，MCU接收到IOT_ONOFF中断，退出standby状态，MCU模块指示电源管理单元PMU开启开关2、开关3，即IoT模块开关和计时器开关，此时芯片内部所有模块供电，物联网芯片功能开启；当用户需要关闭物联网芯片功能时，应用处理器AP芯片或者微控制器MCU芯片设置IOT_ONOFF为低电平，关闭物联网芯片功能；具体如下：在物联网芯片内部，MCU接收到IOT_ONOFF设置为低电平的中断，MCU模块指示电源管理单元PMU关闭开关2、开关3，关闭芯片内部其他模块的供电；MCU进入standby状态，电源管理单元PMU检测到MCU进入standby状态，电源管理单元PMU关闭MCU电源开关1，芯片进入OFF状态。
2.根据权利要求1所述一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，所述物联网芯片与***处理器芯片之间的状态转换和相应的睡眠、唤醒步骤，包括：
当物联网芯片需要应用***处理器芯片时，物联网芯片中的微处理器设置IOT_WAKEUP信号为高电平；
当***处理器芯片接收到IOT_WAKEUP信号时，***处理器芯片进入自己内部的唤醒流程，进入工作状态，***处理器芯片随后将IOT_WACK信号设置为高电平；
当物联网芯片接收到IOT_WACK时，将IOT_WAKEUP信号设置为低电平；
***处理器芯片和物联网芯片都能够进入睡眠模式来降低功耗。
3.根据权利要求2所述一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，所述***处理器芯片包括应用处理器AP芯片或微控制器MCU芯片。
4.根据权利要求1所述一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，将物联网SOC芯片内部设置了三种工作状态：
OFF：物联网芯片上电缺省状态；物联网芯片的IO管脚模块，电源管理单元PMU供电；其余物联网芯片的模块的供电关闭；
WORK：物联网芯片正常工作模式；在物联网芯片进行数据传输时，处于正常工作模式；
SLEEP：物联网芯片睡眠模式；当物联网芯片在设定的时间内没有数据传输时，进入睡眠模块；物联网芯片内部的微控制器MCU进入standby，计时器模块工作，其余功能模块处于低功耗模式，允许断电。
5.根据权利要求4所述一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，
所述物联网芯片独立工作时，没有与所述***处理器芯片的交互，此时将输入信号IOT_ONOFF和IOT_WACK接高电平，物联网芯片独立工作；这种情况下，物联网芯片将在WORK和SLEEP状态下转换。
6.根据权利要求4所述一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，物联网芯片内部电源域的划分和相应的上电、断电步骤中，在物联网芯片内部设置不同的电源域达到不同状态下，关闭相应的电源域的电源：
在物联网芯片内部缺省状态下，IO管脚模块、电源管理单元PMU供电其余模块的供电关闭；
当IOT_ONOFF为高电平时，电源管理单元将物联网芯片唤醒，开启内部MCU模块开关，此时物联网芯片MCU模块供电，MCU模块供电后，MCU模块接收到IOT_ONOFF中断，退出standby状态，MCU模块指示电源管理单元PMU开启IoT模块开关、计时器开关，此时所有模块供电，物联网芯片功能开启；
当需要关闭物联网芯片功能时，***处理器芯片设置IOT_ONOFF为低电平，关闭物联网芯片功能。
7.根据权利要求6所述一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，所述当需要关闭物联网芯片功能时，***处理器芯片设置IOT_ONOFF为低电平，关闭物联网芯片功能的步骤包括：
在物联网芯片内部，MCU模块接收到IOT_ONOFF设置为低电平的中断，MCU模块指示电源管理单元PMU关闭IoT模块开关、计时器开关，关闭芯片内部其他模块的供电；MCU模块进入standby状态，电源管理单元PMU检测到MCU模块进入standby状态，电源管理单元PMU关闭MCU模块开关，芯片进入OFF状态。
8.根据权利要求6所述一种降低芯片功耗的方法，其特征在于，所述物联网芯片内部电源域的划分和相应的上电、断电的步骤包括：为了独立控制模块的电源设置的模块电源开启和断电步骤，其中模块包括物联网芯片内部电源管理单元PMU、IO管脚模块、MCU模块、IoT模块和计时器：
当物联网芯片需要固定模块电源域工作时，启动相应模块独立电源的开启流程，相应模块完成电源启动后，即正常工作；
在物联网芯片不需要固定模块电源域工作时，启动相应模块独立电源的断电流程，模块即断电。
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