本文選自極術(shù)專欄Arm AMBA 協(xié)議集的文章。文章將介紹Q-Channel的知識。

AMBA提供了，低功耗的接口。用于實(shí)現(xiàn)power控制功能。目前，AMBA里面，包含2種低功耗接口。

?Q-Channel：實(shí)現(xiàn)簡單的power控制，如上電，下電。

?P-Channel：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的power控制，如全上電，半上電，1/4上電等。

ARM引入這2種低功耗接口，是為了滿足不同的應(yīng)用場景下，對power的控制。

在一些場景下，組件只有兩種power狀態(tài)，分別為power-up，power-down。因此對這種組件的power控制，只需要對其上電，斷電即可。用Q-Channel，即可實(shí)現(xiàn)。

而在另外的場景下，組件擁有多種power狀態(tài)，比如全上電，半上電，1/4上電等。因此對這種組件的power控制，就要復(fù)雜很多，不能簡單的對其上電，斷電即可，還需要額外的一些控制。此時(shí)，用Q-Channel，就不合適了，需要使用P-Channel。

比如在DynamlQ技術(shù)中，引入了L3 cache，并且每個(gè)core擁有自己的L1 cache，L2 cache，這樣，整個(gè)系統(tǒng)中，cache的容量就變大了，相應(yīng)的，消耗在cache上的功耗，也增多了。此時(shí)，就需要復(fù)雜的對cache的power控制，來實(shí)現(xiàn)低功耗，比如對L3 cache，1/4上電，也就是只有1/4的L3 cache工作，其余的都斷電，以此來節(jié)省功耗。此時(shí)，就要用到P-Channel。

訪問時(shí)返回其值。

一、 Q-Channel

Q-Channel是從AXI的低功耗接口中，演變過來。但是可以向后兼容。

1、接口

以下是Q-Channel的接口：

分為device端和power controller端（下文均簡稱為PMU）。device端，就是需要被電源控制的組件，比如core，外設(shè)等。PMU端，就是提供電源管理的組件。

在Q-Channel中，將device的power狀態(tài)，分成了2種，

?operational狀態(tài)：device處于工作狀態(tài)，簡單理解為上電狀態(tài)，下文稱為上電狀態(tài)

?quiescent狀態(tài)：device處于停止?fàn)顟B(tài)，簡單理解為斷電狀態(tài)，下文稱為斷電狀態(tài)

接口如下：

2、Q-Channel接口的握手狀態(tài)

ARM對Q-Channel的interface，定義了幾種握手狀態(tài)：

?Q_RUN: device處于上電狀態(tài)。

?Q_REQUEST：device處于上電狀態(tài)，但是在idle狀態(tài)時(shí)，可以接收power request，進(jìn)入斷電狀態(tài)。

?Q_STOPPED：device進(jìn)入了斷電狀態(tài)。

?Q_EXIT：等待被提供時(shí)鐘或者power的狀態(tài)。當(dāng)device得到外部提供的時(shí)鐘或者power時(shí)，將QACCEPTn拉高，進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

?Q_DENIED: device拒絕外部power的請求，不進(jìn)入斷電狀態(tài)，而保持上電狀態(tài)。

?Q_CONTINUE：PMU在Q_DENIED狀態(tài)后，將QREQn拉高后的狀態(tài)。

對于握手信號，有以下的規(guī)則：

?QREQn只能在QACCEPTn為高并且QDENY為低時(shí)，才可以從高變?yōu)榈汀?/p>

?QREQn滿足以下條件，才可以從低變?yōu)楦?/p>

?QACCEPTn和QDENY都為低

?QACCEPTn和QDENY都為高

?QACCEPTn只能在QREQn和QDENY都為低情況下，才可以從高變?yōu)榈?/p>

?QACCEPTn只能在QREQn和QDENY都為高情況下，才可以從低變?yōu)楦?/p>

?QDENY只能在QREQn和QACCEPTn都為高情況下，才可以從高變?yōu)榈?/p>

?QDENY只能在QREQn為低并且QACCEPTn為高情況下，才可以從低變?yōu)楦?/p>

上面的這些原則，在設(shè)計(jì)P-Channel時(shí)，需要遵守的。

**3、P_Channel的握手協(xié)議 **

3.1、device接受PMU的power請求

以下是握手協(xié)議時(shí)序圖：

在T1，QREQn和QACCEPTn為高，Q_Channel進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

在T2，QREQn為低，PMU請求device進(jìn)入斷電狀態(tài)，然后等待外設(shè)響應(yīng)，此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_REQUEST狀態(tài)。

在T3，QACCEPTn為低，表示device接收PMU的請求，將自己進(jìn)入斷電狀態(tài)。此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_STOPPED狀態(tài)。

在T4，QREQn為高，PMU請求device進(jìn)入上電狀態(tài)，然后等待外設(shè)響應(yīng)。此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_EXIT狀態(tài)。

在T5，QACCEPTn為高，表示device接收PMU的請求，將自己進(jìn)入上電狀態(tài)。此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

3.2、device拒絕PMU的power請求

當(dāng)外部PMU給device發(fā)送power請求，device可以拒絕該power請求。PMU收到device的拒絕響應(yīng)后，應(yīng)取消該power請求。

在T1，QREQn和QACCEPTn為高，Q_Channel進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

在T2，QREQn為低，PMU請求device進(jìn)入斷電狀態(tài)，然后等待外設(shè)響應(yīng)，此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_REQUEST狀態(tài)。

在T3，QDENY為高，表示device拒絕PMU的請求，自己保持上電狀態(tài)。此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_DENIED狀態(tài)。

在T4，PMU接收到device的拒絕響應(yīng)，將QREQn拉高，PMU請求device進(jìn)入上電狀態(tài)，然后等待外設(shè)響應(yīng)。此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_CONTINUE狀態(tài)。

在T5，QDENY為低，表示device接收PMU的上電請求，將自己保持上電狀態(tài)。此時(shí)Q_Channel進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

4、device復(fù)位信號與Q_Channel的結(jié)合

復(fù)位信號，需要和Q_Channel的信號，進(jìn)行組合。一般來說，復(fù)位信號，也會由PMU來控制。

組合分為以下2種情況。

** 4.1、RESETn復(fù)位無效時(shí)，QREQn為低 **

T2時(shí)刻，RESETn為高，復(fù)位取消。

T3時(shí)刻，QREQn為高，PMU向device請求上電。Q_Channel進(jìn)入Q_EXIT狀態(tài)。

T4時(shí)刻，QACCEPTn為高，device接受PMU的上電請求。Q_Channel進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

T5時(shí)刻，QREQn為低，PMU向device請求斷電，Q_Channel進(jìn)入Q_REQUEST狀態(tài)。T6時(shí)刻，QACCEPTn為低，device接受PMU的斷電請求。Q_Channel進(jìn)入Q_STOPPED。

T7時(shí)刻，將RESETn拉低。

**** 4.2、RESETn復(fù)位有效時(shí)，QREQn為高 ****

T2時(shí)刻，QREQn拉高，PMU向device請求上電。Q_Channel進(jìn)入Q_EXIT狀態(tài)。

T3時(shí)刻，因?yàn)镽ESETn為低，復(fù)位有效，device將QACCEPTn保持為低，Q_Channel保持Q_EXIT狀態(tài)。

T4時(shí)刻，因?yàn)镽ESETn為高，復(fù)位無效。device將QACCEPTn拉低，響應(yīng)PMU的上電請求。Q_Channel進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

T5時(shí)刻，QREQn拉低，PMU向device請求斷電，Q_Channel進(jìn)入Q_REQUEST狀態(tài)。

T6時(shí)刻，device將QACCEPTn拉低，響應(yīng)PMU的斷電請求。Q_Channel進(jìn)入Q_STOPPED狀態(tài)。

T7時(shí)刻，RESETn拉低。

5、QACTIVE

QACTIVE，是提供給device，給PMU發(fā)送power請求的信號。可以由多個(gè)來源的組合。如果為高，那么PMU要給自己上電，并且之后，不能給自己斷電。

QACTIVE和握手信號（QREQn，QACCEPTn，QDENY）是獨(dú)立開的。

5.1、請求上電和請求下電

T1時(shí)刻，device將QACTIVE拉高，向PMU發(fā)起退出斷電請求。T2時(shí)刻，PMU將QREQn拉高，Q_Channel進(jìn)入Q_EXIT狀態(tài)，T3時(shí)刻，進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。

T4時(shí)刻，device將QACTIVE拉低，device向PMU發(fā)起進(jìn)入斷電請求。T5時(shí)刻，PMU將QREQn拉低，Q_Channel進(jìn)入Q_REQUEST狀態(tài)，在T6時(shí)刻，進(jìn)入Q_STOPPED狀態(tài)。

5.2、PMU不允許斷電

T1時(shí)刻，device將QACTIVE拉高，向PMU發(fā)起上電請求。T2時(shí)刻，PMU將QREQn拉高，Q_Channel進(jìn)入Q_EXIT狀態(tài)，T3時(shí)刻，進(jìn)入Q_RUN狀態(tài)。之后，device處于上電狀態(tài)。

T4時(shí)刻，PMU將QREQn拉低，PMU想讓device進(jìn)入斷電狀態(tài)，但是QACTIVE為高，表示device要一直處于上電狀態(tài)。因此QACCEPTn持續(xù)保持高，Q_Channel一直維持在Q_REQUEST狀態(tài)。device維持在上電狀態(tài)。

T5時(shí)刻，因?yàn)橹癚ACTIVE拉低，device想進(jìn)入斷電狀態(tài)，device將QACCEPTn拉低，響應(yīng)PMU的斷電請求，然后Q_Channel進(jìn)入Q_STOPPED狀態(tài)。device進(jìn)入斷點(diǎn)狀態(tài)。

6、Q_Channel的實(shí)現(xiàn)

一般來說，device和PMU的時(shí)鐘是異步時(shí)鐘。因此，需要一些同步化。

下圖是同步化的框圖：

ARM提供了以下的一些實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)：

?被使用的所有信號，都需要進(jìn)行同步化

?只有當(dāng)Q_Channel進(jìn)入Q_STOPPED狀態(tài)是，才可以將時(shí)鐘和power給關(guān)掉

?為了保證握手信號的正確性，QREQn，QACCEPTn，QDENY需要使用寄存器直接輸出

?QACTIVE使用寄存器直接輸出，或者是相關(guān)寄存器輸出的組合輸出。ARM強(qiáng)烈建議組合輸出，使用或門。

7、Q_Channel的向后兼容

Q_Channel是從AXI的低功耗結(jié)構(gòu)，演化過來。但是Q_Channel也可以兼容AXI的低功耗接口。

如下圖，device使用AXI的低功耗接口，PMU使用Q_Channel。只需要按照如下的連接進(jìn)行連接即可。

如下圖，device使用Q_Channel，PMU使用AXI的低功耗接口，只需要按照如下的連接進(jìn)行連接即可。