本文討論的是基于ARMIP的大規(guī)模SoC中的電源（時(shí)鐘，復(fù)位等）管理，適用于眾核處理器，手機(jī)SoC，汽車(chē)SoC等等。如果是小規(guī)模的設(shè)計(jì)可能就不適用了，比如MCU或者是簡(jiǎn)單應(yīng)用的IoT芯片。

關(guān)于芯片電源管理，想到了一個(gè)比喻，不一定特別貼切，大家權(quán)當(dāng)一樂(lè)。用眾核處理器舉例，AP可以比作企業(yè)/行業(yè)；SCP比作中央銀行；功耗可以比作資金，企業(yè)有了資金就可以開(kāi)足馬力生產(chǎn)，反之就要降低產(chǎn)能。至于BMC嘛，大家都懂。

從宏觀角度看，BMC監(jiān)控著整個(gè)設(shè)備環(huán)境，擁有著至高無(wú)上的權(quán)力，但是一般不直接參與管理。當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境變差（經(jīng)濟(jì)過(guò)熱），BMC給SCP（或者是MSCP，總之一個(gè)意思）下發(fā)命令。隨后SCP根據(jù)命令適當(dāng)降低整個(gè)多核CPU的功耗（收緊銀根，降低資金流動(dòng)性），但是這個(gè)過(guò)程中，SCP可能會(huì)降低所有的AP功耗；也有可能是關(guān)閉一些AP（治理某些過(guò)熱企業(yè)/行業(yè)），保留另外的AP全速工作。反過(guò)來(lái)，當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境比較好的時(shí)候，BMC告訴SCP可以放寬功耗（貨幣寬松）。

從微觀角度看，也就是每個(gè)AP可以根據(jù)自己的需求，向SCP發(fā)送請(qǐng)求。比如，工作負(fù)載大的時(shí)候，要求升壓超頻（申請(qǐng)撥款或者批貸）；或者，工作負(fù)載小的時(shí)候，要求減壓降頻。這里有一個(gè)要求，一個(gè)AP不能直接控制SoC或者其它AP的功耗，只能與SCP通信，由SCP來(lái)完成。這好理解，雖然所有企業(yè)共享一個(gè)資金池，但是一家企業(yè)不能直接去搶別的企業(yè)的配額。

“治大國(guó)如烹小鮮”，很多事情道理是相通的。

回到我們關(guān)心的芯片設(shè)計(jì)，要完成整個(gè)芯片的電源管理，需要軟硬件結(jié)合。一般，上層軟件部分交給操作系統(tǒng)（Linux和Android等）；下層軟件由固件（Firmware）實(shí)現(xiàn)；硬件部分由SCP，MHU，PPU這些模塊構(gòu)成，當(dāng)然Core也需要有相關(guān)的硬件支持。這也就是所謂的分層管理機(jī)制。

一句話總結(jié)，SCP直接控制SoC的電源和時(shí)鐘，而AP通過(guò)硬件和軟件接口協(xié)同管理。充分理解下面三張圖，就明了了。

圖一：SCP和AP共同完成電源和時(shí)鐘管理

圖二：SCP負(fù)責(zé)硬件管理

圖三：Linux電源和時(shí)鐘管理軟件棧

對(duì)于我們這些邏輯設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，僅僅了解硬件設(shè)計(jì)是不夠的，還要了解軟硬件之間的接口。只有清楚了軟件如何去調(diào)用硬件，才能更好的設(shè)計(jì)硬件。

先來(lái)了解一下SoC中電源和時(shí)鐘管理的硬件架構(gòu)：

ARM系列 -- PCSA（一）

ARM系列 -- PCSA（二）

ARM系列 -- PPU

接下來(lái)是軟硬件協(xié)同的部分，主要是MHU，PSCI和SCMI：

ARM系列 -- PSCI

ARM系列 -- CSS Message Interface Protocols

ARM系列 -- SCMI

與一些老牌芯片公司比，ARM在芯片電源管理方面做的算不上完美，一部分原因是ARM起步比較晚，尤其是服務(wù)器處理器領(lǐng)域里技術(shù)積累比較少，而且ARM目前只是作為IP供應(yīng)商，本身并不量產(chǎn)芯片。至于其它原因，見(jiàn)仁見(jiàn)智，大家自行分析吧。但是，ARM為我們提供了一個(gè)較為完整的可參考的方案。那些老牌公司做的再好再完美，不對(duì)外開(kāi)放啊，至多也就是通過(guò)公開(kāi)發(fā)表的文章窺探一二。“雙鳥(niǎo)在林不如一鳥(niǎo)在手”，是這個(gè)道理吧？有時(shí)候橫向比較技術(shù)是沒(méi)有什么意義的。

本人沒(méi)有就職于ARM，也不是為ARM鼓吹，僅僅是出于對(duì)技術(shù)的好奇心寫(xiě)了一系列文章。由于本人水平有限，難免有錯(cuò)誤之處，請(qǐng)大家指正。

審核編輯：湯梓紅