目前嵌入式系統(tǒng)的電源管理技術(shù)正由傳統(tǒng)的基于電源管理器件和外設(shè)控制為主的靜態(tài)控制方式，轉(zhuǎn)到以操作系統(tǒng)為的動(dòng)靜態(tài)結(jié)合的綜合控制模式。因?yàn)榍度胧皆O(shè)備對(duì)能耗越來越敏感，而電源管理技術(shù)正是這些產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。為了應(yīng)對(duì)電源管理面臨的挑戰(zhàn)，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)在時(shí)需要設(shè)計(jì)多種電源模式，以便在不同工作狀態(tài)時(shí)有多種能耗模式可供選擇。休眠和喚醒功能正是目前WINCW系統(tǒng)開發(fā)的研究熱點(diǎn)之一。

　　嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中降低設(shè)備功耗以提高續(xù)航能力是其設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)[1]。在休眠狀態(tài)，系統(tǒng)處于電流消耗狀態(tài)，同時(shí)仍維持存儲(chǔ)區(qū)中的內(nèi)容，為了減少能量消耗和延長電池壽命，需要讓處理器定期進(jìn)入或退出休眠模式[2]。Windows CE 作為一個(gè)廣泛應(yīng)用于嵌入式設(shè)備上的操作系統(tǒng)，提供了完善的電源管理功能。其中，休眠喚醒便是一個(gè)重要的功能。本文在結(jié)合S3C2440硬件基礎(chǔ)上分析休眠喚醒過程，分別采用外部中斷喚醒和RTC中斷喚醒兩種方法實(shí)現(xiàn)了休眠喚醒，并給出了具體實(shí)現(xiàn)代碼。根據(jù)相應(yīng)喚醒需求，將這兩種方法應(yīng)用于北京化工大學(xué)診斷與自愈工程研究中心的一款基于S3C2440和WindowsCE 5.0的嵌入式智能巡檢分析診斷儀，結(jié)果表明能準(zhǔn)確達(dá)到實(shí)際的設(shè)置要求，效果良好。

　　1 休眠喚醒過程分析

　　對(duì)于電源控制邏輯模塊，S3C2440 有多種電源管理方案以針對(duì)須執(zhí)行的任務(wù)保持的電源消耗。S3C2440 中的電源管理模塊對(duì)應(yīng) 4 種模式：NORMAL 模式、SLOW 模式、IDLE 模式和SLEEP模式。

　　在SLEEP模式下，電源管理模塊關(guān)閉內(nèi)部電源，因此，CPU 和內(nèi)部邏輯模塊都沒有電源消耗，但除了此模式下的喚醒模塊。激活SLEEP模式需要2個(gè)獨(dú)立的電源，其中一個(gè)為喚醒模塊供電，另一個(gè)為包括CPU的其他邏輯模塊供電，并且可以由power on/off控制。在SLEEP模式下，給CUP和內(nèi)部邏輯單元供電的第二個(gè)電源被關(guān)閉，只有喚醒模塊是工作的。這種狀態(tài)下，可以通過外部中斷EINT[15:0]或定時(shí)器的RTC（real time control）中斷將系統(tǒng)從睡眠狀態(tài)中喚醒[3]，如圖1所示。

　　在WinCE系統(tǒng)中支持多種電源狀態(tài)：①ON狀態(tài)，用戶在主動(dòng)使用設(shè)備。②UserIdle狀態(tài)，用戶與設(shè)備停止交互，但仍有可能使用設(shè)備。③SystemIdle狀態(tài)，在經(jīng)過一段時(shí)間的UserIdle后進(jìn)入此狀態(tài)，但是驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)仍然活動(dòng)。④Suspend狀態(tài)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序和系統(tǒng)進(jìn)程不再與系統(tǒng)交互時(shí)進(jìn)入此狀態(tài)。⑤ColdReboot和Reboot狀態(tài)，冷啟動(dòng)后系統(tǒng)電源狀態(tài)。其中，按功率消耗由小到大可分為睡眠（sleep）、空閑（idle）、運(yùn)行（Run）等模式。大多時(shí)間內(nèi)，在運(yùn)行態(tài)（Run）時(shí)設(shè)備全部正常工作，而在睡眠與空閑模式時(shí)系統(tǒng)則是按照特定的模式進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能。

　　通常，嵌入式系統(tǒng)在大多數(shù)時(shí)間都不需要關(guān)注WinCE 設(shè)備的電源損耗，但是在某些時(shí)候要注意這些損耗。因此，的節(jié)能方法是使系統(tǒng)適時(shí)的進(jìn)出休眠狀態(tài)。例如，WinCE系統(tǒng)先檢查任務(wù)負(fù)載情況，如果沒有需要運(yùn)行的任務(wù)，則一般進(jìn)入空閑節(jié)能狀態(tài)等待喚醒，在空閑一段時(shí)間后再進(jìn)入深度睡眠，掛起到RAM中或者硬盤上。當(dāng)WinCE 系統(tǒng)被掛起，為了省電系統(tǒng)需要關(guān)閉CPU處理器及大部分設(shè)備的供電，然后在需要喚醒時(shí)再通過定時(shí)器或中斷模塊喚醒。比如用戶按下On/Off按鈕時(shí)，或者監(jiān)視用戶活動(dòng)的定時(shí)器超時(shí)，或者應(yīng)用程序API都可以使得嵌入式系統(tǒng)休眠。而當(dāng)用戶再次按下On/Off或者有其它喚醒中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)用OEMPowerOff（）函數(shù)，在系統(tǒng)喚醒后繼續(xù)從OEMPowerOff（）被掛起處執(zhí)行。OEMPowerOff函數(shù)能進(jìn)行CPU寄存器保存、設(shè)置及喚醒恢復(fù)等功能。系統(tǒng)Idle狀態(tài)和前面說的UserIdle狀態(tài)是不同概念，前者是CPU負(fù)荷驅(qū)動(dòng)，代表系統(tǒng)空閑；后者是用戶活動(dòng)驅(qū)動(dòng)，代表用戶空閑。

　　在Bootloader中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)的具體步驟如下：

　?。?）如果有喚醒源被觸發(fā)，內(nèi)部的復(fù)位信號(hào)就會(huì)動(dòng)作。這和外部的 nReset引腳觸發(fā)非常相似。復(fù)位持續(xù)時(shí)間由內(nèi)部的 16 bit計(jì)數(shù)器邏輯決定，通過reset 復(fù)位決斷時(shí)間可以計(jì)算tRST=（65535/XTAL_frequency）；

　?。?）通過檢測(cè)GSTATUS2[2]，判斷是否是由SLEEP模式喚醒引起的電源開啟；

　　（3）通過設(shè)置 MISCCR[19:17]=000b，釋放 SDRAM 的信號(hào)保護(hù)；

　?。?）配置 SDRAM 內(nèi)存控制器；

　?。?）等待，直到 SDRAM 自刷新被釋放，結(jié)束等待。大部分SDRAM需要等待所有 SDRAM 行的自刷新周期；

　　（6）GSTATUS[3:4]的信息可用于保存用戶自定義數(shù)據(jù)，因?yàn)樵?GSTATUS[3:4]中的值在睡眠模式下被保留；

　?。?）對(duì) EINT[3:0]，檢查 SRCPND 寄存器；對(duì)EINT[15:4]，查看 EINTPEND 寄存器而不是SRCPND寄存器。（盡管EINTPEND寄存器的一些位被置位，SRCPND 寄存器不會(huì)被置位）。

　　以上是一個(gè)通用的休眠喚醒過程，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)不同情況使用不同的喚醒方式。例如，以休眠模式待機(jī)，在需要使用儀器時(shí)才喚醒系統(tǒng)的情況下，就需要一個(gè)諸如按鍵的外部中斷來喚醒系統(tǒng)；而對(duì)于僅做一個(gè)保存掛起動(dòng)作的情況，即刻自動(dòng)喚醒系統(tǒng)則更為便捷。S3C2440就提供了兩種喚醒實(shí)現(xiàn)方式：外部中斷實(shí)現(xiàn)方式和RTC中斷實(shí)現(xiàn)方式。

　　2  基于外部中斷的休眠喚醒

　　正如之前提到的，在OALCPUPoweroff里，系統(tǒng)進(jìn)入休眠前，正確設(shè)置外部喚醒中斷，才能夠喚醒CPU。正確設(shè)置喚醒中斷源，有3個(gè)要點(diǎn)：

　?。?）把對(duì)應(yīng)的GPIO設(shè)置為中斷功能；

　?。?）明確外部中斷觸發(fā)條件，如將某種喚醒使用的中斷源所對(duì)應(yīng)的IO接到一個(gè)按鍵上，需要通過按下按鍵實(shí)現(xiàn)喚醒，需要明確當(dāng)按下這個(gè)按鍵時(shí)，IO接口上的電平會(huì)如何變化；

　?。?）根據(jù)按鍵按下時(shí)IO電平的變化條件設(shè)置EXTINTn寄存器。當(dāng)按下按鍵時(shí)，IO口上的電平會(huì)發(fā)生從高到低的變化，那么就設(shè)置對(duì)應(yīng)的EXTINTn，使得中斷觸發(fā)條件為Falling edge triggered即下降沿觸發(fā)。

　　通過如下代碼實(shí)現(xiàn)了通過按鍵K1、K2的外部中斷喚醒方式：

　　;  6. Setting Wakeup External Interrupt（EINT0,1,2） Mode

　　ldr     r0, =vGPIOBASE

　　ldr     r1, =0x5566//按鍵K1,K2（EINT0，EINT2）

　　str     r1, [r0, #oGPFCON]

　　ldr     r1, =0x82

　　str     r1, [r0, #oEXTINT0]

　　此段代碼，首先設(shè)置了外部中斷0和外部中斷2的中斷功能，接著設(shè)置了中斷的觸發(fā)方式：下降沿觸發(fā)方式。

　　當(dāng)Windows CE操作系統(tǒng)在基于S3C2440的智能巡檢分析診斷儀完全啟動(dòng)后，按下“掛起”鍵，待屏幕顯示消失后，開始實(shí)驗(yàn)。

　　實(shí)驗(yàn)一：按下按鍵K1，使系統(tǒng)立即重新啟動(dòng)，重新進(jìn)入Windows CE操作系統(tǒng)；

　　實(shí)驗(yàn)二：按下按鍵K2，使系統(tǒng)立即重新啟動(dòng)，重新進(jìn)入Windows CE操作系統(tǒng)；

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：即按即啟，沒有延遲，達(dá)到了外部中斷-按鍵喚醒系統(tǒng)的理想效果。

　　3 基于RTC中斷的休眠喚醒

　　S3C2440內(nèi)部RTC模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。RTC模塊的有3種功能：產(chǎn)生時(shí)鐘滴答、實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)和作為系統(tǒng)的觸發(fā)喚醒器[4]。RTC模塊可以在處理器的掉電模式或普通模式在設(shè)定時(shí)間（由BCD數(shù)據(jù)給出）和當(dāng)前時(shí)間相同時(shí)發(fā)生報(bào)警。在普通模式下，ALM INT（報(bào)警中斷）處于激活狀態(tài)。在掉電模式下， PMWKUP （電源管理喚醒信號(hào)）與ALM INT一起處于報(bào)警狀態(tài)[5]。

 　　相關(guān)的寄存器有RTCCON、RTCALM和ALMSEC等，設(shè)置代碼如下：

　　ldr r0,=vRTCBASE ;;;RTC alarm

　　ldr r1,=0x01

　　str r1,[r0,#oRTCCON]

　　ldr r1,=0x41

　　str r1,[r0,#oRTCALM]

　　ldr r1,=0x10 ;;10s喚醒

　　str r1,[r0,#oALMSEC]

　　此段代碼，首先設(shè)置RTC控制的可用，然后設(shè)置RTC報(bào)警中斷中，秒中斷可用，因?yàn)楸疚囊詥拘褧r(shí)間10 s為例，所以僅用到了秒級(jí)中斷，設(shè)定喚醒時(shí)間10 s。

　　當(dāng)Windows CE操作系統(tǒng)在基于S3C2440的智能巡檢分析診斷儀完全啟動(dòng)后，按下“掛起”鍵，在“掛起”動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)代碼中設(shè)置串口打印語句，顯示“Start”標(biāo)志，在系統(tǒng)被喚醒時(shí)設(shè)置串口打印語句，顯示“End”標(biāo)志，通過DNW軟件，觀察串口打印信息，記錄“Start”和“End”之間的用時(shí)，即為喚醒時(shí)間，10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知平均用時(shí)10.04 s,與預(yù)計(jì)用時(shí)10.0 s的相對(duì)誤差為0.4%，在工程應(yīng)用上，基本達(dá)到操作要求。

　　研究過程后期，在確認(rèn)相應(yīng)設(shè)置正確的前提下，系統(tǒng)仍無法正常喚醒，在重新分析整個(gè)流程設(shè)計(jì)和代碼實(shí)現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)在S3C2440的BSP（板級(jí)支持包）中存在一個(gè)BUG：系統(tǒng)休眠時(shí)保存數(shù)據(jù)的虛擬地址設(shè)置錯(cuò)誤，SLEEPDATA_BASE_VIRTUAL設(shè)置為0xAC028000，而此處和Bootloader中的SLEEPDATA_BASE_PHYSICAL 都設(shè)定為0x30028000。根據(jù)地址映射表里面的設(shè)置是：DCD 0x80000000, 0x30000000, 64; 32 MB DRAM BANK 6，因此虛擬地址是0xA0028000。將虛擬地址修改后，即可正常喚醒。

　　本文通過深入分析休眠喚醒過程，在基于S3C2440和WindowsCE5.0的平臺(tái)上分別通過外部中斷喚醒和RTC中斷喚醒兩種方法實(shí)現(xiàn)了休眠喚醒。文中所述的原理和方法不僅適用于上述指定的硬件平臺(tái)，還適用于其他使用Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。應(yīng)用表明，這兩種方法實(shí)現(xiàn)了不同情況下的喚醒，達(dá)到了理想的效果，該儀器工作穩(wěn)定，性能良好，已進(jìn)入小規(guī)模量產(chǎn)階段。