文章目录
- 1.1 Q_Channel 概述
- 1.2 Q-Channel
- 1.2.1 Q-Channel 接口
- 1.2.2 Q-Channel 接口的握手状态
- 1.2.3 握手信号规则
- 1.3 P_Channel的握手协议
- 1.3.1 device 接受 PMU 的 power 请求
- 1.3.2 device 拒绝 PMU 的 power 请求
- 1.4 device 复位信号与 Q _Channel 的结合
- 1.4.1 RESETn 复位无效时 QREQn 为低
- 1.4.2 RESETn 复位有效时 QREQn为高
- 1.5 QACTIVE
- 1.5.1 请求上电和请求下电
- 1.5.2 PMU不允许断电
- 1.6 Q_Channel的实现
- 1.7 Q_Channel的向后兼容
转自：http://www.lujun.org.cn/?p=3634
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1.1 Q_Channel 概述
AMBA提供了，低功耗的接口。用于实现power控制功能。目前，AMBA里面，包含2种低功耗接口。
- Q-Channel：实现简单的power控制，如上电，下电；
- P-Channel：实现复杂的power控制，如全上电，半上电，1/4上电等。
ARM引入这2种低功耗接口，是为了满足不同的应用场景下，对power的控制。
在一些场景下，组件只有两种 power状态，分别为 power-up，power-down。因此对这种组件的power控制，只需要对其上电，断电即可。用Q-Channel，即可实现。
而在另外的场景下，组件拥有多种power状态，比如全上电，半上电，1/4上电等。因此对这种组件的power控制，就要复杂很多，不能简单的对其上电，断电即可，还需要额外的一些控制。此时，用Q-Channel，就不合适了，需要使用P-Channel。
比如在 DynamlQ 技术中，引入了L3 cache，并且每个core拥有自己的 L1 cache，L2 cache，这样，整个系统中，cache的容量就变大了，相应的，消耗在cache上的功耗，也增多了。此时，就需要复杂的对cache的power控制，来实现低功耗，比如对L3 cache，1/4上电，也就是只有1/4的L3 cache工作，其余的都断电，以此来节省功耗。此时，就要用到P-Channel。
1.2 Q-Channel
Q-Channel是从AXI的低功耗接口中，演变过来。但是可以向后兼容。
1.2.1 Q-Channel 接口
以下是Q-Channel的接口：
分为 Device 端和 Power Controller 端（下文均简称为PMU）。
- Device 端，就是需要被电源控制的组件，比如 core，外设等;
- PMU端，就是提供电源管理的组件。
在 Q-Channel 中，将 device 的 power状态，分成了2 种:
- operational 状态： device处于工作状态，简单理解为上电状态，下文称为上电状态
- quiescent状态：device处于停止状态，简单理解为断电状态，下文称为断电状态
Q-channel 的接口信号很简单，只有四根，如下图所示（n代表低电平有效）：
| signals | Description |
|---|---|
| QACTIVE | 提供给device，向 power controller 发送power请求，更改自己的 power 状态
|
| QREQn | power controller 发送 power 请求信号
|
| QACCEPTn | 为高，表示 device 接受外部 power 请求 |
| QDENY | 为高，表示 device 拒绝外部 power 请求 |
设备端可以通过QACTIVE信号告诉控制器端自己的工作状态，QACTIVE为0时表示设备处于静止状态。但是，控制器端既可以根据QACTIVE 发出请求 QREQn，也可以根据其它的条件发出请求。也就是说控制器并不完全依赖于 QACTIVE。所以我们可以看到 Q-channel 的握手协议其实不依赖 QACTIVE。
对于QACTIVE信号，设备端需要有拉高QACTIVE信号的能力。再通俗一点，当设备处于时钟关断或者电源关断的状态下，需要有能力告诉控制器，自己需要启动了。如果设备没有这种能力，那就需要在系统级来做一些工作保证设备可以再运转。总之一句话，做设计的时候一定要避免设备睡下就再也起不来这种情况。
1.2.2 Q-Channel 接口的握手状态
ARM 对 Q-Channel 的 interface，定义了几种握手状态：
| State | Description |
|---|---|
| Q_RUN | device 处于上电状态 |
| Q_REQUEST | device 处于上电状态，但是在 idle 状态时，可以接收 power request，进入断电状态 |
| Q_STOPPED | device 进入了断电状态 |
| Q_EXIT | 等待被提供时钟或者 power 的状态。当 device 得到外部提供的时钟或者 power 时，将 QACCEPTn 拉高，进入 Q_RUN 状态。 |
| Q_DENIED | device 拒绝外部 power 的请求，不进入断电状态，而保持上电状态 |
| Q_CONTINUE | PMU 在 Q_DENIED 状态后，将 QREQn 拉高后的状态 |
以下是编码：
下图是各个握手状态的切换：
1.2.3 握手信号规则
对于握手信号，有以下的规则：
-
QREQn 只能在 QACCEPTn 为高并且 QDENY 为低时，才可以从高变为低；
-
QREQn 满足以下条件，才可以从低变为高：
- QACCEPTn 和 QDENY 都为低；
- QACCEPTn 和 QDENY 都为高。
-
QACCEPTn 只能在 QREQn 和 QDENY 都为低情况下，才可以从高变为低；
-
QACCEPTn 只能在 QREQn 和 QDENY 都为高情况下，才可以从低变为高；
-
QDENY 只能在 QREQn 和 QACCEPTn 都为高情况下，才可以从高变为低；
-
QDENY 只能在 QREQn 为低并且 QACCEPTn 为高情况下，才可以从低变为高。
上面的这些原则，在设计P-Channel时，需要遵守的
1.3 P_Channel的握手协议
1.3.1 device 接受 PMU 的 power 请求
以下是握手协议时序图：
- 在T1，QREQn 和 QACCEPTn 为高，Q_Channel 进入 Q_RUN 状态;
- 在T2，QREQn 为低，PMU 请求 device 进入断电状态，然后等待外设响应，此时 Q_Channel 进入Q_REQUEST 状态;
- 在T3，QACCEPTn 为低，表示 device 接收 PMU 的请求，将自己进入断电状态。此时 Q_Channel 进入Q_STOPPED 状态;
- 在T4，QREQn 为高，PMU请求 device 进入上电状态，然后等待外设响应。此时 Q_Channel 进入Q_EXIT 状态;
- 在T5，QACCEPTn 为高，表示 device 接收 PMU 的请求，将自己进入上电状态。此时Q_Channel进入Q_RUN状 态。
1.3.2 device 拒绝 PMU 的 power 请求
当外部 PMU 给 device 发送 power 请求，device 可以拒绝该 power 请求。PMU 收到 device 的拒绝响应后，应取消该 power 请求。
- 在T1，QREQn 和 QACCEPTn 为高，Q_Channel 进入 Q_RUN 状态；
- 在T2，QREQn 为低，PMU 请求 device 进入断电状态，然后等待外设响应，此时 Q_Channel 进入 Q_REQUEST 状态；
- 在T3，QDENY 为高，表示device拒绝PMU的请求，自己保持上电状态。此时 Q_Channel 进入 Q_DENIED 状态；
- 在T4，PMU 接收到 device 的拒绝响应，将 QREQn 拉高，PMU 请求 device 进入上电状态，然后等待外设响应。此时Q_Channel进入 Q_CONTINUE 状态；
- 在T5，QDENY 为低，表示 device 接收 PMU 的上电请求，将自己保持上电状态。此时 Q_Channel 进入 Q_RUN 状态。
1.4 device 复位信号与 Q _Channel 的结合
复位信号，需要和 Q_Channel 的信号，进行组合。一般来说，复位信号，也会由PMU来控制，组合分为下节 2 种情况。
1.4.1 RESETn 复位无效时 QREQn 为低
- T2时刻，RESETn为高，复位取消。
- T3时刻，QREQn为高，PMU向device请求上电。Q_Channel进入Q_EXIT状态。
- T4时刻，QACCEPTn为高，device接受PMU的上电请求。Q_Channel进入Q_RUN状态。
- T5时刻，QREQn为低，PMU向device请求断电，Q_Channel进入Q_REQUEST状态。
- T6时刻，QACCEPTn为低，device接受PMU的断电请求。Q_Channel进入Q_STOPPED。
- T7时刻，将RESETn拉低。
1.4.2 RESETn 复位有效时 QREQn为高
-
T2时刻，QREQn拉高，PMU向device请求上电。Q_Channel进入Q_EXIT状态。
-
T3时刻，因为RESETn为低，复位有效，device将QACCEPTn保持为低，Q_Channel保持Q_EXIT状态。
-
T4时刻，因为RESETn为高，复位无效。device将QACCEPTn拉低，响应PMU的上电请求。Q_Channel进入Q_RUN状态。
-
T5时刻，QREQn拉低，PMU向device请求断电，Q_Channel进入Q_REQUEST状态。
-
T6时刻，device将QACCEPTn拉低，响应PMU的断电请求。Q_Channel进入Q_STOPPED状态。
-
T7时刻，RESETn拉低。
1.5 QACTIVE
QACTIVE，是提供给device，给PMU发送power请求的信号。可以由多个来源的组合。如果为高，那么PMU要给自己上电，并且之后，不能给自己断电。
QACTIVE 和握手信号（QREQn，QACCEPTn，QDENY）是独立开的。
1.5.1 请求上电和请求下电
- T1时刻，device将QACTIVE拉高，向PMU发起退出断电请求;
- T2时刻，PMU将QREQn拉高，Q_Channel进入Q_EXIT状态;
- T3时刻，进入Q_RUN状态;
- T4时刻，device将QACTIVE拉低，device向PMU发起进入断电请求;
- T5时刻，PMU将QREQn拉低，Q_Channel进入Q_REQUEST状态;
- T6时刻，进入Q_STOPPED状态。
1.5.2 PMU不允许断电
- T1 时刻，device 将 QACTIVE 拉高，向 PMU 发起上电请求；
- T2 时刻，PMU 将 QREQn 拉高，Q_Channel进入Q_EXIT状态；
- T3 时刻，进入Q_RUN 状态。之后，device 处于上电状态；
- T4 时刻，PMU 将 QREQn 拉低，PMU 想让 device 进入断电状态，但是 QACTIVE 为高，表示 device 要一直处于上电状态。因此QACCEPTn 持续保持高，Q_Channel 一直维持在 Q_REQUEST 状态。device 维持在上电状态；
- T5 时刻，因为之前 QACTIVE 拉低，device 想进入断电状态，device 将 QACCEPTn 拉低，响应 PMU 的断电请求，然后Q_Channel 进入 Q_STOPPED 状态。device 进入断点状态。
1.6 Q_Channel的实现
一般来说，device和PMU的时钟是异步时钟。因此，需要一些同步化。
下图是同步化的框图：
ARM 提供了以下的一些实现指导：
-
被使用的所有信号，都需要进行同步化;
-
只有当Q_Channel进入Q_STOPPED状态是，才可以将时钟和power给关掉;
-
为了保证握手信号的正确性，QREQn，QACCEPTn，QDENY需要使用寄存器直接输出;
-
QACTIVE使用寄存器直接输出，或者是相关寄存器输出的组合输出。ARM强烈建议组合输出，使用或门。
1.7 Q_Channel的向后兼容
Q_Channel是从AXI的低功耗结构，演化过来。但是Q_Channel也可以兼容AXI的低功耗接口。
如下图，device使用AXI的低功耗接口，PMU使用Q_Channel。只需要按照如下的连接进行连接即可。
如下图，device使用Q_Channel，PMU使用AXI的低功耗接口，只需要按照如下的连接进行连接即可。
