浅谈电源管理芯片PMIC 与uboot的关系

在移植新版u-boot的时候，上网搜电源管理芯片的使用方法资料，发现几乎没有，就算是datasheet也很难下载得到，不知是何原因？我只能理解成这部分知识比较简单，没人愿意写吧。但记录一下原理和使用方法做为备忘，总归没有什么坏处。另外仍然需要提前声明的是，这里只提供官方手册推荐的配置方法，自由玩法不保证可行及稳定性。一、概览LDO和BUCK的概念：请参考《嵌入式电路中的BUCK VS LDO》。S5M8767A有9路BUCK和28路LDO，暂且可以当成共有37路供电电路。这37路供电电路最低可以使用6.25mV的步进电压，多达60多个电压档位可以做到对输出电压的精确控制。另外S5M8767A还有一个硬件RTC，可以在有外部电池供电的情况下保存时钟信息。二、PMIC与uboot的关系uboot按模块初始化硬件，有其自己的代码顺序，这就要求PMIC在特定的时间点给特定的硬件提前提供电源，以供uboot进行初始化配置。否则uboot的执行必然失败，例如PMIC需要在eMMC初始化前对其两路电源进行供电。另外PMIC的初始化时间在uboot里有其默认的时间点，但是这个时间点还是与核心板与底板的实际电路密切相关的，需要根据实际需要提前或延后。2.0 PMIC中BUCK与LDO的分类PMIC中的BUCK和LDO都大概可以分成两种：一种是PMIC上电即可直接输出电压的BUCK和LDO。另一种是PMIC上电不输出电压，需要使用i2c对PMIC配置后才可输出电压的BUCK和LDO。2.1 PMIC与DDR的关系对于4412来讲，DDR的初始化是在BL2中进行的，这时如果使用汇编初始化硬件i2c来对PMIC进行配置个人感觉没有什么意义，所以DDR的电源需要连接到PMIC的默认ON的BUCK上，即PMIC上电即可直接输出电压的BUCK，不需代码配置。S5M8767A推荐使用BUCK5做为DDR的电源，但是，BUCK5这里的默认输出是1.2V，DDR需要的是标准1.5V，问题出在哪里？三星早就替我们考虑好了这个问题，为了适配不同类型的DDR，BUCK5可以通过K9 K10两个引脚的电平搭配，输出四种默认电压：在这里，迅为的开发板是这样设置的：这样一来，B5S1:B5S2 = 1:0 即BUCK5输出1.5V电压，正好与DDR的需求相吻合。2.2 PMIC与4412主芯片的关系给ARM核芯提供电压的是PMIC的BUCK2，BUCK2也是默认ON的，默认输出1.1V。经过查阅4412 spec后，需要注意的是，在1.1V电压下，给ARM核心提供时钟的APLL最大只能输出1000MHz，即刚上电时如果不设置PMIC，ARM核心只能工作在1000MHz，无法使用最高频率1.4GHz。三、PMIC的设置方法3.1 通信协议S5M8767A使用I2C协议与4412进行通信，从机地址分为两部分，PM（Power Manager）和RTC，也就是说PM和RTC的寄存器地址是分开的，可以看作两个单独芯片。3.2 举例以BUCK1举例说明寄存器设置方法，其它BUCK和LDO基本类似，需要时认真阅读手册即可：BUCK1有两个8位控制寄存器，CTRL1的低6位可以按照默认值设置即可，高两位需要解释一下，00和1x的意思就不需解释了，01的意思是 BUCK1的开关由PWREN外部引脚控制，而这个PWREN引脚一般与4412的XPWRRGTON引脚连接在一起，这个XPWRRGTON是由CPU自动控制的，CPU处于休眠状态此脚为低，工作状态此脚为高，就是说CPU一旦退出休眠状态，PMIC就会给所有受PWREN控制的BUCK & LDO上电。CTRL2就是控制BUCK2输出电压的，6.25mV的步进值，需要多少电压自行计算然后写入即可。四、引用高手的PMIC技术贴原载于：《什么是PMU》什么是PMU（PMIC）PMU（power management unit）就是电源管理单元，一种高集成的、针对便携式应用的电源管理方案，即将传统分立的若干类电源管理芯片，如低压差线性稳压器（LDO）、直流直流转换器（DC/DC），但现在它们都被集成到手机的电源管理单元（PMU）中，这样可实现更高的电源转换效率和更低功耗，及更少的组件数以适应缩小的板级空间，成本更低。PMU作为消费电子（手机、MP4、GPS、PDA等）特定主芯片配套的电源管理集成单元，能提供主芯片所需要的、所有的、多档次而各不相同电压的电源，同电压的能源供给不同的手机工作单元，像处理器、射频器件、相机模块等，使这些单元能够正常工作。按主芯片需要而集成了电源管理，充电控制，开关机控制电路。包括自适应的USB-Compatible的PWM充电器，多路直流直流转换器（BuckDC-DCconverter），多路线性稳压器（LDO），Charge Pump，RTC电路，马达驱动电路，LCD背光灯驱动电路，键盘背光灯驱动电路，键盘控制器，电压/电流/温度等多路12-BitADC，以及多路可配置的GPIO。此外还整合了过/欠压（OVP/UVP）、过温（OTP）、过流（OCP）等保护电路。高级的PMU可以在USB以及外部交流适配器、锂电池和应用系统负载之间安全透明的分配电能。动态电源路径管理 （DPPM） 在系统和电池充电之间共享交流适配器电流，并在系统负载上升时自动减少充电电流。调整充电电流和系统电流分配关系，最大程度保证系统的正常工作，当通过 USB 端口充电时，如果输入电压降至防止 USB 端口崩溃的阈值以下，则基于输入电压的动态电源管理 （IDPM） 便减少输入电流。当适配器无法提供峰值系统电流时，电源路径架构还允许电池补偿这类系统电流要求。LDO是利用较低的工作压差，通过负反馈调整输出电压使之保持不变的稳压器件。压差小的话用LDO，带可关断功能便于电源管理。压差大的还是用DC-DC效率高。按照系统需要能提供多种电压的电源，这些电压是电压调整所需的，另外这些电源还可以与功能同步开、关这些供电电压，以支持电压域切换。PMU一般是和主芯片绑定定制的。因为它要配合CPU的上电时序。某些电压的上电顺序和之间的时间间隔有先后关系和时间要求。这个是掩模好的。PMU其实是带有掩模程序的专用电源控制器。要32.768KHZ的晶体和19.2M的晶体。待机状态是32.768KHZ的晶体工作，正常工作是19.2M的主晶体工作。靠上电池后PMIC进入待机状态，PMU由32.768KHZ的晶体提供时钟，按POWER按键触发开机后，按照定制的开机顺序将对应的LDO，DC-DC打开，19.2M的主时钟工作，CPU电源正常后，输出设置给CPU，输出复位信号给CPU，释放复位信号，CPU开始启动。CPU输出PS_HOLD信号将PMIC的状态处于工作状态。（关机的时候CPU将PS_HOLD拉低电，PMIC关闭进入关机状态）CPU工作正常后，可以通过I2C接口对PMIC的各个模块进行控制。比如系统变频的时候，不同的工作频率要调整core电压到对应的电压。RTC时间的设置和ALARM的时钟。同时PMIC可以将异常事件产生中断信号给CPU，CPU再进行中断处理。PMIC的电源越多，对系统的模块供电就越细，各个模块的电源受牵连就小，所以就越省电。参考资料：［1］ SEC_S5M8767A01-6070_Data Sheet_Ver.0.10.00_Preliminary.pdf［2］ DS_K4B2G1646Q-BC_Rev103.pdf［3］ SEC_Exynos 4412 SCP.pdf