鄒勁，林超，楊琦

(廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣州 511400)

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電源管理芯片AXP192在手持設(shè)備上的應(yīng)用

鄒勁，林超，楊琦

(廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣州 511400)

大多數(shù)移動(dòng)或手持產(chǎn)品使用低功耗、高度集成的微處理器平臺(tái)，需要多路供電電壓和電池管理功能，電源管理芯片滿足這些需求并具備其他特性。本文介紹了一種國(guó)產(chǎn)電源管理芯片AXP192應(yīng)用在以三星S5PV210移動(dòng)處理器為核心的工業(yè)平板上的方案，給出了AXP192與S5PV210的電源分配設(shè)計(jì)、上電時(shí)序以及AXP192控制接口原理設(shè)計(jì)和基于Linux操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電源的智能管理，達(dá)到降低功耗、延長(zhǎng)設(shè)備使用時(shí)間的目的。

電源管理；手持設(shè)備；PMIC；Linux；S5PV210；AXP192

引 言

AXP192 是KrossPower公司的一款高度集成的電源系統(tǒng)管理芯片(PMIC)，具有可定制、初始化多路輸出電壓、可編程設(shè)置各路輸出電壓、體積小、加工方便和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。配合S5PV210使用，可減少核心供電使用獨(dú)立電源數(shù)量，同時(shí)減小PCB使用面積，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)核心電壓，智能管理最小系統(tǒng)電源，最大程度降低設(shè)備使用功耗，從而達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。相比三星配套推薦的WM8310，在同樣滿足功能和性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，AXP192加工方便、價(jià)格便宜、供貨穩(wěn)定和周期短是其最大的優(yōu)勢(shì)。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 S5PV210電源設(shè)計(jì)與上電時(shí)序

S5PV210工作模式有正常、待機(jī)、休眠3種。根據(jù)這3種工作模式，分析各路電源需要的電流大小、上電時(shí)間先后、使用電壓的大小等，將S5PV210的電源分成幾組，合并可以一起供電的電源，在滿足3種工作模式的前提條件下，盡可能優(yōu)化電源的供給，減少獨(dú)立電源的使用。根據(jù)優(yōu)化后的電源設(shè)計(jì)，S5PV210最小系統(tǒng)只需要3路DC-DC和7路LDO便可以正常工作，AXP192能提供7路電源，因此只需要額外增加3路獨(dú)立的LDO。本設(shè)計(jì)方法相比AXP192為Cortex-A8內(nèi)核處理器推薦的設(shè)計(jì)減少了5路獨(dú)立電源，大大減少了獨(dú)立電源芯片的使用，這也是本設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)所在。

AXP192具有3路DC-DC以及4路LDO，各路特性如表1所列。

7路電源輸出除了LDO1是固定電壓輸出外，其他6路電源均可通過(guò)I2C總線控制接口打開(kāi)或者關(guān)閉其輸出，并可設(shè)置它們的電壓大小。

根據(jù)AXP192各路電源的驅(qū)動(dòng)能力和S5PV210電源對(duì)電流大小的要求，將DC-DC1和DC-DC3分別接到S5PV210的內(nèi)核電源VDD_INT_AP和VDD_ARM_AP，這兩個(gè)內(nèi)核電壓隨著ARM內(nèi)核、總線工作頻率做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)正常工作情況下最優(yōu)的功耗。DC-DC2給DDR2內(nèi)存和S5PV210的內(nèi)存總線接口電路供電，其他各路LDO給S5PV210的I/O電路供電。根據(jù)電源分配，額外增加的3路獨(dú)立LDO，其中LDO4供電VDD_ALIVE_AP，LDO5供電VDD_xPLL_AP，LDO6供電其他I/O電路。

表1 AXP192各路特性表

S5PV210有嚴(yán)格的上電時(shí)序要求，如圖1所示。為了保證每次上電都能正確運(yùn)行，各路電源的上電時(shí)序必須要滿足其需求。AXP192除LDO1外的6路電源的上電時(shí)序均可配置，每步延時(shí)間隙分別有1 ms、4 ms和16 ms三種選擇，上電步驟選擇方式A則有7個(gè)上電順序配置。

圖1 S5PV210上電時(shí)序要求

圖2 AXP192與S5PV210通信接口設(shè)計(jì)

根據(jù)S5PV210上電時(shí)序要求設(shè)定3步上電順序，每步上電延時(shí)間隙均為4 ms。具體上電時(shí)序分配為：第1步上電DC-DC2，并用DC-DC2作為L(zhǎng)DO4的輸入使其同時(shí)上電；第2步上電DC-DC1和DC-DC3，并用DC-DC1使能LDO5；第3步上電剩余的LDO。按此設(shè)計(jì)的供電方式簡(jiǎn)單有效，S5PV210每次都能正常開(kāi)機(jī)，并且運(yùn)行穩(wěn)定。

1.2 AXP192與S5PV210通信接口設(shè)計(jì)

AXP192通過(guò)I2C總線接口與S5PV210通信。工作時(shí)，I2C總線引腳上拉到系統(tǒng)I/O電源，S5PV210可以通過(guò)這個(gè)接口去打開(kāi)或關(guān)閉某些電源輸出，設(shè)置它們的電壓，訪問(wèn)內(nèi)部寄存器和多種測(cè)量數(shù)據(jù)等。其他系統(tǒng)管理如復(fù)位信號(hào)、休眠信號(hào)、中斷信號(hào)等接口如圖2所示。

2 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

應(yīng)用中采用Android2.3.7操作系統(tǒng)，其內(nèi)核是Linux2.6.35。在Linux系統(tǒng)中，I2C總線驅(qū)動(dòng)由3部分組成，即I2C總線核心、I2C總線驅(qū)動(dòng)和I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)，其中I2C核心、I2C總線驅(qū)動(dòng)Linux內(nèi)核已經(jīng)完善，因此，驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)主要集中在AXP192設(shè)備驅(qū)動(dòng)這一層，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)AXP192各種功能的操作控制，其中主要是對(duì)其寄存器的讀寫(xiě)操作。驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的功能有系統(tǒng)開(kāi)關(guān)機(jī)、各路電壓的動(dòng)態(tài)設(shè)置以及打開(kāi)與關(guān)閉等。

Linux內(nèi)核有兩種編寫(xiě)I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)方式：legacy方式和new style方式。應(yīng)用中使用new style方式，其中重要的I2C_driver結(jié)構(gòu)體為：

static struct i2c_driver axp192_pmic_driver = {

.probe = axp192_pmic_probe,

//當(dāng)有i2c_client和i2c_driver匹配時(shí)調(diào)用

.remove = __devexit_p(axp192_pmic_remove),

//注銷(xiāo)時(shí)調(diào)用

.driver = {

.name = "axp192", //設(shè)備名稱

},

.id_table = axp192_ids,//匹配規(guī)則

};

下面介紹驅(qū)動(dòng)中幾個(gè)函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。

(1) AXP192設(shè)備初始化函數(shù)

static int __devinit axp192_pmic_probe(struct i2c_client *client,const struct i2c_device_id *i2c_id){

struct regulator_dev **rdev;

struct axp192_platform_data *pdata = client->dev.platform_data;

struct axp192_data *axp192;

int i = 0, id, ret;

if (!pdata)

return -EINVAL;

axp192 = kzalloc(sizeof(struct axp192_data), GFP_KERNEL); //分配內(nèi)存空間

if (!axp192)

return -ENOMEM;

axp192->rdev = kzalloc(sizeof(struct regulator_dev *) * (pdata->num_regulators + 1), GFP_KERNEL);

if (!axp192->rdev) {

kfree(axp192);

return -ENOMEM;

}

if (!i2c_check_functionality(client->adapter, I2C_FUNC_I2C)) { //檢查I2C設(shè)備的功能

AXPDBG("i2c error");

return-ENODEV;

}

axp192->client = client; //將client賦值給全局變量

axp192->dev = &client->dev;

axp192->pdata = pdata;

i!2c_set_clientdata(client, axp192);

axp192_point = axp192;

mutex_init(&axp192->mutex); //互斥，防止線程卡死

return 0;

}

(2) I2C讀函數(shù)

static int axp192_i2c_read(struct i2c_client *client, u8 reg, u8 *dest){

struct i2c_msg msg[2];

uint8_t buf0[4];

uint8_t buf1[8];

int ret;

ret = i2c_smbus_read_byte_data(client, reg);

if (ret < 0){

printk(KERN_ERR "i2c_transfer failed:%d ",ret);

return -EIO;

}

*dest = ret & 0xff;

}

(3) I2C寫(xiě)函數(shù)

static int axp192_i2c_write(struct i2c_client *client, u8 reg, u8 value){

return i2c_smbus_write_byte_data(client, reg, value);

}

(4) AXP192寄存器讀操作函數(shù)

static u8 axp192_read_reg(struct axp192_data *axp192, u8 reg){

u8 val = 0;

mutex_lock(&axp192->mutex);

axp192_i2c_read(axp192->client, reg, &val);

mutex_unlock(&axp192->mutex);

return val;

}

(5) AXP192寄存器寫(xiě)操作函數(shù)

static int axp192_write_reg(struct axp192_data *axp192, u8 reg, u8 value){

mutex_lock(&axp192->mutex);

axp192_i2c_write(axp192->client, reg, value);

mutex_unlock(&axp192->mutex);

return 0;

}

具體的設(shè)備驅(qū)動(dòng)完成后，將AXP192設(shè)備驅(qū)動(dòng)的配置添加到相應(yīng)的kconfig文件中，在配置內(nèi)核選項(xiàng)時(shí)就可以把AXP192設(shè)備驅(qū)動(dòng)添加到內(nèi)核中，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)可自動(dòng)加載AXP192設(shè)備驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)成功后，可以編寫(xiě)相應(yīng)的上層應(yīng)用軟件對(duì)AXP192驅(qū)動(dòng)進(jìn)行管理應(yīng)用，如控制某個(gè)設(shè)備電源的開(kāi)關(guān)等。

結(jié) 語(yǔ)

AXP192完全可替代三星配套推薦的WM8310使S5PV210正常工作。相比WM8310，AXP192可輸出電源路數(shù)不多，需要額外增加3路LDO。但是，AXP192的QFN-48封裝比WM8310的0.4 mm間距焊球容易加工和維修，而且PCB設(shè)計(jì)走線要求比WM8310低。其他方面(如價(jià)格、供貨周期等)都有極大的優(yōu)勢(shì)。

[1] 李俊. 嵌入式Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序[M].北京:人民郵電出版社, 2008:206-230.

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[4] 朱南浩，李正祥.嵌入式Linux中I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的研究與實(shí)現(xiàn)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010,26(4): 67-69.

[5] Samsung Electronics. S5PV210_Hardware Design Guide_Rev1.0[EB/OL].(2010-02)[2014-05].http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/.

[6] X-powers. AXP19x EVM Guide [EB/OL].[2014-05]. http://www.x-powers.com/.

[7] X-powers. AXP192 Datasheet v1.13 [EB/OL].[ 2014-05]. http://www.x-powers.com/.

鄒勁(學(xué)士),主要從事手持設(shè)備硬件開(kāi)發(fā)。

Application of Power Management Chip AXP192 on Handheld Device

Zou Jin,Lin Chao,Yang Qi

(Product Research&Development Center,Hi-Target Survey Instruments Company Ltd.,Guangzhou 511400,Chian)

Because of making use of low-power and high-integrated microprocessor platform, most of mobile or handheld products require multiple supply voltages and battery management. Power management chip meets these needs and has other features.In this paper,domestic power management chip AXP192 is applied in the industrial tablet using Samsung S5PV210 mobile processor as the core.Through the designes of power distribution of AXP192 and S5PV210,power-on sequences,control interface of AXP192 and driver based on Linux, the intelligent management of power supply is realized so as to reduce power consumption and extend the use time of the equipments.

power management;handheld device;PMIC;Linux;S5PV210;AXP192

TP216

A

迪娜

2014-05-22)