摘要： 介紹一種智能電源管理芯片WM8310的應(yīng)用方案，其應(yīng)用在以三星S5PC100移動(dòng)處理器為的手持設(shè)備上。文中給出了WM8310與S5PC100電源分配設(shè)計(jì)方法、上電時(shí)序，以及WM8310控制接口原理設(shè)計(jì)和基于Windows CE 6.0操作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)。

　　引言

　　WM8310是Wolfson公司推出的電源管理集成電路（PMIC）產(chǎn)品，具有完全可編程化可定制化和優(yōu)良的性能。WM8310在7 mm×7 mm的小尺寸上集成了ADC、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、低壓差穩(wěn)壓器、降壓穩(wěn)壓器以及用于背光的升壓穩(wěn)壓器，提供了一個(gè)高集成度的PMIC解決方案。WM8310具有尺寸小、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被多家手機(jī)廠商以及手持設(shè)備商采用，廣泛用于移動(dòng)電話、導(dǎo)航設(shè)備以及媒體播放器等消費(fèi)電子產(chǎn)品。

　　S5PC100是三星公司發(fā)布的一款A(yù)RM CortexA8內(nèi)核的移動(dòng)處理器，主頻高達(dá)833 MHz.S5PC100處理器采用64位內(nèi)部總線構(gòu)架，內(nèi)含 32/32 KB數(shù)據(jù)/指令緩存、256 KB二級(jí)緩存。它的構(gòu)造基于三星的45 nm LP低功耗工藝技術(shù)S5PC100還包含強(qiáng)大的2D和3D硬件加速器。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 S5PC100電源分配與上電時(shí)序

　　WM8310具有4路DCDC穩(wěn)壓器以及13路LDO穩(wěn)壓器。其中，2路DCDC同步降壓穩(wěn)壓器輸出電流達(dá)1.2 A,并具有硬件DVS（動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)）功能；1路升壓DCDC穩(wěn)壓器輸出電壓達(dá)30 V,可驅(qū)動(dòng)多個(gè)串行白光LED.還包括6路標(biāo)準(zhǔn)LDO穩(wěn)壓器和4路低噪聲LDO穩(wěn)壓器，另有3路低功耗LDO用于內(nèi)部電路。

　　WM8310的DCDC1與DCDC2具有DVS（動(dòng)態(tài)電壓調(diào)試）功能，可以通過外部GPIO來切換輸出電壓，當(dāng)然每一路DCDC和LDO都可以通過I2C控制接口來調(diào)節(jié)輸出電壓。將DCDC1與DCDC2分別接到S5PC100的內(nèi)核電源（即VCC_ARM和VCC_INT），這兩個(gè)內(nèi)核電壓可以根據(jù)當(dāng)前處理器的運(yùn)行頻率自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小并減小系統(tǒng)的功耗。DCDC3給DDR內(nèi)存和S5PC100的內(nèi)存總線接口電路供電。DCDC4用于LCD屏的背光驅(qū)動(dòng)。其他各路LDO給S5PC100的I/O電路供電。

　　S5PC100的上電時(shí)序較為嚴(yán)格，如圖1所示。為了保證處理器每次上電能正確運(yùn)行，電源設(shè)計(jì)要滿足其上電時(shí)序要求。WM8310可以為每一路DCDC以及LDO分配時(shí)序，非常容易滿足S5PC100的上電時(shí)序要求。

圖1 S5PC100上電時(shí)序

　　圖1中的時(shí)間大小如表1所列。

　　它描述了WM8310的各路輸出與S5PC100電源的連接以及每一路電源的上電時(shí)序。

表1 S5PC100的時(shí)間大小

　　1.2 外部EEPROM設(shè)計(jì)

　　WM8310上電的時(shí)候需要讀取外部EEPROM的數(shù)據(jù)來設(shè)定每一路DCDC和LDO的初始輸出電壓以及上電時(shí)序，外部EEPROM芯片通過I2C接口與WM8310連接，上電后WM8310自動(dòng)讀出EEPROM頁的32字節(jié)數(shù)據(jù)，WM8310的寄存器長(zhǎng)度是16位的，所以外部EEPROM芯片要選2字節(jié)寬度的。WM8310與外部EEPROM的連接電路如圖2所示。

圖2 WM8310與外部EEPROM的連接電路

　　這32字節(jié)初始化數(shù)據(jù)除了保存在外部EEPROM中，也可以保存在WM8310內(nèi)部的OTP存儲(chǔ)器中，在WM8310芯片出廠的時(shí)候就把數(shù)據(jù)寫進(jìn)內(nèi)部的OTP存儲(chǔ)器，以后就不能改變了。WM8310上電的時(shí)候檢測(cè)SCLK2引腳，如果發(fā)現(xiàn)是高電平，則讀取EEPROM的數(shù)據(jù)作為初始化數(shù)據(jù)。如果已將數(shù)據(jù)燒寫到WM8310的OTP存儲(chǔ)器中，則將SCLK2與SDA2引腳懸空。

　　本方案中WM8310的32字節(jié)初始化數(shù)據(jù)為：

　　0x7FFE,0x43BE,0x433E,0x602A,0x267F,0x6666,0x7F7F,0x7A7D,0x7D78,0x0000,0xA40C,0xA400,0xA400,0xA401,0xA406,0xA40A.

　　1.3 WM8310與S5PC100的控制接口

　　WM8310具有兩種控制接口，一種是I2C接口，另一種是SPI接口?？梢赃x擇一個(gè)接口與CPU進(jìn)行通信控制。WM8310的IREFR引腳是控制接口模式選擇端，若IREFR引腳接低電平則選擇I2C接口，反之則選擇SPI接口。本方案中選擇把WM8310的I2C接口與S5PC100的I2C0接口通信，WM8310控制接口如圖3所示。

圖3 WM8310控制接口2驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　2.驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　2.1 流驅(qū)動(dòng)接口

　　本方案中采用Windows CE 6.0操作系統(tǒng)，Windows CE 6.0操作系統(tǒng)的進(jìn)程數(shù)由Windows CE 5.0的32個(gè)擴(kuò)展到32 000個(gè)，每個(gè)進(jìn)程的地址空間從32 MB擴(kuò)展到2 GB,并且將代碼的運(yùn)行權(quán)限分成用戶模式和內(nèi)核模式。驅(qū)動(dòng)程序置于內(nèi)核模式，而應(yīng)用程序置于用戶模式有助于整個(gè)環(huán)境更可靠、更安全地運(yùn)行。

　　Windows CE 6.0的驅(qū)動(dòng)模式分為本地驅(qū)動(dòng)和流式驅(qū)動(dòng)，流式驅(qū)動(dòng)為操作系統(tǒng)提供了標(biāo)準(zhǔn)流接口函數(shù)，如XXX_Init（）、XXX_Open（）、XXX_Read（）、XXX_Write（）、XXX_Close（）、XXX_IOControl（）等。比如串口驅(qū)動(dòng)、SPI接口驅(qū)動(dòng)、I2C接口驅(qū)動(dòng)等就是采用流式驅(qū)動(dòng)。而本地驅(qū)動(dòng)提供給操作系統(tǒng)的不是標(biāo)準(zhǔn)的接口，不同的設(shè)備接口也不一樣。常見的本地驅(qū)動(dòng)有顯示驅(qū)動(dòng)、觸摸屏驅(qū)動(dòng)等。不管是本地驅(qū)動(dòng)，還是流式驅(qū)動(dòng)，所有驅(qū)動(dòng)都是以DLL（動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)）文件形式存在。

　　本方案中PMIC（WM8310）的驅(qū)動(dòng)采用流式驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的功能有系統(tǒng)開關(guān)機(jī)功能設(shè)置、DCDC與LDO動(dòng)態(tài)電壓設(shè)置、背光亮度設(shè)置以及各路DCDC與LDO的打開與關(guān)閉等。具體的實(shí)現(xiàn)過程則是通過調(diào)用I2C驅(qū)動(dòng)讀寫WM8310的寄存器。所有的功能通過PMU_IOControl（）函數(shù)提供給操作系統(tǒng)，PMU_IOControl（）函數(shù)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的流式驅(qū)動(dòng)函數(shù)。PMU_IOControl（）函數(shù)的源代碼如下：

　　BOOL PMU_IOControl（DWORD pContext, DWORD dwCode, PBYTE pBufIn, DWORD dwLenIn, PBYTE pBufOut, DWORD dwLenOut, PDWORD pdwActualOut）{

　　BOOL RetVal=TRUE;

　　DWORD dwIndex;

　　if （NULL==pBufIn） {//檢查參數(shù)是否合法

　　SetLastError （ERROR_INVALID_PARAMETER）；

　　RetVal=FALSE;

　　DEBUGMSG （ZONE_ERROR, （TEXT（"Invalid parameter\\r\\n"）））；

　　return（RetVal）；

　　}

　　switch（dwCode）{

　　case IOCTL_PMU_REGULATOR_ON://打開DC DC/LDO

　　if（（PMIC_Regulator_On（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_REGULATOR_OFF://關(guān)閉

　　DC DC/LDO

　　if（（PMIC_Regulator_Off（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_SET_REGULATOR_VOLTAGE://設(shè)置DC DC/LDO輸出電壓

　　if（（PMIC_Set_Regulator_Voltage（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_SET_BACKLIGHT_LEVEL://設(shè)置背光亮度等級(jí)

　　if（（PMIC_Set_Backlight_Level（（PMU_IO_DESC *）pBufIn））==FALSE）{

　　SetLastError（ERROR_TIMEOUT）；

　　RetVal=FALSE;

　　}

　　break;

　　case IOCTL_PMU_TURN_OFF://關(guān)閉設(shè)備電源

　　PMIC_Turn_Off（）；

　　break;

　　case IOCTL_PMU_IS_BACKLIGHT_ON://查詢背光是否打開

　　*pBufOut=PMIC_Is_Backlight_On（）；

　　break;

　　}

　　return（RetVal）；

　　}

　　2.2 PMIC（WM8310）初始化

　　PMIC（WM8310）初始化主要完成開機(jī)鍵的時(shí)間設(shè)置，打開背光設(shè)置默認(rèn)亮度，設(shè)置HWC功能實(shí)現(xiàn)CPU休眠喚醒電源控制。PMIC（WM8310）初始化函數(shù)為PMIC_Init（），源代碼如下：

　　DWORD PMIC_Init（HANDLE hIIC）{

　　DWORD r, dwErr=0;

　　PMU_IO_DESC pmic_data;

　　hI2C=hIIC;//I2C驅(qū)動(dòng)句柄

　　wm831x_reg_unlock（）；

　　wm831x_set_bits（WM831X_ON_PIN_CONTROL, 0x03ff, 0x0212）； //設(shè)置關(guān)機(jī)時(shí)間為4s

　　wm831x_reg_lock（）；

　　wm831x_isink_enable（WM831X_CS1_BASE）；//打開背光電流控制

　　dwErr=wm831x_isink_set_current（WM831X_CS1_BASE, 6889）；//設(shè)置默認(rèn)背光亮度

　　pmic_data.RegulatorIndex=VCC_BL;

　　pmic_data.pData=0;

　　pmic_data.Count=0;

　　if（！PMIC_Regulator_On（&pmic_data））dwErr=1;//打開背光設(shè)置HWC功能實(shí)現(xiàn)CPU休眠喚醒電源控制

　　wm831x_buckv_enable_hwc（WM831X_DC1_BASE,WM831X_DCDC_HWC_MODE_DISABLED,WM831X_DCDC_HWC_SRC_HC1）；

　　wm831x_gpio_direction_in（0）；//設(shè)置WM8310GPIO1 為輸入

　　wm831x_gpio_configuration（0, WM831X_GPN_POL_MASK, 0）；//設(shè)置WM8310GPIO1 為低電平有效

　　wm831x_gpio_set_function（0, 0x0c）；//設(shè)置WM8310GPIO1為HW Control1 input功能

　　return dwErr;

　　}

　　2.3 PMIC（WM8310）驅(qū)動(dòng)調(diào)用示例

　　PMIC（WM8310）的驅(qū)動(dòng)采用流式驅(qū)動(dòng)，對(duì)其操作的方法就像操作文件的方法一樣非常方便。所有功能都通過調(diào)用DeviceIoControl（）來實(shí)現(xiàn)。在此之前要先打開設(shè)備，代碼如下：

　　static HANDLE hPMIC;//PMIC設(shè)備句柄

　　hPMIC=CreateFile（PMIC_DRIVER_PORT,GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,NULL,OPEN_EXISTING, 0, 0）；

　　if （ INVALID_HANDLE_VALUE==hPMIC ） {

　　dwErr=GetLastError（）；

　　return FALSE;

　　}

　　然后將CreateFile（）返回的設(shè)備句柄傳遞給DeviceIoControl（）來實(shí)現(xiàn)功能，例如實(shí)現(xiàn)調(diào)整背光亮度等級(jí)的代碼如下：

　　DWORD dwErr, bytes, dat;

　　PMU_IO_DESC pmic_data;

　　dat=BACKLIGHT_VALUE10;//背光等級(jí)10

　　pmic_data.RegulatorIndex=VCC_BL;

　　pmic_data.pData=&dat;

　　pmic_data.Count=1;

　　if （ !DeviceIoControl（hPMIC,IOCTL_PMU_SET_BACKLIGHT_LEVEL, &pmic_data, sizeof（PMU_IO_DESC）， NULL, 0, &bytes, NULL） ） {

　　dwErr=GetLastError（）；

　　return FALSE;

　　}

　　else{

　　return TRUE;//調(diào)整成功

　　}

　　結(jié)語

　　本方案利用WM8310的可編程及高性能的特點(diǎn)，將其用于手持設(shè)備的CPU供電，結(jié)合Windows CE 6.0操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)、背光光控制以及休眠喚醒等功能，極大地降低了系統(tǒng)的功耗，延長(zhǎng)了手持設(shè)備的工作時(shí)間，在相同的工作時(shí)間要求下減小了電池尺寸的要求。并且WM8310的高度集成、芯片面積小等特點(diǎn)大大地減小了手持設(shè)備PCB板尺寸，使手持設(shè)備能做到更小化、更輕便。本方案已經(jīng)成功應(yīng)用于中海達(dá)測(cè)繪儀器有限公司的手持設(shè)備中，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用工作穩(wěn)定、可靠。該方案所帶來的優(yōu)點(diǎn)使產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力有很大提高。