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CN114564099B - 一种降低usb传输功耗的方法及电子装置 - Google Patents

一种降低usb传输功耗的方法及电子装置 Download PDF

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CN114564099B CN202210067975.0A CN202210067975A CN114564099B CN 114564099 B CN114564099 B CN 114564099B CN 202210067975 A CN202210067975 A CN 202210067975A CN 114564099 B CN114564099 B CN 114564099B
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Abstract

本发明公开了一种降低USB传输功耗的方法及电子装置，涉及电子数字数据处理技术领域，所述方法根据收到的控制信号、总线状态信号及当前连接状态，判断所述USB即将进入或退出高速模式；若即将进入所述高速模式，则打开所述USB的PLL，将时钟源切换到PLL；若即将退出所述高速模式，则将所述USB的时钟源切换到外部提供的时钟，关闭PLL。所述电子装置实施该方法。本发明可以在某些特定场景下节省一个PLL的功耗。

Description

一种降低USB传输功耗的方法及电子装置
技术领域
本发明涉及电子数字数据处理技术领域，具体涉及一种降低USB传输功耗的方法及电子装置。
背景技术
伴随着USB(Universal Serial Bus；以下称为USB)设备通信方式广泛应用于便携式移动设备上，USB通信的功耗会影响便携式设备的使用时间、温度及使用体验。本发明涉及的USB电子装置通常称为USB PHY。
USB控制器与USB PHY之间通常使用UTMI(USB2.0 Transceiver MacrocellInterface)/ULPI(UTMI+Low Pin Interface)协议进行状态控制及数据传输，USB PHY通常内置PLL(Phase locked loop锁相环)用于高速模式480M数据的时钟恢复及数据锁定以及提供60M时钟，PLL在非suspend(休眠)状态处于一直打开的状态，在全速模式及低速模式时只需要60M时钟即可满足数据发送及数据恢复的要求。
当电子设备进入待机模式时，系统的运行现场被保存至存储单元，DRAM和CPU等大量功能单元的处于随时唤醒状态，电子设备的唤醒速度很快，但是待机功耗较大。USB有高速模式和非高速模式两种数据传输速率。现有技术是利用内部PLL生成480M时钟，高速模式和非高速模式都使用PLL时钟，非高速模式时使用了超过其正常工作所需求的时钟资源，导致功耗较大。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种降低USB传输功耗的方法及电子装置,通过关闭PLL而使用外部提供的60M时钟来实现USB PHY的正常功能，从而在某些特定场景下节省一个PLL的功耗。
为实现上述目的，本发明可以采取以下技术方案进行：
一种降低USB传输功耗的方法，其包括：
根据收到的控制信号、总线状态信号及当前连接状态，判断所述USB即将进入或退出高速模式；
若即将进入所述高速模式，则打开所述USB的PLL，将时钟源切换到PLL；
若即将退出所述高速模式，则将所述USB的时钟源切换到外部提供的时钟，关闭PLL。
如上所述的降低USB传输功耗的方法，进一步地，根据所述USB的端口上的信号电平，获得当前的总线状态信号。
如上所述的降低USB传输功耗的方法，进一步地，当前连接状态包括复位握手、高速空闲、全速空闲、高速休眠、全速休眠状态。
一种降低USB传输功耗的电子装置，其包括：
第一收发器；
第二收发器，其传输数据速度低于所述第一收发器，且所述第一收发器和所述第二收发器通过数据线DP及数据线DM与另一电子设备进行通信；
时钟单元，其具有第一时钟电路和第二时钟电路，并分别连接至所述第一收发器和所述第二收发器；以及，
控制器，其分别连接至所述第一收发器、所述第二收发器和所述时钟单元，其中，
所述控制器通过所述的USB的所述第一收发器或/和所述第二收发器接收到的控制信号、总线状态信号及当前连接状态，判断所述USB后续的操作模式为高速模式或者非高速模式。
如上所述的降低USB传输功耗的电子装置，进一步地，所述时钟单元根据所述控制器发出的指令，在所述第一时钟电路和所述第二时钟电路之间切换。
如上所述的降低USB传输功耗的电子装置，进一步地，当所述控制器判断所述USB为非高速模式，或者即将进入非高速模式时，将所述USB的时钟源从所述第一时钟电路变更为所述第二时钟电路。
如上所述的降低USB传输功耗的电子装置，进一步地，当所述控制器判断所述USB为为高速模式，或者即将进入高速模式时，将所述USB的时钟源从所述第二时钟电路变更为所述第一时钟电路。
如上所述的降低USB传输功耗的电子装置，进一步地，所述第一收发器或/和所述第二收发器根据所述USB的端口上的信号电平，获得当前的总线状态信号。
如上所述的降低USB传输功耗的电子装置，进一步地，所述当前连接状态状态机包括包括复位握手、高速空闲、全速空闲、高速休眠、全速休眠状态。
如上所述的降低USB传输功耗的电子装置，进一步地，所述第一收发器为支持480Mbps速率的USB2.0规格；所述第二收发器为支持12Mbps速率的USB1.1规格或/和1.5Mbps速率的USB1.0规格。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提供一种降低USB传输功耗的方法及电子装置,通过关闭PLL而使用外部提供的60M时钟来实现USB PHY的正常功能，从而在某些特定场景下节省一个PLL的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是表示根据本发明的包括USB PHY102以及USB主机101的系统的视图。
图2是USB系统时钟单元的系统的视图。
图3是USB进行高速握手操作的流程示意图。
图4是USB进行休眠操作的流程示意图。
图5是USB进行高速remote_wakeup(远程唤醒)操作的流程示意图。
图6是USB进行高速resume(唤醒)操作的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1至图6，本发明提供一种降低USB传输功耗的方法及电子装置,通过关闭PLL而使用外部提供的60M时钟来实现USB PHY的正常功能，从而在某些特定场景下节省一个PLL的功耗。
需要说明的是，在最新版本的USB2.0接口标准中，USB1.1是12Mbps，新的USB2.0标准将USB接口速度划分为三类，分别是传输速率在25Mbps-400Mbps(最大480Mbps)的High-speed接口(简称HS)；传输速率在500Kbps-10Mbps(最大12Mbps)的Full-speed接口(简称FS)；传输速率在10kbps-400100kbps(最大1.5Mbps)的Low-speed接口(简称LS)。
需要说明的是，DM是USB的数据线D-(通常为白色线)，DP是USB的数据线D+(通常为绿色线)。
需要说明的是，USB全速外设(FS)和低速外设(LS)是通过在D+或D-数据线上上拉1.5K的电阻予以区别，D+上拉为全速外设，D-上拉为低速外设。高速外设的识别则需要通过主机与高速外设握手才能识别。
需要说明的是，本发明的USB PHY是一种与USB控制器连接的设备，其具有最高480Mbps以上的速度，并且是一种遵从USB2.0标准规格的高速的USB设备。此外，根据本发明的USB PHY为模块或者装置形式，所述模块或者装备形式的USB PHY可装载于便携式终端设备内。
需要说明的是，本发明的第一收发器和第二收发器在以下实施例中又分别对应称为高速收发器和非高速收发器。
参照图1，USB主机101通过集成电路内部的连接线或者数据电缆将USB主机101和第一USB PHY 102进行连接，发送和接收数据。USB从机104通过集成电路内部的连接线或者数据电缆将USB从机104和第二USB PHY 103进行连接，其中，第一USB PHY 102和第二USBPHY 103通过数据线DM和数据线DP进行通信。
本实施例的时钟单元时钟切换的方法如图2所示。PLL在PHY复位时处于关闭状态，复位释放后默认处于关闭状态，直到满足特定条件才会打开。当后续会进入高速模式时，打开PLL,等PLL稳定后将相关时钟源切换到PLL生成的时钟。当后续会退出高速模式时，将相关时钟源切换到外部时钟，并关闭PLL。判断后续是否需要开关PLL的逻辑电路可以放在PHY内部实现，也可以放在控制器内部实现。使用PLL及其分频时钟的电路为第一时钟电路，使用外部时钟的电路为第二时钟电路。可以理解的是，本实施例的唤醒信号只有一种，即符合USB标准协议的唤醒信号，控制器根据进入休眠前的连接状态判断后续正常工作模式的数据速率，根据数据速率决定时钟源选择外部低频时钟还是PLL高频时钟。结合图1，进一步地，在接收到休眠信号后，直接关闭PLL时钟，接收到唤醒信号后，根据唤醒信号及之前连接状态来判断后续连接状态，并根据后续连接状态来切换正常工作模式的时钟源。上述实施例中，进一步地，控制器根据预判外设连接状态并在休眠结束时切换时钟源，根据数据传输速率选择功耗最小的可用时钟源，节省的是正常工作(非休眠)期间的功耗。
表1 USB进行高速握手操作的时序参数表格
参见图3和表1，图3为USB进行高速握手的流程示意图。如果复位握手的最终仲裁结果是全速或者低速，则PLL无需启动，因此本实施方式不涉及其他的复位握手流程，只用分析高速模式握手流程即可。T0时刻当主机状态机处于未连接状态时看到有设备存在，此时设备DP通过1.5K电阻上拉到3.3V，DM下拉到地，主机状态机就会进入复位状态，将xcvrsel信号置0，将termsel信号置0，将45Ω端接电阻打开，总线会变为SE0。如果设备支持高速模式，则会在T1时刻进入高速模式开始发送Chirp K(一种USB标准协议中定义的端口信号)，从机发送的Chirp K长度至少要维持1ms，主机检测到设备发送的Chirp K结束后开始发送KJ序列。对于从机而言，从机看到主机发送了6个KJ序列后认为主机支持高速模式，然后会进入高速模式，此时从机可以将PLL打开，等PLL稳定后将时钟源切换到PLL时钟。按照USB协议章节7.1.7.5，设备只要在T4时刻后TWTHS内完成切换到高速模式就可以，TWTHS最大值为500us，设计中PLL从打开到稳定只需要50us，可以满足协议的时序要求。对于主机而言，按照USB协议章节7.1.7.5，T6到T7的间隔不小于100us，不大于500us，如果主机在T6时刻打开PLL，50us之后PLL稳定后即可将时钟源切换到PLL时钟，可以满足USB协议的时序要求。
表2 USB进Suspend操作的时序参数表格
参见图4和表2，图4为USB进入休眠状态示意图。从高速模式进入休眠必然是主机发起的操作，T0时刻软件设置主机进入休眠状态，主机停止发送数据(包括SOF)，此后总线处于SE0(一种USB标准协议中定义的端口电平状态)状态。对于从机而言，从机看到了3ms的SE0后会去判断此时的SE0是复位流程还是休眠流程：假如此时是复位流程，则后续流程参见图3高速握手。假如此时是休眠流程，则控制器会在T3时间点和T5时间点之前将PHY设置为休眠状态，关闭PLL，并将时钟源切换到外部时钟。对于主机而言，USB协议没有规定进入休眠状态的时间点，也没有规定主机必须要进入低功耗状态，由设计者自行决定处理方式。本发明设计方案中主机在发送休眠操作后4ms时进入休眠，关闭PLL并将时钟源切换到外部时钟。
表3 USB进行高速remote_wakeup操作的时序参数表格
参见图5和表3，图5为USB进行高速远程唤醒操作的流程示意图。当设备进入休眠足够长的时间，也就是图4中T4时间点之后，软件可以启动远程唤醒操作，T0时刻控制器通知PHY退出休眠状态，即便进入休眠前设备处于高速状态此时也不需要启动PLL，此时xcvrsel信号为1，将termsel信号为1，PHY处于全速模式，等utmi_clk稳定后控制器将txvalid信号置高，T1时刻PHY开始发送全速K信号，从机的K信号维持时间不小于TDRSMDN且不大于TDRSMUP。由于此时主机端只有15K下拉电阻到地，设备发送的信号强度更大，总线上为K状态，主机看到总线上持续的K信号后在T2时刻识别到了从机发送的唤醒信号，退出休眠状态，并开始发送全速K信号，并持续到T5时间点，持续时间不少于20ms(TDRSMDN)。从图4可以得知，如果从机PHY在发送T1时刻后15ms时启动PLL，50us内即可完成启动PLL操作，有足够的时间在T5时间点前完成时钟切换。主机在看到从机的唤醒信号后15ms时启动PLL，(理论上这个时机在T1时间点后16ms内)，50us内即可完成PLL启动操作，在T6时间点前完成时钟切换。
表4 USB进行高速resume操作的时序参数表格
参见图6和表4，图6为USB进行高速唤醒操作的流程示意图。T0时刻软件启动唤醒操作,控制器通知PHY退出休眠状态，即便进入休眠前设备处于高速状态此时也不需要启动PLL，此时xcvrsel信号为1，将termsel信号为1，PHY处于全速模式，等utmi_clk稳定后控制器将txvalid信号置高，T1时刻PHY开始发送全速K信号，它发出的唤醒信号必须持续至少20ms(TDRSMDN)，从机看到总线上持续的K信号后在T2时刻识别到了从机发送的唤醒信号，退出休眠状态。从图4可以得知，如果从机PHY在发送T2时刻后15ms时启动PLL，50us内即可完成启动PLL操作，有足够的时间在T5时间点前完成时钟切换。主机在T时刻后15ms时启动PLL，50us内即可完成PLL启动操作，在T6时间点前完成时钟切换。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种降低USB传输功耗的方法，其特征在于，包括：
根据收到的控制信号、总线状态信号及当前连接状态，判断所述USB即将进入或退出高速模式，
若即将进入所述高速模式，则打开所述USB的PLL，将时钟源切换到PLL；
若即将退出所述高速模式，则将所述USB的时钟源切换到外部提供的时钟，关闭PLL；
其中，控制器根据进入休眠前的连接状态判断后续正常工作模式的数据速率，根据数据速率决定时钟源选择外部低频时钟还是PLL高频时钟；在接收到休眠信号后，直接关闭PLL时钟，接收到唤醒信号后，根据唤醒信号及之前连接状态来判断后续连接状态，并根据后续连接状态来切换正常工作模式的时钟源；控制器根据预判外设连接状态并在休眠结束时切换时钟源，根据数据传输速率选择功耗最小的可用时钟源。
2.根据权利要求1所述的降低USB传输功耗的方法，其特征在于，根据所述USB的端口上的信号电平，获得当前的总线状态信号。
3.根据权利要求1所述的降低USB传输功耗的方法，其特征在于，当前连接状态包括复位握手、高速空闲、全速空闲、高速休眠、全速休眠状态。
4.一种降低USB传输功耗的电子装置，其特征在于，包括：
第一收发器；
第二收发器，其传输数据速度低于所述第一收发器，且所述第一收发器和所述第二收发器通过数据线DP及数据线DM与另一电子设备进行通信；
时钟单元，其具有第一时钟电路和第二时钟电路，并分别连接至所述第一收发器和所述第二收发器；以及，
控制器，其分别连接至所述第一收发器、所述第二收发器和所述时钟单元，其中，
所述控制器通过所述的USB的所述第一收发器或/和所述第二收发器接收到的控制信号、总线状态信号及当前连接状态，判断所述USB后续的操作模式为高速模式或者非高速模式；
其中，控制器根据进入休眠前的连接状态判断后续正常工作模式的数据速率，根据数据速率决定时钟源选择外部低频时钟还是PLL高频时钟；在接收到休眠信号后，直接关闭PLL时钟，接收到唤醒信号后，根据唤醒信号及之前连接状态来判断后续连接状态，并根据后续连接状态来切换正常工作模式的时钟源；控制器根据预判外设连接状态并在休眠结束时切换时钟源，根据数据传输速率选择功耗最小的可用时钟源。
5.根据权利要求4所述的降低USB传输功耗的电子装置，其特征在于，所述时钟单元根据所述控制器发出的指令，在所述第一时钟电路和所述第二时钟电路之间切换。
6.根据权利要求5所述的降低USB传输功耗的电子装置，其特征在于，当所述控制器判断所述USB为非高速模式，或者即将进入非高速模式时，将所述USB的时钟源从所述第一时钟电路变更为所述第二时钟电路。
7.根据权利要求5所述的降低USB传输功耗的电子装置，其特征在于，当所述控制器判断所述USB为高速模式，或者即将进入高速模式时，将所述USB的时钟源从所述第二时钟电路变更为所述第一时钟电路。
8.根据权利要求4所述的降低USB传输功耗的电子装置，其特征在于，所述第一收发器或/和所述第二收发器根据所述USB的端口上的信号电平，获得当前的总线状态信号。
9.根据权利要求4所述的降低USB传输功耗的电子装置，其特征在于，所述当前连接状态状态机包括复位握手、高速空闲、全速空闲、高速休眠、全速休眠状态。
10.根据权利要求4所述的降低USB传输功耗的电子装置，其特征在于，所述第一收发器为支持480Mbps速率的USB2.0规格；所述第二收发器为支持12Mbps速率的USB1.1规格或/和1.5Mbps速率的USB1.0规格。
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