電源管理芯片WM8310在手持設(shè)備上的應(yīng)用

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移動處理器為核心的手持設(shè)備上。文中給出了WM8310與S5PC1 00電源分配設(shè)計方法、上電時序，以及WM8310控制接口原理設(shè)計和基于Windows CE6．0操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序設(shè)計。
關(guān)鍵詞：電源管理；手持設(shè)備；PMIC；Windows CE 6．0；S5PC100；WM8310

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、實時時鐘、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，提供了一個高集成度的PMIC解決方案。WM8310具有尺寸小、功能強等優(yōu)點，被多家手機廠商以及手持設(shè)備商采用，廣泛用于移動電話、導(dǎo)航設(shè)備以及媒體播放器等消費電子產(chǎn)品。
    S5PC100是三星公司發(fā)布的一款A(yù)RM Cortex-A8內(nèi)核的移動處理器，主頻高達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)／指令一級緩存、256 KB二級緩存。它的構(gòu)造基于三星的45 nmLP低功耗工藝技術(shù)S5PC100還包含強大的2D和3D硬件加速器。

1 硬件設(shè)計
1．1 S5PC100電源分配與上電時序
    WM8310具有4路DC-DC穩(wěn)壓器以及13路LDO穩(wěn)壓器。其中，2路DC-DC同步降壓穩(wěn)壓器輸出電流達1．2 A，并具有硬件DVS(動態(tài)電壓調(diào)節(jié))功能；1路升壓DC-DC穩(wěn)壓器輸出電壓達30 V，可驅(qū)動多個串行白光LED。還包括6路標準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(動態(tài)電壓調(diào)試)功能，可以通過外部GPIO來切換輸出電壓，當然每一路DC-DC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)，這兩個內(nèi)核電壓可以根據(jù)當前處理器的運行頻率自動調(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。其他各路LDO給S5PC100的I／O電路供電。
    S5PC100的上電時序較為嚴格，如圖1所示。為了保證處理器每次上電能正確運行，電源設(shè)計要滿足其上電時序要求。WM8310可以為每一路DC-DC以及LDO分配時序，非常容易滿足S5PC100的上電時序要求。

    圖1中的時間大小如表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序。[!--empirenews.page--]
1．2 外部EEPROM設(shè)計
    WM8310上電的時候需要讀取外部EEPROM的數(shù)據(jù)來設(shè)定每一路DC-DC和LDO的初始輸出電壓以及上電時序，外部EEPROM芯片通過I2C接口與WM8310連接，上電后WM8310自動讀出EEPROM第一頁的32字節(jié)數(shù)據(jù)，WM8310的寄存器長度是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。

    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存儲器中，在WM8310芯片出廠的時候就把數(shù)據(jù)寫進內(nèi)部的OTP存儲器，以后就不能改變了。WM8310上電的時候檢測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擇一個接口與CPU進行通信控制。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，WM83 10控制接口如圖3所示。

2 驅(qū)動程序設(shè)計
2．1 流驅(qū)動接口
    本方案中采用Windows CE 6．0操作系統(tǒng)，WindowsCE 6．0操作系統(tǒng)的進程數(shù)由Windows CE 5．0的32個擴展到32 000個，每個進程的地址空間從32 MB擴展到2 GB，并且將代碼的運行權(quán)限分成用戶模式和內(nèi)核模式。驅(qū)動程序置于內(nèi)核模式，而應(yīng)用程序置于用戶模式有助于整個環(huán)境更可靠、更安全地運行。
    Windows CE 6．0的驅(qū)動模式分為本地驅(qū)動和流式驅(qū)動，流式驅(qū)動為操作系統(tǒng)提供了標準流接口函數(shù)，如XXX_Init()、XXX_Open()、XXX_ Read()、XXX_Write()、XXX_Close()、XXX_IOControl()等。比如串口驅(qū)動、SPI接口驅(qū)動、I2C接口驅(qū)動等就是采用流式驅(qū)動。而本地驅(qū)動提供給操作系統(tǒng)的不是標準的接口，不同的設(shè)備接口也不一樣。常見的本地驅(qū)動有顯示驅(qū)動、觸摸屏驅(qū)動等。不管是本地驅(qū)動，還是流式驅(qū)動，所有驅(qū)動都是以DLL(動態(tài)鏈接庫)文件形式存在。
    本方案中PMIC(WM8310)的驅(qū)動采用流式驅(qū)動。驅(qū)動實現(xiàn)的功能有系統(tǒng)開關(guān)機功能沒置、DC-DC與LDO動態(tài)電壓設(shè)置、背光亮度設(shè)置以及各路DC-DC與LDO的打開與關(guān)閉等。具體的實現(xiàn)過程則是通過調(diào)用I2C驅(qū)動讀寫WM8310的寄存器。所有的功能通過PMU_IOContrl()函數(shù)提供給操作系統(tǒng)，PMU_IOControl()函數(shù)是一個標準的流式驅(qū)動函數(shù)。PMU_IOControl()函數(shù)的源代碼如下：
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2．2 PMIC(WM8310)初始化
    PMIC(wM8310)初始化主要完成開機鍵的時間設(shè)置，打開背光設(shè)置默認亮度，設(shè)置HWC功能實現(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：

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2．3 PMIC(WM8310)驅(qū)動調(diào)用示例
    PMIC(WM8310)的驅(qū)動采用流式驅(qū)動，對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DeviceloControl()來實現(xiàn)。在此之前要先打開設(shè)備，代碼如下：
   
    然后將CreateFile()返回的設(shè)備句柄傳遞給DeviceIoControl()來實現(xiàn)功能，例如實現(xiàn)涮整背光亮度等級的代碼如下：
   
   

結(jié)語
    本方案利用WM8310的可編程及高性能的特點，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)實現(xiàn)了動態(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，延長了手持設(shè)備的工作時間，在相同的工作時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)用于中海達測繪儀器有限公司的手持設(shè)備中，經(jīng)過長時間的使用工作穩(wěn)定、可靠。該方案所帶來的優(yōu)點使產(chǎn)品的競爭力有很大提高。