浅谈EC技术

浅谈EC技术Daway整理2010-11-8转自：=1291写在前面我是在NB系统厂商工作的一名EC；从事EC工作也已经接近两年的时间，陆续做了几个Project我发现网络上关于EC方面的资料很少，所以出于让更多想了解EC的人，有些资料可供参考，也为了总结学习经验（KnowledgesharingisthebestreuseJ）所以撰写此文。另外该系列文章是小弟参考网络上非常好的撰文【我所知道的EC】，并结合自己的工作实际，发表自己的观点，见解，希望各位前辈多多指教、批评纠正我的错误的认识。据我所知目前市场上的NB经常使用的ECChip主要有以下三家：1.EnE2.ITE3.Winbond当然我们公司就是使用上述其中一种，后续的文章我会以我所使用的Chip为基准去描述EC的工作流程，当然防止泄露公司的机密，所以我会介绍介绍EC工作的原理，不会涉及到实现的细节。下面的文章就会切入正题，讨论我所知道的EC的方方面面，请大家多多支持、指正。2在系统中EC的架构2.1EC功能概述EC是NB独有的组成部分。它将MB上面的keyboard、PointingDevice集中于一体,在EC内部提供了KBC控制器统一控制它们，这样大大节省了空间,实现了便携。NB的另一个特点是它需要电池供电，这样省电是一个重要的问题。EC配合Chipset在S3、S4、S5分别提供不同的电源策略以达到节省的目的，另外EC也会控制电池的充放电的过程，检测电池电量用于决定是否待机or紧急关机orWakeup等。另外由于NB集成度高、空间受限,散热非常重要但同时还要兼顾噪音的问题，EC会通过thermalsensor获得当前的CPU和VGA温度，根据不同的温度自动调节风扇的转速。这些都是EC提供的功能。2.2常见HW架构现在NBHW线路系统中EC的常见架构有两种，比较旧一点的案子会将BIOS和EC的code放在一起挂在EC的X-BUS下面。而新一些的做法会将BIOS和EC分开；BIOS挂在SB(目前主流的是PCH，亦可理解为PCH)LPC或者SPI下面而EC挂在EC的SPI下面。如下图所示（采用老的架构图，其实和新的大同小异）：那么为什么会有两种架构呢？他们有什么区别呢？听我慢慢道来。这其实是个多方原因导致的结果。(1)出于成本的考虑。大家都知道现在NB的价格战是愈演愈烈，大家都在拼成本。所以低端机种都在拼命的costdown.很明显第一种架构也就是图1左边的架构会省掉一颗IC的成本。那么大家可能又会问既然这么economic为什么还要导入第二种架构呢？(2)出于性能的考虑。“有所得就有所失”没有完美的方案，第一种架构存在一个致命得缺陷，就是BIOS和EC跑code时会抢总线，也就是说有可能某一段时间BIOS狂飙得时候，EC就卡住了，反之亦然。于是就发现POST时间过长，S3、S4Resume时间过长的问题了。于是乎第二种架构应运而生；所以在新机种以及那些高性能的game系列中就会采用这种架构。（PS：现在应该以第二种架构为主了）2.3EC如何与HOST通信由图1可以看出EC与SB通过LPC相连，所以EC与HOST端的通信主要是通过LPCBUS进行的，除此之外EC还会有SMI，SCI的pin拉到SB上也就是说EC也可以通过发SCI，SMI的中断通知Chipset,Chipset再从LPCBUS获得相关的EVENT（PS：后续的会详细讨论这部分）。LPCBUS通信的部分如下图所示：总之EC是NB系统中最为底层的部件，只要有电EC就会工作，检测各种输入信息，同时它还负责提供powersequence和host通信等重要的工作。3PowerSequence3.1What’sPowerSequence?PowerSequence是指HWDevice上电的顺序,它的大致顺序如下（当然叫法可能不尽相同，终究大同小异）：1)ALWAYS2)SUS_ON3)DIMM_ON4)RUN_ON5)VR_ON这基本上是NB工作需要的所有POWER。插入AC或者DC后，机器内部的开启的电为ALWAYS电，主要用以保证EC的正常运行；系统正常工作进入S0以后，所有的Power都开启。完整的过程其实是这样的：AC或者DC插入以后，ECReset开始跑code，用户按下PowerSwitch时，EC拉SUS_ON送给一颗POWERIC,+3VSUS,+5VSUS起来后，POWERIC回ECSUS_OK。接下来EC发给南桥一个称为‘RSMRST#’的信号。这时候南桥的部分功能开始初始化并等待开机信号。这时候的南桥并没有打开全部电源，只有很少一部分的功能可用，比如供检测开机信号的PWRBTN#信号。在用户按下Power键的时候，EC检测到一个中断，然后duplicate一个开机信号（PWRBTN#）给南桥，南桥收到PWRBTN#信号后依次拉高SLP_S5#,SLP_S4#,SLP_S3#信号，开启了所有的POWER，在V_CORE电起来后，IC会发送ALLSYSPWOK信号给EC这信号表明外围电源正常开启。南桥会发出PCIRST#信号到PCI总线，于是总线上的设备都被初始化（包括北桥），然后CPURST#信号送出，HOST正式接手并开始工作。/至此，上电时序完成。3.2WhyPowerSequence？3.2.1Whyneedsequence？为什么需要PowerSequence呢？没有PowerSequence直接把所有的电压都供上可以开机吗？答案是YES。直接上电开机是没有问题的，可是没有办法达成省电的功能；另外S3/S4,LongRun也会有问题。系统计入待机的时候(S3)，机器内部的电只有SUS&DIMM电，主要是提供DDR的电压，以保证RAM内部的资料不丢失（S3是将数据StoretoRam，在Resume之后OS从RAM中获得数据，所以DDR的电一定要留着），而S4和关机(S5)的电是一样的，都是Always电(当AC在的时候其实SUS电建议留着，目的是加速Resume或者PowerOn的速度)。3.2.2S4和S5共用一个信号？做过EC的同志可能会发现，线路图上S4,S5的信号只会有一个。根据我们的使用经验S4和S5有很大的差异。原因其实是因为S4,S5都只有ALWAYS电，从EC的角度来说，根本没有必要区分S4,S5所以南桥只有一个信号拉到EC。4Thermal4.1ThermalIntroductionNB体积都非常小，空间受限，但是NB又需要具有良好的散热功能，较低的风扇噪声，同时又要达到很好的系统性能。这些看似矛盾的目标在NB上都要通过EC去实现。4.2SystemTemperatureNB中根据机器需要探测的温度主要有CPU和GPU两组:1)CPUTemperature2)VGATemperature3)PCHTemperature（Option）如果NB是UMA的，那么VGA的Temperature就不用去探测了。EC会在initial时load一个Thermaltable和FanTable。Thermaltable中定义了不同level温度所对应的FanTable的index；Fantable则定义Fan不同level的speed。EC会在“S0”时通过smbus读取CPU、VGA（如果NB是非UMA）和PCHTemperature，然后比较前两者的FanTable，Fanspeed较大者送给Fan，驱动Fan工作。新的做法是制定FanTable可能也会参照PCHTemperature，但一般PCH温度变化不大。4.3Active&PassiveThermalPolicyACPI定义了两种降温的方式，主动与被动降温。主动降温是指EC通过侦测CPU,VGA的温度，主动调整风扇的转速进行降温。被动则是指系统通过降低IC内部的性能，减少发热量达到降温的目的。一个是通过增加能量消耗，噪声降低系统温度，最大限度的发挥系统性能，另一个则是通过降低系统功耗，性能达到降低系统温度的目的。这其实是完全相反的两种策略，是OSPM提供给用户的选择，让用户根据喜好去决定。Example:1).ActiveThermalPolicy，EC检测系统温度然后根据不同的TriggerPoint调整风扇的转速level，降低系统温度。2).PassiveThermalPolicy，EC检测到系统温度达到ThrottleTriggerPoint，ECSendStartThrottleSCI给系统，然后系统开始降频，降低能耗。4.4CriticalShutdown（Option）当系统温度到了规定的threshold时，系统需要系统CriticalShutdown完整的过程是：EC检测到温度达到threshold，然后EC发CriticalTemperateEvent，系统端收到该SCIEvent后需要进行Shutdown动作，而且如果系统端在规定的时间内没有完成Shutdown动作，EC将会模拟一个四秒关机的过程；还有其他家做法是当温度顶到ECshutdown点时，直接去拉PCH的RSMRST#信号强制关机。4.5CPUThermalTripPoint当CPU的温度到达CPUThermalTrip点时，CPU自身会去拉整个系统的Reset信号，其中包括ECReset点。这是一个HW的动作，当然这一个和EC本身的主动动作没有太大关系，只是属于Thermal的范畴，故而简单提出，望熟知此项的大侠不吝赐教。5Battery5.1BatteryInformation探测Battery的信息是EC一个重要的工作，OS也要通过读取ECRAM中的内容获取电池电量、温度、电压、充、放电电流、Battery是否存在的信息。那么EC如何获得这些信息呢？Battery通常是一个smbusdevice所以它会接在EC的一组smbus上，而Battery的spec上会给出Battery的smbus的地址以及读取Battery信息相关的命令。EC通过向smbus上送Battery的address，cmd然后就会取得相应的信息了。5.2BatteryCharge&DischargeAlgorithm5.2.1Charge充电的过程是这样的，ACin的状态下Battery插入，这时EC会进入prechargemode进行小电流充电。如果precharge时间过长（通常是指超过一个小时）EC就会停止充电并且认为Batterydead，送给host一个BatteryFail的Event。在prechargemode如果充电电流增大到特定的数值后EC就会进入fastchargemode快速充电。Battery充满后停止充电。在这个过程中如果电池温度异常EC也会进行一些处理。这就充电的简单过程。5.2.2DischargeACout&Batteryin这时Battery开始放电，在放电过程中如果电量小CriticalLow，系统处于S0，EC会发CriticalEvent给host，然后OS紧急关机。系统处S3,EC将会唤醒OS。如果电量小于BattLowLowled将会被点亮（BatteryLowPolicy会详述）。另外放电温度也会被检测，如果温度过高将会做降频动作等。5.3LowLedPolicy经常使用NB的话，大家可能会发现有一个led很有趣。插入AC充电时会看到一个黄色(或者白色等其他颜色)的led被点亮，电池没电了会看到一个红色(或者绿色等其他颜色)的led亮，有时还会一闪一闪的。其实这就是EC导入的一个Function。黄色的led其实跟这个Function无关，它是充电指示灯，不过它和LowLed摆在一个位置。那么这个红色的LowLed什么时候会恒亮，什么时候会闪烁呢？当Battery的电量很低的时候也就是小于BattLow时，LowLed就会恒亮。当BatteryDead时LowLed就会闪烁，导致BatteryDead的原