嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法

摘要

本发明涉及一种嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，将CPU由运行态进入停止态包括关闭CPU中断、将CPU现场恢复运行代码拷贝到存储模块、将CPU现场运行状态信息保存到存储模块并进行调整、关闭CPU进入停止状态，将CPU由停止态进入运行态包括对CPU重新供电和提供稳定时钟信号、CPU执行现场恢复运行代码从存储模块中读取CPU现场运行状态信息、将复位运行代码拷贝到存储模块、打开CPU中断。采用该种嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，通过片上系统进行特别设计加上系统软件的配合，实现了在系统忙时打开CPU，系统空闲时彻底关闭CPU的效果，使得系统的平均功耗进一步降低，而且实现过程简单快捷，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

权利要求

1.一种嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，所述的嵌入式系统包括片上系统、CPU、存储模块和电源模块，其特征在于，所述的方法包括将CPU由运行态进入停止态的处理操作和将CPU由停止态进入运行态的处理操作，所述的将CPU由运行态进入停止态的处理操作包括以下步骤：(A1)片上系统在系统没有程序需要执行的时候将CPU的中断关闭；

(A2)片上系统将CPU现场恢复运行代码拷贝到存储模块中的以CPU上电首先执行的地址为起始地址的存储区中；

(A3)片上系统将当前的CPU现场运行状态信息保存到存储模块中；

(A4)片上系统对存储模块中保存的CPU现场运行状态信息进行调整操作，具体为：将PC指针的值指向CPU所执行的指令的下一条指令；

(A5)片上系统驱动电源系统将CPU关闭进入停止状态；

所述的将CPU由停止态进入运行态的处理操作包括以下步骤：(B1)片上系统在系统中断到来的时候驱动电源系统对CPU重新提供电源；

(B2)片上系统对CPU重新提供稳定时钟信号；

(B3)CPU执行所述的CPU现场恢复运行代码，从存储模块中读取所述的CPU现场运行状态信息；

(B4)片上系统将复位运行代码拷贝到存储模块中的以CPU上电首先执行的地址为起始地址的存储区中；

(B5)片上系统将CPU的中断打开。

2.根据权利要求1所述的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，其特征在于，所述的将CPU的中断关闭，具体为：片上系统通过对CPU的状态寄存器的设置关闭CPU的中断；

所述的将CPU的中断打开，具体为：

片上系统通过对CPU的状态寄存器的设置打开CPU的中断。

3.根据权利要求1所述的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，其特征在于，所述的CPU上电首先执行的地址为0x00地址。

4.根据权利要求1所述的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，其特征在于，所述的CPU现场运行状态信息包括存储器管理单元的状态值、高速缓存的状态值和CPU中所有寄存器的状态值。

5.根据权利要求1所述的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，其特征在于，所述的将CPU关闭进入停止状态，具体为：片上系统通过配置硬件寄存器相应的状态值关闭CPU。

说明书

嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及嵌入式系统领域，特别涉及嵌入式系统功耗控制技术领域，具体是指一种嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法。

背景技术

[0002] 嵌入式系统尤其是消费类电子系统对功耗有严格的要求，随着能源的日益紧张，以前不重视功耗的个人计算机系统现在也逐渐考虑功耗了。

[0003] 通常的嵌入式系统中一旦系统起来后CPU一直供电，在大多数系统中程序执行占比较小的时间，大多数时间系统处在空闲状态，而空闲状态下CPU仍然在运行，CPU的功耗占片上系统(SOC，System on Chip)上功耗比较大的部分，而片上系统一般就是在单个芯片上集成了CPU、UART，USB等多个模块。为了降低SOC的功耗，在现有技术中，普遍的实现方法是当系统空闲时把CPU频率降低或者停止CPU的执行，这两种方式虽然可以大大降低系统功耗，但前两种方式系统仍然在给CPU供电，CPU虽然不执行指令了，但本身还是要消耗部分电流的。

[0004] 一般来说，嵌入式系统都是由中断驱动的，当外部中断发生时SOC需要把中断信号送给CPU，在早期的设计方案中，系统启动起来后CPU一直处于运行态，这样一旦中断到来，SOC马上就把中断送给CPU，而CPU很快响应中断(假设中断没有被CPU自己锁定)，但这种方案的弊端是CPU一直处在运行态，系统平均功耗很大(这里的平均功耗是在一段较长的时间内系统平均耗电量)；后来人们对这种方案做了改进，当系统有一段时间空闲时，让CPU进入休眠态，这样当中断到来时SOC只需要给CPU提供稳定的时钟(Clock)，CPU就被唤醒了，然后CPU响应中断，这种方案因为CPU不是处在运行态就处在休眠态，永远到不了停止态，虽然相对前一种方法功耗降低了很多，但CPU功耗还是较高，同时为了能够适应当今对嵌入式设备电源功耗管理的更高要求，也有必要对CPU功耗进一步降低。

发明内容

[0005] 本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效降低嵌入式系统的平均功耗、过程简单快捷、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法。

[0006] 为了实现上述的目的，本发明的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法如下：

[0007] 该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，所述的嵌入式系统包括片上系统、CPU、存储模块(Memory)和电源模块，其主要特点是，所述的方法包括将CPU由运行态进入停止态的处理操作和将CPU由停止态进入运行态的处理操作，所述的将CPU由运行态进入停止态的处理操作包括以下步骤：

[0008] (A1)片上系统在系统没有程序需要执行的时候将CPU的中断关闭；

[0009] (A2)片上系统将CPU现场恢复运行代码拷贝到存储模块中的以CPU上电首先执行的地址为起始地址的存储区中；

[0010] (A3)片上系统将当前的CPU现场运行状态信息保存到存储模块中；

[0011] (A4)片上系统对存储模块中保存的CPU现场运行状态信息进行调整操作；

[0012] (A5)片上系统驱动电源系统将CPU关闭进入停止状态；

[0013] 所述的将CPU由停止态进入运行态的处理操作包括以下步骤：

[0014] (B1)片上系统在系统中断到来的时候驱动电源系统对CPU重新提供电源；

[0015] (B2)片上系统对CPU重新提供稳定时钟信号；

[0016] (B3)CPU执行所述的CPU现场恢复运行代码，从存储模块中读取所述的CPU现场运行状态信息；

[0017] (B4)片上系统将复位运行代码拷贝到存储模块中的以CPU上电首先执行的地址为起始地址的存储区中；

[0018] (B5)片上系统将CPU的中断打开。

[0019] 该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法中的将CPU的中断关闭，具体为：

[0020] 片上系统通过对CPU的状态寄存器的设置关闭CPU的中断。

[0021] 该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法中的将CPU的中断打开，具体为：

[0022] 片上系统通过对CPU的状态寄存器的设置打开CPU的中断。

[0023] 该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法中的CPU上电首先执行的地址为0x00地址。

[0024] 该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法中的CPU现场运行状态信息包括存储器管理单元(MMU，Memory Management Unit)的状态值、高速缓存(Cache)的状态值和CPU中所有寄存器的状态值。

[0025] 该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法中的对存储模块中保存的CPU现场运行状态信息进行调整操作，具体为：

[0026] 将PC指针的值指向CPU所执行的指令的下一条指令。

[0027] 该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法中的将CPU关闭进入停止状态，具体为：

[0028] 片上系统通过配置硬件寄存器相应的状态值关闭CPU。

[0029] 采用了该发明的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，由于通过对片上系统进行特别设计加上系统软件的配合，当系统空闲时(即没有程序需要执行)通过硬件配置把CPU推入停止态，中断来时如果CPU处于运行态，SOC直接把中断送给CPU，如果中断来时CPU处在停止态，SOC首先给CPU供电，然后给CPU提供时钟信号，从而CPU就被唤醒了，紧接着系统软件对CPU做相应配置和场景恢复，然后CPU响应中断，从而不再需要CPU始终处于运行态，程序变成了一个单独的主体，当需要运行的时候程序把自己拿到CPU上去执行，执行完后关闭CPU，实现了在系统忙时打开CPU，系统空闲时彻底关闭CPU的效果，使得系统的平均功耗进一步降低，而且实现过程简单快捷，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

附图说明

[0030] 图1为本发明的嵌入式系统中的片上系统结构示意图。

[0031] 图2为本发明的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法的将CPU由运行态进入停止态的处理操作流程图。

[0032] 图3为本发明的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法的将CPU由停止态进入运行态的处理操作流程图。

[0033] 图4为本发明的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法中CPU状态迁移示意图。

具体实施方式

[0034] 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

[0035] 首先定义CPU在系统运行中处于的三种状态，运行态、停止态、休眠态。

[0036] (1)运行态——表示CPU目前有供电，能正常的执行指令，当然这时候肯定有稳定的Clock提供给CPU，相对其他两种状态这时候CPU功耗最大。

[0037] (2)停止态——CPU完全被断电了，既没有Clock又没有供电，相对其他两种状态这时候CPU功耗最小，这时候CPU断电前的场景全部丢失，重新启动后需要对以前的场景进行恢复。

[0038] (3)休眠态——SOC还在给CPU供电，但没有给CPU送Clock。这种状态下的CPU功耗比运行态下的CPU功耗小，比停止态下CPU功耗大，但这时候CPU停止Clock前的场景继续保存，一旦有Clock，CPU在原来的场景上继续执行。

[0039] 请参阅图1至图4所示，该嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，所述的嵌入式系统包括片上系统、CPU、存储模块和电源模块，其中，所述的方法包括将CPU由运行态进入停止态的处理操作和将CPU由停止态进入运行态的处理操作，所述的将CPU由运行态进入停止态的处理操作包括以下步骤：

[0040] (A1)片上系统在系统没有程序需要执行的时候将CPU的中断关闭，具体为：

[0041] 片上系统通过对CPU的状态寄存器的设置关闭CPU的中断；

[0042] 也可以采用其它任何与CPU所匹配的相应方式；

[0043] (A2)片上系统将CPU现场恢复运行代码拷贝到存储模块中的以CPU上电首先执行的地址为起始地址的存储区中；该CPU上电首先执行的地址可以为0x00地址，也可以根据所具体使用的CPU芯片所规定的其它任何地址；

[0044] (A3)片上系统将当前的CPU现场运行状态信息保存到存储模块中；该CPU现场运行状态信息包括存储器管理单元的状态值、高速缓存的状态值和CPU中所有寄存器的状态值，还可以包括其它任何需要存储的信息；

[0045] (A4)片上系统对存储模块中保存的CPU现场运行状态信息进行调整操作，具体为：

[0046] 将PC指针的值指向CPU所执行的指令的下一条指令；

[0047] (A5)片上系统驱动电源系统将CPU关闭进入停止状态，具体为：

[0048] 片上系统通过配置硬件寄存器相应的状态值关闭CPU；

[0049] 也可以采用其它任何与CPU所匹配的相应方式；

[0050] 所述的将CPU由停止态进入运行态的处理操作包括以下步骤：

[0051] (B1)片上系统在系统中断到来的时候驱动电源系统对CPU重新提供电源；

[0052] (B2)片上系统对CPU重新提供稳定时钟信号；

[0053] (B3)CPU执行所述的CPU现场恢复运行代码，从存储模块中读取所述的CPU现场运行状态信息；

[0054] (B4)片上系统将复位运行代码拷贝到存储模块中的以CPU上电首先执行的地址为起始地址的存储区中；

[0055] (B5)片上系统将CPU的中断打开，具体为：

[0056] 片上系统通过对CPU的状态寄存器的设置打开CPU的中断。

[0057] 也可以采用其它任何与CPU所匹配的相应方式；

[0058] 在实际使用当中，本发明的方法的基本思想是当系统空闲时，即没有程序需要执行时，通过一些硬件配置把CPU推入停止态，中断来时如果CPU处于运行态(CPU在运行的过程中也有可能来中断)，SOC直接把中断送给CPU，如果中断来时CPU处在停止态，SOC首先给CPU供电，然后给CPU提供Clock，这样CPU就被唤醒了，紧接着系统软件对CPU做相应配置和场景恢复，然后CPU响应中断，因为CPU断电后再起来一般中断是被关闭的，MMU、Cache也是被关闭的，一旦断电后再唤醒需要软件做些配置，恢复上次进入停止态之前的CPU现场(例如中断是否关闭，MMU是否启动，Cache是否启动，各个寄存器的值等)。这样，在本设计中程序不再需要CPU始终处于运行态，程序变成了一个单独的主体，当需要运行的时候程序把自己拿到CPU上去执行，执行完后关闭CPU。在进一步的设计中CPU就可以变成一个共享资源，多个应用程序可以申请CPU，一旦申请到CPU就把自己拿到CPU上去执行，执行完后交出CPU的控制权，以便其他应用程序可以使用CPU。当全部应用程序都不使用CPU时通过系统配置关闭CPU。

[0059] 要实现该方案，需要SOC和系统软件的双重支持。

[0060] 1、SOC硬件的支持——基于以上基本思想，本发明首先需要SOC做相应的以下支持：

[0061] (1)SOC要能够提供关闭CPU的机制，注意在这里只是关闭CPU，关闭CPU不能影响其他外围模块的状态，例如Memory，因为程序是依赖于Memory存在的，如果关闭CPU同时也关闭了Memory，如果用断电易失性Memory，下次CPU起来后程序状态将不可恢复，CPU断电后其他模块如DMA、USB、RF、UART等的状态还要继续保持。

[0062] (2)在中断到来时SOC需要做判断，如果CPU处在停止态，那么首先需要给CPU提供电源，然后给CPU提供稳定的Clock，让CPU进入运行态。上面只是提供了基本的设计思想，并没有涉及具体的硬件实现，具体实现因SOC不同可以不同，但需要实现本专利的低功耗方案，必须提供上述两项支持。

[0063] 2、系统软件的支持——基于以上基本思想和SOC硬件的支持，本发明给出了系统软件的设计流程。这里假设CPU每次上电后从0x00地址开始执行。当所有程序都不需要执行，也就是系统进入空闲状态了，这时候我们就可以开始让CPU进入停止模式，这里给出让CPU进入停止模式和唤醒CPU要做的工作。

[0064] 首先是由运行态进入停止态：

[0065] (1)关闭中断，关闭中断的方法因CPU的不同而不同，在ARM芯片上可以通过把状态寄存器的第6和第7位置为1而关闭中断，而对于其它类型的CPU可以参考相关CPU的指令手册以进行相应的配置，这些都属于本领域技术人员的公知常识。

[0066] (2)把现场恢复的代码拷贝到0x00为起始地址的内存中，因为每次上电都是从0x00地址开始执行，系统复位(reset)后应该执行复位代码(reset code)，当系统进入停止态再唤醒需要执行的是现场恢复code，而不是reset code，第一次系统上电属于reset，
0x00地址上装的是reset code，进入停止状态前应该把0x00地址上的code替换成现场恢复code。

[0067] (3)保存当前CPU现场到Memory(包括MMU、Cache、所有寄存器的状态)。

[0068] (4)调整Memory中保存的CPU现场的某些值，例如pc指针的值，让pc指针的值指向下一条指令，这样现场恢复后CPU就跳过关闭CPU的指令，从关闭CPU指令的下一条指令开始执行。

[0069] (5)关闭CPU让CPU进入停止状态，通过写特定的硬件寄存器而关闭CPU，具体的关闭方法因硬件实现的不同而不同，在实现上需要参考相关的硬件手册，这些都属于本领域技术人员的公知常识。

[0070] 至此CPU已经进入停止态，系统处在低功耗模式下，如果有中断来CPU会被唤醒。

[0071] 接下来是由停止态进入运行态，当中断来时CPU被SOC唤醒，从0x00地址开始执行现场恢复代码，以下是现场恢复的工作过程：

[0072] (1)从Memory中恢复CPU现场。现场恢复后CPU开始执行让CPU进入停止状态的下一条指令。

[0073] (2)把reset code copy到0x00为起始地址的Memory中。

[0074] (3)打开中断，这个因CPU的不同而不同，ARM上把状态寄存器的6，7两位清零便可打开中断，其他CPU请参考相关的指令文档。

[0075] 至此CPU完全恢复了进入停止状态前的场景，开始响应中断。

[0076] 下面给出一个CPU是ARM926EJS芯片的SOC的软件设计的实际例子。

[0077] 假设：0x01000000是一个32位寄存器地址，把这个寄存器写成0x0000000A，SOC就会把ARM926EJS芯片关掉，ARM926EJS芯片进入停止状态前的场景保存在0x00010000为起始地址，长度为32个32bit的Memory中，原始的reset code保存在0x00020000为起始地址，长度为32个32bit的Memory中，原始的wakeup code保存在0x00300000为起始地址长度为32个32bit的Memory中，断电后ARM926EJS芯片从0x00000000地址开始执行，在这里我们用arm汇编实现ARM926EJS芯片进入停止状态的场景保存和ARM926EJS芯片被唤醒后的场景恢复工作。

[0078] 将ARM926EJS芯片进入停止态：

[0079] (1)锁定中断，在此过程中不能响应中断。

[0080] (2)保存r4、r5、r6、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、lr到当前栈。保存svc模式的cpsr到当前栈。

[0081] (3)拷贝现场恢复代码(wakeupcode)到0x00地址。

[0082] (4)R0赋值为0x00010000+256，此处将以栈的形式从高往低增长保存数据。

[0083] (5)保存当前sp指针到R0所指的位置。

[0084] (6)切换到fiq模式，以递减栈的形式保存fiq模式的r8、r9、r10、r11、r12、r13、lr、Spsr到r0所指的Memory。

[0085] (7)切换到irp模式以递减栈的形式保存irp模式的r13、r14、spsr、到r0所指的Memory。

[0086] (8)切换到undefine模式，以递减栈的形式保存undefine模式的r13、r14、spsr到r0所指的Memory。

[0087] (9)切换到abort模式，以递减栈的形式保存abort模式的r13、lr、spsr到r0所指的Memory中。

[0088] (10)切换到user模式，以递减栈的形式保存user模式的r13、lr、spsr到r0所指的Memory中。

[0089] (11)切换到svc模式，以递减栈的形式保存协处理器cp15的c1、c2、c3、c5、c6、c7、c13到r0所指的Memory中。

[0090] (12)RestoreCpuContext标号的值以递减栈的形式保存在r0所指的Memory中，把r0的值保存在0x00010000处，下次CPU被唤醒后wake up code将取出r0，并以r0作为栈地址恢复CPU的场景。RestoreCpuContext是程序中的一个标号，具体见以下源代码。

[0091] (13)通过配置外部寄存器让CPU进入停止态(stop mode)。

[0092] 实现以上步骤的具体的源代码如下：

[0093] .globl PushCpuToStopMode

[0094] PushCpuToStopMode

[0095] 　　；lock interrupt

[0096] MRS r0，CPSR

[0097] ORR r0，r0，#0x000000C0

[0098] MSR CPSR_cxsf，r0

[0099] ；save CPU context to current stack，current mode must be svc mode[0100] STMDB sp！，{r4，r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，r12，lr}[0101] ；store svc mode cpsr

[0102] MRS r1，cpsr

[0103] STMDB sp！，{r1}

[0104] ；copy wake up code to 0x0000 address，

[0105] ；wakeup code size is 32words(one word is 32 bit)；

[0106] ；original wakeup code is stored from address 0x00030000[0107] LDR r9，＝0x00030000

[0108] LDR r8， ＝0x0

[0109] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0110] STMIA r8！，{r0-r7}

[0111] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0112] STMIA r8！，{r0-r7}

[0113] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0114] STMIA r8！，{r0-r7}

[0115] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0116] STMIA r8！，{r0-r7}

[0117] ；before push CPU to stop mode，CPU context

[0118] ；is stored to Memory 0x00010000，length is 256bytes；

[0119] LDR r0，＝0x00010000

[0120] ADD r0，r0，#256

[0121] ；store svc sp

[0122] STMDB r0！，{sp}

[0123] ；change to fiq mode

[0124] MRS r1，CPSR

[0125] BIC r1，r1，#0x1F

[0126] ORR r2，r1，#0x11

[0127] MSR CPSR_cxsf，r2

[0128] ；store fiq mode r8-r14

[0129] STMDB r0！，{r8，r9，r10，r11，r12，r13，lr}

[0130] ；store fiq mode spsr

[0131] MRS r1，spsr

[0132] STMDB r0！，{r1}

[0133] ；change to irq mode

[0134] MRS r1，CPSR

[0135] BIC r1，r1，#0x1F

[0136] ORR r2，r1，#0x12

[0137] MSR CPSR_cxsf，r2

[0138] ；store irq mode r13，r14

[0139] STMDB r0！，{r13，lr}

[0140] ；store irq mode spsr

[0141] MRS r1，spsr

[0142] STMDB r0！，{r1}

[0143] ；change to undfine mode

[0144] MRS r1，CPSR

[0145] BIC r1，r1，#0x1F

[0146] ORR r2，r1，#0x1B

[0147] MSR CPSR_cxsf，r2

[0148] ；store undfine mode r13，r14

[0149] STMDB r0！，{r13，lr}

[0150] ；store undfine mode spsr

[0151] MRS r1，spsr

[0152] STMDB r0！，{r1}

[0153] ；change toabort mode

[0154] MRS r1，CPSR

[0155] BIC r1，r1，#0x1F

[0156] ORR r2，r1，#0x17

[0157] MSR CPSR_cxsf，r2

[0158] ；store abort mode r13，r14

[0159] STMDB r0！，{r13，lr}

[0160] ；store abort modespsr

[0161] MRS r1，spsr

[0162] STMDB r0！，{r1}

[0163] ；change to user mode

[0164] MRS r1，CPSR

[0165] BIC r1，r1，#0x1F

[0166] ORR r2，r1，#0x10

[0167] MSR CPSR_cxsf，r2

[0168] ；store user mode r13，r14

[0169] STMDB r0！，{r13，lr}

[0170] ；change to svc mode

[0171] MRS r1，CPSR

[0172] BIC r1，r1，#0x1F

[0173] ORR r2，r1，#0x13

[0174] MSR CPSR_cxsf，r2

[0175] ；save cp15 register.c1，c2，c3，c5，c6，c7，c13

[0176] MRC p15，0，r1，c1，c0，0

[0177] MRC p15，0，r2，c2，c0，0

[0178] MRC p15，0，r3，c3，c0，0

[0179] MRC p15，0，r4，c5，c0，0

[0180] MRC p15，0，r5，c6，c0，0

[0181] MRC p15，0，r6，c7，c0，0

[0182] MRC p15，0，r7，c13，c0，0

[0183] STMDB r0！，{r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7}

[0184] LDR r1，＝RestoreCpuContext

[0185] STMDB r0！，{r1}

[0186] ；save r0 value to address 0x00010000；

[0187] LDR r1，＝0x00010000；

[0188] STR r0，[r1]；

[0189] ；we have already saved all CPU context

[0190] ；follow we could push ARM926EJS to stop state

[0191] LDR r1，＝0x0000000A

[0192] LDR r0，＝0x01000000

[0193] STR r1，[r0]

[0194] NOP

[0195] NOP

[0196] NOP

[0197] NOP

[0198] NOP

[0199] NOP

[0200] NOP

[0201] ；here ARM926EJS have been closed.

[0202] ；after next CPU next wake，wakepu code will jump to here.[0203] ；here ARM926EJS under SVC mode

[0204] RestoreCpuContext

[0205] LDR r1，＝0x00010000

[0206] LDR r0，[r1]

[0207] LDMIA r0！，{r1}；this is not used，only up stack.

[0208] ；restore cp15 register c1，c2，c3，c5，c6，c7，c13

[0209] LDMIA r0！，{r1，r2，r3，r4，r5，r6，r7}；

[0210] MCR p15，0，r1，c1，c0，0

[0211] MCR p15，0，r2，c2，c0，0

[0212] MCR p15，0，r3，c3，c0，0

[0213] MCR p15，0，r4，c5，c0，0

[0214] MCR p15，0，r5，c6，c0，0

[0215] MCR p15，0，r6，c7，c0，0

[0216] MCR p15，0，r7，c13，c0，0

[0217] ；change to user mode

[0218] MRS r1，CPSR

[0219] BIC r1，r1，#0x1F

[0220] ORR r2，r1，#0x10

[0221] MSR CPSR_cxsf，r2

[0222] ；restore user mode r13，r14

[0223] LDMIA r0！，{r13，lr}；

[0224] ；change to abort mode

[0225] MRS r1，CPSR

[0226] BIC r1，r1，#0x1F

[0227] ORR r2，r1，#0x17

[0228] MSR CPSR_cxsf，r2

[0229] ；restore abort mode spsr

[0230] LDMIA r0！，{r3}；

[0231] MSR SPSR，r3

[0232] ；restore abort mode r13，r14

[0233] LDMIA r0！，{r3，lr}；

[0234] ；change to undfine mode

[0235] MRS r1，CPSR

[0236] BIC r1，r1，#0x1F

[0237] ORR r2，r1，#0x1B

[0238] MSR CPSR_cxsf，r2

[0239] ；restore undefine mode spsr

[0240] LDMIA r0！，{r3}；

[0241] MSR SPSR，r3

[0242] ；restore undefine mode r13，r14

[0243] LDMIA r0！，{r3，lr}；

[0244] ；change to irq mode

[0245] MRS r1，CPSR

[0246] BIC r1，r1，#0x1F

[0247] ORR r2，r1，#0x12

[0248] MSR CPSR_cxsf，r2

[0249] ；restore irq mode spsr

[0250] LDMIA r0！，{r3}；

[0251] MSR SPSR，r3

[0252] ；restore irq moder13，r14

[0253] LDMIA r0！，{r3，lr}；

[0254] ；change to fiq mode

[0255] MRS r1，CPSR

[0256] BIC r1，r1，#0x1F

[0257] ORR r2，r1，#0x11

[0258] MSR CPSR_cxsf，r2

[0259] ；restore fiq mode spsr

[0260] LDMIA r0！，{r3}；

[0261] MSR SPSR，r3

[0262] ；restore fiq mode r8-r14

[0263] LDMIA r0！，{r8，r9，r10，r11，r12，r13，lr}

[0264] ；change to svc mode

[0265] MRS r1，CPSR

[0266] BIC r1，r1，#0x1F

[0267] ORR r2，r1，#0x13

[0268] MSR CPSR_cxsf，r2

[0269] ；resotre svc mode sp

[0270] LDMIA r0！，{sp}

[0271] ；copy reset code to 0x0000 address，

[0272] ；reset code size is 32words(one word is 32 bit)；

[0273] ；original reset code is stored from address 0x00020000[0274] LDR r9，＝0x00020000

[0275] LDR r8，＝0x0

[0276] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0277] STMIA r8！，{r0-r7}

[0278] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0279] STMIA r8！，{r0-r7}

[0280] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0281] STMIA r8！，{r0-r7}

[0282] LDMIA r9！，{r0-r7}

[0283] STMIA r8！，{r0-r7}

[0284] LDMIA sp！，{r3}

[0285] BIC r3，r3，#0x000000C0；free arm926ejs interrupt[0286] MSR SPSR，r3；restore svc mode spsr

[0287] LDMIA sp ！，{r4，r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，r12，pc}^；this insturction

[0288] retore all svc context，include cpsr

[0289] ；from this point code start response interrupt

[0290] 将ARM926EJS芯片进入运行态：

[0291] (1)取出0x00010000处保存的值到r0。

[0292] (2)以递增栈的形式从r0所指的Memory中取出一个word值，然后跳转到此地址(这个地址就是进入Stop mode前保存的RestoreCpuContext的值)。

[0293] (3)以递增栈的形式从r0所指的Memory中取值到r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7用r1～r7的值恢复协处理器cp15的c1、c2、c3、c5、c6、c7、c13。

[0294] (4)切换到user模式，从r0所指的栈中以递增栈的形式恢复r13、lr。

[0295] (5)切换到abort模式，从r0所指的栈中以递增的形式恢复spsr、r13、lr。

[0296] (6)切换到undefine模式，从r0所指的栈中以递增栈的形式恢复spsr、r13、lr。

[0297] (7)切换到irq模式，从r0所指的栈中以递增栈的形式恢复spsr、r13、lr。

[0298] (8)切换到fiq模式，从r0所指的栈中以递增栈的形式恢复spsr、r8、r9、r10、r11、r12、r13、lr。

[0299] (9)切换到svc模式，从r0所指的栈中取出svc模式的sp指针值并赋给sp指针。

[0300] (10)恢复0x00地址处的复位代码(reset code)，即把reset code copy到0x00地址的内存中。

[0301] (11)从sp所指的栈中取出svc模式进入停止模式前的cpsr，并开中断，把cpsr的值赋给spsr。

[0302] (12)以sp为栈指针，以递增栈的形式恢复r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11、r12、pc、cpsr。

[0303] 实现以上步骤的具体的源代码如下：

[0304] .globl WakeUpCpu

[0305] WakeUpCpu

[0306] LDR r1，＝0x00010000

[0307] LDR r0，[r1]

[0308] LDMIA r0！，{r1}；load RestoreCpuContext value to R1；

[0309] BX r1；jump to r1；

[0310] 采用了上述的嵌入式系统中降低CPU功耗的实现方法，由于通过对片上系统进行特别设计加上系统软件的配合，当系统空闲时(即没有程序需要执行)通过硬件配置把CPU推入停止态，中断来时如果CPU处于运行态，SOC直接把中断送给CPU，如果中断来时CPU处在停止态，SOC首先给CPU供电，然后给CPU提供时钟信号，从而CPU就被唤醒了，紧接着系统软件对CPU做相应配置和场景恢复，然后CPU响应中断，从而不再需要CPU始终处于运行态，程序变成了一个单独的主体，当需要运行的时候程序把自己拿到CPU上去执行，执行完后关闭CPU，实现了在系统忙时打开CPU，系统空闲时彻底关闭CPU的效果，使得系统的平均功耗进一步降低，而且实现过程简单快捷，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

[0311] 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。