电源控制系统架构（PCSA）之系统控制处理器组件

目录

6.4 系统控制处理器

6.4.1 SCP组件

SCP处理器Core

SCP处理器Core选择

SCP处理器核内存

系统计数器和通用计时器

看门狗

电压调节器控制

时钟控制

系统控制

信息接口

电源策略单元

传感器控制

外设访问

系统访问

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6.4 系统控制处理器

系统控制处理器(SCP)是一种基于处理器的能力，为电源管理功能和服务的提供提供了灵活和可扩展的平台。

SCP功能和服务的概述见3.2系统控制处理器。
图6.2显示了一个SCP硬件概述的示例。

【注意】：SCP的确切结构将取决于处理器和外设的选择。本节描述了一个通用结构，该结构提供了支持本文档中描述的功能和服务所需的功能。

6.4.1 SCP组件

该部分介绍SCP子系统的组成。

SCP处理器Core

处理器运行的固件根据请求、事件和调度任务采取行动。

SCP处理器Core选择

在SCP中使用的处理器的选择取决于系统的要求。下面列出了需要考虑的重要事项：

•处理能力：SCP必须有足够的处理能力来处理预期运行的任务，特别是具有实时依赖关系的任务或可能需要并发处理的任务。随着AP核数的增加而扩展的任务(如空闲管理和传感器监视)通常会主导利用率。AP核空闲管理通常是对延迟最敏感的任务负载，延迟分布的尾部可以通过提供足够的性能来管理，以保持总体适度的利用率。选择标准包括处理器的类型和运行频率。

•中断类型：一些处理器有矢量中断，可以简化中断的连接、处理和延迟，减少或消除软件交互来发现中断原因的需要。

•中断优先级和延迟：内在中断延迟应该与核心的其他中断特性一起考虑。这些可以包括硬件中断优先级，中断嵌套和中断处理程序之间的尾链，以及中断向量之间的硬件上下文切换。在矢量中断的情况下，还应该考虑可用中断输入的数量。如果这个值太低，并且在SCP中需要一个额外的中断控制器，这会增加固件和硬件中断序列的延迟。

•面积和功耗：SCP通常会一直处于开启状态。因此，功耗是一个重要的考虑因素。对于SoC可能花费大量时间的SLEEP状态尤其如此。

•调试和跟踪：调试和配置固件的能力对开发至关重要。考虑因素包括在SoC中可用的SCP处理器子系统的本机调试和跟踪支持SLEEP状态和集成到更广泛的CoreSight SoC调试和跟踪系统。

•可信操作：由于SCP控制着SoC的敏感部分，因此需要关注安全性。SCP从私有本地内存运行，它的固件可以通过一个受信任的引导进程加载，从而使SCP在本质上是受信任的。但是，如果SCP需要访问系统的其他部分，则需要考虑该部分及其访问的组件的安全性。

对于移动系统，SCP处理器核心可能是Arm Cortex-M微控制器，例如Cortex-M3。
其他系统可能会考虑另一个Arm配置文件核心，如Cortex-R或Cortex-A。在所有情况下，选择都取决于上述因素。

SCP处理器核内存

处理器具有用于引导的ROM和用于存储固件指令和数据的RAM。该ROM和RAM是SCP私有的。

一种可能的实现是，在引导时使用ROM使系统进入一种状态，在这种状态下，主机处理器可以访问内存系统并直接或间接地加载SCP固件。

客户端系统的可信引导要求在Trusted Board Boot Requirements–CLIENT [7]规范中提供。

SCP固件代码和数据空间完全在其私有RAM中。然后，当SoC的其余部分关闭且系统内存不可用时，SCP可以运行。但是，当可用时，SCP可以根据需要访问系统内存和系统的其他部分。

系统计数器和通用计时器

系统计数器为SoC提供一个通用的时间参考。通用计时器使用计数器值来产生中断和唤醒事件。主系统计数器值被分发给其他系统元素，包括应用程序处理器和调试基础设施，以提供一致的时间视图。

主系统计数器分辨率需要一个时钟源，由于功耗原因，可能在SoC睡眠状态下关闭。提供一个次要的持续运行的低速计数器，通常使用实时时钟源作为其输入，可以通过SoC SLEEP状态保存所需的时间视图。使用此计数器的通用计时器用于在这些状态下生成唤醒事件。

SCP负责在进入和退出SLEEP状态时管理这些系统计数器之间的时间传输，以确保向系统提供一致的时间视图。这可以通过SCP中的硬件和固件功能的组合来实现。

有关ARMv7架构系统计数器和通用计时器的详细信息，请参阅ARM架构参考
手册ARMv7-A和ARMv7-R版本[3]。

有关ARMv8架构系统计数器和通用计时器的详细信息，请参阅ARM架构参考手册ARMv8，用于ARMv8-A架构配置文件[2]。

看门狗

SCP看门狗提供防止系统死锁的功能。如果SCP没有定期写入看门狗，那么看门狗将产生中断，这将最终导致系统重置。

必须有一个综合征寄存器来通知SCP处理器上一次复位的原因，以便它能够采取适当的行动。

当SCP提供这种特定的看门狗功能时，其他系统看门狗可能由AP软件管理。具体要求请参见SBSA (Server Base System Architecture)[1]。

电压调节器控制

SCP管理各种功能的电压供应，包括开机后的开、关和DVFS电压水平的改变。

电压供应通常由单独的电源管理IC提供。稳压器控制组件为该功能提供接口。接口协议的实现取决于电源管理IC的选择。

时钟控制

SCP不能在组件活动级别控制时钟的运行时动态门控。这是由具有硬件自主Q-Channel管理的时钟控制器管理的。

SCP用于管理时钟源的使能、选择和划分。时钟源可能包括片外源，如晶体振荡器和片内源，如锁相环。每个时钟源通常能够被分割，为不同的组件产生大量的频率。

这些设置可能是静态的，在需要组件或上电时设置一次，或者应组件或相关软件的请求更改，例如针对AP或GPU DVFS。

有关动态时钟门控的更多详细信息，请参见6.5.2时钟控制器和7.1时钟控制集成。

系统控制

SCP可以管理各种系统控制任务。当特定的响应性不是约束时，这通常可以通过寄存器控制输出和中断输入来处理。一个简单的应用程序示例是管理与SoC组件的四阶段请求确认握手。当SCP外部的硬件充当请求者时，请求信号被连接到一条中断线，该中断线被设定为在请求的每个边缘产生一个脉冲。输入状态寄存器位也可用于确定请求的级别。一个控制寄存器位驱动SCP输出用于确认信号。当角色互换时，相应的信号连接也是如此。

图6.3显示了此应用程序的一个示例，其中SoC组件充当请求者。

为此目的包括任何系统控制寄存器和中断分配是可选的，取决于系统需求。

信息接口

为了允许OSPM和SCP消息接口之间通过软件接口(如SCMI)进行请求通信，需要硬件支持。虽然这可以采取多种形式，但解决方案必须是易于对操作系统进行通用描述的解决方案。使用共享内存邮箱和门铃中断的方案是典型的，非常适合此目的。

消息传递接口必须可供系统中的任何AP核心使用。

典型的实施例是一个简单的硬件，它允许任何一个实体发送和读取消息，并为彼此生成中断，以指示消息的可用性。

典型的OSPM到SCP通信方法可能是：

1. OSPM

a.将消息存储到邮箱内存中。

b.使用门铃寄存器生成SCP中断。

1. SCP接收到中断:

a.从邮箱内存中读取消息。

b.清除门铃中断。

1. SCP根据消息执行操作。SCP也可能发送回调响应，使用相同的操作，但方向相反。

在具有能够直接请求SCP采取行动的自管理设备或子系统的系统中，需要扩展消息传递功能，以允许在这些代理和SCP之间进行通信。

电源策略单元

电源策略单元(Power Policy unit, PPU)是专用的硬件组件，用于从SCP固件中抽象出对电源域的低级控制。SCP固件只做出高层次的电源域策略决策，并将其编程到PPU中。

ppu的数量和位置取决于设计的拓扑结构。在always-on域中至少有一个PPU，以提供第一级的系统唤醒能力。

其他的ppu可以分布在SoC周围，具体请参见7.2.3分布式ppu。

关于电源策略单元的详细介绍请参见6.5.1电源策略单元。

关于ppu集成的详细信息，请参见7.2电源控制集成。

传感器控制

SCP预计能够通过专用外设或使用SoC互连访问片上工艺、电压和温度传感器信息。

附加的外围设备

可以包括SCP私有的其他外围设备。通常，这些是提供唤醒功能的always-on域外设。

外设访问

一般来说，出于安全原因，SCP外设是私有映射的。两个重要的例外，在SCP和AP地址空间中都有映射，如图6.2所示:

•主系统计数器：AP软件必须能够访问系统计数器作为通用定时器规范要求。

•消息接口：需要共享访问来促进6.4.1中描述的消息传递机制。

对于处于always-on子系统之外的SCP外设，比如分布式的PPU, SCP可能支持物理上私有的外设扩展端口，或者依赖于共享的互连资源。在共享互连的情况下，SoC集成商必须考虑对其他代理访问这些外设的安全控制。

系统访问

SCP预计可以使用共享系统互连访问更广泛的SoC资源，包括外设和内存。

对SoC资源的访问允许SCP执行作为电源控制序列的一部分的操作。这可能包括组件的配置以及保存和恢复功能。例如，对接控制器和内存控制器组件的配置。

除非必要，否则不建议限制这种访问，因为这会限制SCP可以执行的任务。