本文選自極術專欄Arm AMBA 協議集的文章。文章將介紹Q-Channel的知識。

AMBA提供了，低功耗的接口。用于實現power控制功能。目前，AMBA里面，包含2種低功耗接口。

?Q-Channel：實現簡單的power控制，如上電，下電。

?P-Channel：實現復雜的power控制，如全上電，半上電，1/4上電等。

ARM引入這2種低功耗接口，是為了滿足不同的應用場景下，對power的控制。

在一些場景下，組件只有兩種power狀態，分別為power-up，power-down。因此對這種組件的power控制，只需要對其上電，斷電即可。用Q-Channel，即可實現。

而在另外的場景下，組件擁有多種power狀態，比如全上電，半上電，1/4上電等。因此對這種組件的power控制，就要復雜很多，不能簡單的對其上電，斷電即可，還需要額外的一些控制。此時，用Q-Channel，就不合適了，需要使用P-Channel。

比如在DynamlQ技術中，引入了L3 cache，并且每個core擁有自己的L1 cache，L2 cache，這樣，整個系統中，cache的容量就變大了，相應的，消耗在cache上的功耗，也增多了。此時，就需要復雜的對cache的power控制，來實現低功耗，比如對L3 cache，1/4上電，也就是只有1/4的L3 cache工作，其余的都斷電，以此來節省功耗。此時，就要用到P-Channel。

訪問時返回其值。

一、 Q-Channel

Q-Channel是從AXI的低功耗接口中，演變過來。但是可以向后兼容。

1、接口

以下是Q-Channel的接口：

分為device端和power controller端（下文均簡稱為PMU）。device端，就是需要被電源控制的組件，比如core，外設等。PMU端，就是提供電源管理的組件。

在Q-Channel中，將device的power狀態，分成了2種，

?operational狀態：device處于工作狀態，簡單理解為上電狀態，下文稱為上電狀態

?quiescent狀態：device處于停止狀態，簡單理解為斷電狀態，下文稱為斷電狀態

接口如下：

2、Q-Channel接口的握手狀態

ARM對Q-Channel的interface，定義了幾種握手狀態：

?Q_RUN: device處于上電狀態。

?Q_REQUEST：device處于上電狀態，但是在idle狀態時，可以接收power request，進入斷電狀態。

?Q_STOPPED：device進入了斷電狀態。

?Q_EXIT：等待被提供時鐘或者power的狀態。當device得到外部提供的時鐘或者power時，將QACCEPTn拉高，進入Q_RUN狀態。

?Q_DENIED: device拒絕外部power的請求，不進入斷電狀態，而保持上電狀態。

?Q_CONTINUE：PMU在Q_DENIED狀態后，將QREQn拉高后的狀態。

對于握手信號，有以下的規則：

?QREQn只能在QACCEPTn為高并且QDENY為低時，才可以從高變為低。

?QREQn滿足以下條件，才可以從低變為高

?QACCEPTn和QDENY都為低

?QACCEPTn和QDENY都為高

?QACCEPTn只能在QREQn和QDENY都為低情況下，才可以從高變為低

?QACCEPTn只能在QREQn和QDENY都為高情況下，才可以從低變為高

?QDENY只能在QREQn和QACCEPTn都為高情況下，才可以從高變為低

?QDENY只能在QREQn為低并且QACCEPTn為高情況下，才可以從低變為高

上面的這些原則，在設計P-Channel時，需要遵守的。

**3、P_Channel的握手協議 **

3.1、device接受PMU的power請求

以下是握手協議時序圖：

在T1，QREQn和QACCEPTn為高，Q_Channel進入Q_RUN狀態。

在T2，QREQn為低，PMU請求device進入斷電狀態，然后等待外設響應，此時Q_Channel進入Q_REQUEST狀態。

在T3，QACCEPTn為低，表示device接收PMU的請求，將自己進入斷電狀態。此時Q_Channel進入Q_STOPPED狀態。

在T4，QREQn為高，PMU請求device進入上電狀態，然后等待外設響應。此時Q_Channel進入Q_EXIT狀態。

在T5，QACCEPTn為高，表示device接收PMU的請求，將自己進入上電狀態。此時Q_Channel進入Q_RUN狀態。

3.2、device拒絕PMU的power請求

當外部PMU給device發送power請求，device可以拒絕該power請求。PMU收到device的拒絕響應后，應取消該power請求。

在T1，QREQn和QACCEPTn為高，Q_Channel進入Q_RUN狀態。

在T2，QREQn為低，PMU請求device進入斷電狀態，然后等待外設響應，此時Q_Channel進入Q_REQUEST狀態。

在T3，QDENY為高，表示device拒絕PMU的請求，自己保持上電狀態。此時Q_Channel進入Q_DENIED狀態。

在T4，PMU接收到device的拒絕響應，將QREQn拉高，PMU請求device進入上電狀態，然后等待外設響應。此時Q_Channel進入Q_CONTINUE狀態。

在T5，QDENY為低，表示device接收PMU的上電請求，將自己保持上電狀態。此時Q_Channel進入Q_RUN狀態。

4、device復位信號與Q_Channel的結合

復位信號，需要和Q_Channel的信號，進行組合。一般來說，復位信號，也會由PMU來控制。

組合分為以下2種情況。

** 4.1、RESETn復位無效時，QREQn為低 **

T2時刻，RESETn為高，復位取消。

T3時刻，QREQn為高，PMU向device請求上電。Q_Channel進入Q_EXIT狀態。

T4時刻，QACCEPTn為高，device接受PMU的上電請求。Q_Channel進入Q_RUN狀態。

T5時刻，QREQn為低，PMU向device請求斷電，Q_Channel進入Q_REQUEST狀態。T6時刻，QACCEPTn為低，device接受PMU的斷電請求。Q_Channel進入Q_STOPPED。

T7時刻，將RESETn拉低。

**** 4.2、RESETn復位有效時，QREQn為高 ****

T2時刻，QREQn拉高，PMU向device請求上電。Q_Channel進入Q_EXIT狀態。

T3時刻，因為RESETn為低，復位有效，device將QACCEPTn保持為低，Q_Channel保持Q_EXIT狀態。

T4時刻，因為RESETn為高，復位無效。device將QACCEPTn拉低，響應PMU的上電請求。Q_Channel進入Q_RUN狀態。

T5時刻，QREQn拉低，PMU向device請求斷電，Q_Channel進入Q_REQUEST狀態。

T6時刻，device將QACCEPTn拉低，響應PMU的斷電請求。Q_Channel進入Q_STOPPED狀態。

T7時刻，RESETn拉低。

5、QACTIVE

QACTIVE，是提供給device，給PMU發送power請求的信號?？梢杂啥鄠€來源的組合。如果為高，那么PMU要給自己上電，并且之后，不能給自己斷電。

QACTIVE和握手信號（QREQn，QACCEPTn，QDENY）是獨立開的。

5.1、請求上電和請求下電

T1時刻，device將QACTIVE拉高，向PMU發起退出斷電請求。T2時刻，PMU將QREQn拉高，Q_Channel進入Q_EXIT狀態，T3時刻，進入Q_RUN狀態。

T4時刻，device將QACTIVE拉低，device向PMU發起進入斷電請求。T5時刻，PMU將QREQn拉低，Q_Channel進入Q_REQUEST狀態，在T6時刻，進入Q_STOPPED狀態。

5.2、PMU不允許斷電

T1時刻，device將QACTIVE拉高，向PMU發起上電請求。T2時刻，PMU將QREQn拉高，Q_Channel進入Q_EXIT狀態，T3時刻，進入Q_RUN狀態。之后，device處于上電狀態。

T4時刻，PMU將QREQn拉低，PMU想讓device進入斷電狀態，但是QACTIVE為高，表示device要一直處于上電狀態。因此QACCEPTn持續保持高，Q_Channel一直維持在Q_REQUEST狀態。device維持在上電狀態。

T5時刻，因為之前QACTIVE拉低，device想進入斷電狀態，device將QACCEPTn拉低，響應PMU的斷電請求，然后Q_Channel進入Q_STOPPED狀態。device進入斷點狀態。

6、Q_Channel的實現

一般來說，device和PMU的時鐘是異步時鐘。因此，需要一些同步化。

下圖是同步化的框圖：

ARM提供了以下的一些實現指導：

?被使用的所有信號，都需要進行同步化

?只有當Q_Channel進入Q_STOPPED狀態是，才可以將時鐘和power給關掉

?為了保證握手信號的正確性，QREQn，QACCEPTn，QDENY需要使用寄存器直接輸出

?QACTIVE使用寄存器直接輸出，或者是相關寄存器輸出的組合輸出。ARM強烈建議組合輸出，使用或門。

7、Q_Channel的向后兼容

Q_Channel是從AXI的低功耗結構，演化過來。但是Q_Channel也可以兼容AXI的低功耗接口。

如下圖，device使用AXI的低功耗接口，PMU使用Q_Channel。只需要按照如下的連接進行連接即可。

如下圖，device使用Q_Channel，PMU使用AXI的低功耗接口，只需要按照如下的連接進行連接即可。