1　引言
隨著(zhù)大量新興數據業(yè)務(wù)的應用，智能手機和平板電腦功耗水平大幅度提高，導致待機時(shí)間也大幅度縮短。為了能否延伸待機時(shí)間，內置電池的設計變得越來(lái)越普及。這是因為鋰電池的一半體積是由其結構件所占據的，如果電池內置于智能手機和平板電腦機身中，就可以節省鋰電池的結構件體積，從而在相同乃至更大的體積上大大提高電池的容量。如此一來(lái)，電池的容量確實(shí)得到了大幅度增加，伴隨著(zhù)也產(chǎn)生了一個(gè)新的問(wèn)題——如果智能手機和平板電腦在應用過(guò)程中發(fā)生軟件系統卡機的情況，如何進(jìn)行系統的復位操作？

與產(chǎn)品的主要功能相比，解除卡機狀況的機械復位裝置通常比較落后。為防止設備意外復位，大多數手動(dòng)復位鍵（如果有的話(huà)）都掩藏在機身內。因為復位鍵很難觸及，所以拆卸電池成為非常普遍的解決辦法。但是，這種做法不僅用戶(hù)感受度較差，并且增加了成本，還可能會(huì )損壞系統，例如，使重要的數據丟失。

那么，在內置電池設計的智能手機和平板電腦中，如何進(jìn)行系統的硬件復位呢？本文介紹了一種硬件智能復位的解決方案，不僅可以在智能手機和平板電腦設計中實(shí)現雙鍵長(cháng)按的智能復位，還可以實(shí)現在智能手機和平板電腦中流行的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的智能方案。

2   智能手機和平板電腦應用平臺的開(kāi)／關(guān)機和復位的機制和隱患
在當今智能手機和平板電腦的主流平臺中，通常都存在應用處理器（Application Process / Baseband, 下簡(jiǎn)稱(chēng)AP）加電源管理芯片(Power Management Unit, 下簡(jiǎn)稱(chēng)PMU)的架構，如圖1所示。


圖1. 智能手機和平板電腦中AP + PMU的硬件架構
在這種硬件架構中，在PMU上設置有一個(gè)電源開(kāi)關(guān)管腳與一個(gè)機身上的一個(gè)機械開(kāi)關(guān)相連（下簡(jiǎn)稱(chēng)Power_Key）。
當手機處于關(guān)機狀態(tài)的時(shí)候，按下Power_Key將PMU的電源開(kāi)關(guān)管腳拉到地，將啟動(dòng)PMU上電過(guò)程：PMU啟動(dòng)LDO為AP供電，同時(shí)發(fā)出硬件復位信號給AP，當AP軟件系統啟動(dòng)完畢后，回送一個(gè)PS_HOLD信號將PMU的PS_HOLD管腳拉高，并且在工作狀態(tài)一直維持為高電平；如果在一定的時(shí)間內（Tpshold時(shí)間），AP沒(méi)有能將PS_HOLD管腳拉高，則表明AP啟動(dòng)失敗，PMU自動(dòng)進(jìn)行下電過(guò)程。通常要求Power_Key和PS_HOLD信號之間存在一定的關(guān)系，即Power_Key信號必須保持為低電平直至PS_HOLD信號被AP驅動(dòng)為高，如圖2所示。這是因為，如果發(fā)生了AP上電初始化失敗而沒(méi)能在設置的時(shí)間Tpshold內將PS_HOLD信號拉高，Power_Key仍然維持為低能夠確保PMU將被觸發(fā)再一次上電過(guò)程，從而確保上電成功。



圖2. PMU的Power_Key和PS_HOLD信號的時(shí)序關(guān)系
當手機處于開(kāi)機狀態(tài)的時(shí)候，按下Power_Key將PMU的電源開(kāi)關(guān)管腳拉到地，PMU將發(fā)送中斷給AP，AP將根據中斷請求進(jìn)行響應，將PS_HOLD管腳拉到地，PMU自動(dòng)進(jìn)行下電過(guò)程。
在這個(gè)機制中，存在一個(gè)顯見(jiàn)的隱患：當AP的系統軟件卡機的時(shí)候，它將無(wú)法響應PMU發(fā)送的下電中斷請求，也就無(wú)法進(jìn)行關(guān)機或復位操作了�？赡艿慕鉀Q方法如下：在PMU的PS_HOLD管腳輸入端設置一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)S1，當S1被按下，PS_HOLD信號被拉低到地，觸發(fā)PMU的下電過(guò)程，如圖3所示。


圖3. AP + PMU的硬件架構中的手工復位方案
這個(gè)方案固然可行，但是需要將S1隱藏在不易觸發(fā)的小孔中，平時(shí)用戶(hù)是不能夠觸碰這個(gè)復位開(kāi)關(guān)S1的。除了用戶(hù)感受不好和增加了設計成本與風(fēng)險外，這個(gè)方案還存在一個(gè)問(wèn)題——當下流行的智能手機或平板電腦的設計只有一個(gè)機械按鍵，也就是連接到PMU電源開(kāi)關(guān)管腳的開(kāi)關(guān)Power_Key。在這種設計中，Power_Key和S1是不能夠設置在一起的。原因如圖4所示。



圖4. AP + PMU的硬件架構中開(kāi)／關(guān)機按鍵和復位按鍵不能合二為一的原理圖
當系統處于關(guān)機狀態(tài)時(shí)，如果Power_Key被短按，PMU將觸發(fā)上電過(guò)程，當AP上電啟動(dòng)完畢后將PS_HOLD信號拉高——此時(shí)不管按鍵是按下還是松開(kāi)的狀態(tài)，PMU的PS_HOLD都可以在Tpshold時(shí)間內經(jīng)過(guò)R2/C1/R1被及時(shí)拉高，系統上電成功不存在問(wèn)題。當系統處于開(kāi)機工作狀態(tài)時(shí)，如果Power_Key被按下，由于PS_HOLD信號立即被拉低，PMU將進(jìn)入下電過(guò)程。按鍵釋放的時(shí)刻，系統可能處于下電過(guò)程或者上電過(guò)程的某個(gè)階段，最終導致有可能關(guān)機和有可能系統復位的不可以預測的結果，這是產(chǎn)品設計所不可以接受的，如圖5所示。更重要的是，采用這樣的設計，系統也就根本無(wú)法實(shí)現軟件關(guān)機功能了。所以，在這種電路設計中，Power_Key和S1是不能夠設置在一起的。



圖5. AP + PMU的硬件架構中開(kāi)／關(guān)機按鍵和復位按鍵不能合二為一的時(shí)序
為了校正PMU自身沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的硬件復位輸入管腳，而需要借助PS_HOLD信號拉低進(jìn)行復位的這個(gè)缺陷，新的PMU中開(kāi)始引入了專(zhuān)門(mén)的RESET_IN的復位管腳，允許外部電路通過(guò)這個(gè)管腳硬件復位PMU。但是，這里仍然存在的問(wèn)題是——PMU的規格要求開(kāi)／關(guān)機按鍵和復位按鍵必須在物理上分開(kāi)，不能設置在同一個(gè)按鍵上，需要將復位按鍵隱藏在機身上的檢修孔中，無(wú)法實(shí)現單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的方案。
那么，有沒(méi)有一個(gè)硬件方案能夠使開(kāi)／關(guān)機按鍵和復位按鍵合二為一，實(shí)現智能手機和平板電腦設計中的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的智能方案呢？

3   智能手機和平板電腦設計中的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位智能方案
意法半導體STM65xx系列智能復位芯片系列有兩個(gè)或者一個(gè)輸入，可以連接設備上的兩個(gè)或者一個(gè)功能鍵。如果這兩個(gè)鍵被同時(shí)或單個(gè)鍵被按住一定時(shí)間（時(shí)間長(cháng)短可以設置或根據型號進(jìn)行選擇），復位芯片將向主處理器發(fā)送一個(gè)復位信號。復位芯片的兩個(gè)或者一個(gè)輸入和延時(shí)設定功能，使按鍵的“普通功能”和按鍵的“系統復位功能”合二為一，同時(shí)能有效地防止設備被意外復位。
在智能手機和平板電腦設計中，當下流行單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的設計，即整個(gè)機身上只有一個(gè)機械按鍵，該按鍵盤(pán)承載了開(kāi)／關(guān)機和卡機復位的功能。STM65xx智能復位芯片系列中的STM6513能夠非常圓滿(mǎn)地實(shí)現這個(gè)功能。設計者只要將STM6513的SR0和SR1輸入管腳可以連接在Power_Key上（需要雙鍵長(cháng)按復位的設計，則只需要將/SR0和/SR1分別連接到不同的功能按鍵上即可），/RST2連接到AP的復位輸入管腳，而RST1連接到PMU的PS_HOLD管腳上，這樣就可以輕松地實(shí)現智能手機和平板電腦設計中的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的智能方案，如圖6所示的方案1。


圖6. 采用STM6513的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的智能方案1
當系統處于關(guān)機狀態(tài)時(shí)，如果Power_Key被短按，PMU將觸發(fā)上電過(guò)程，當AP上電啟動(dòng)完畢后將PS_HOLD信號拉高，系統上電成功不存在問(wèn)題。由于設計中Power_Key被短按，不會(huì )觸發(fā)STM6513的延時(shí)復位功能（可選，例如8秒鐘）。
當系統處于開(kāi)機工作狀態(tài)時(shí)，如果Power_Key被按下，超過(guò)一個(gè)的時(shí)間（可選，例如8秒鐘），/RST2輸出低電平有效的復位信號給AP，同時(shí)RST1管腳輸出高電平信號。由于PMU 的PS_HOLD輸入管腳上兩個(gè)二極管組成的線(xiàn)與功能電路的存在，在A(yíng)P進(jìn)行復位的時(shí)候，STM6513輸出的RST1將保持為高（RST1的trec，可以根據需要通過(guò)STM6513的外接電容管腳進(jìn)行設置），直到AP將PS_HOLD管腳驅動(dòng)為高。這樣一來(lái)，在進(jìn)行系統復位的時(shí)候，只是AP被STM6513進(jìn)行了復位，而PMU實(shí)際沒(méi)有下電過(guò)程，可以確保系統復位成功。另外，由于系統復位過(guò)程中PMU沒(méi)有下電，緩存數據不丟失，還可以實(shí)現死機時(shí)用戶(hù)應用數據保存的功能。
有些設計者可能傾向于在系統重啟過(guò)程中，PMU也能夠進(jìn)行重啟。對于這類(lèi)設計者，也可以只使用STM6513的/RST2管腳連接到PMU的PS_HOLD管腳上（對于存在RESET_IN的PMU，可以連接在RESET_IN管腳上），如圖7所示的方案2。當系統處于開(kāi)機工作狀態(tài)時(shí)，如果Power_Key被按下，超過(guò)一個(gè)的時(shí)間（可選，例如8秒鐘），/RST2輸出低電平有效的復位信號將PMU的PS_HOLD信號拉低。由于/RST2的trec為固定的（例如210ms），也就是說(shuō)，/RST2在復位信號維持210ms低電平之后將后變?yōu)檩敵龈咦锠顟B(tài)，從而釋放了PMU的PS_HOLD信號，PMU的PS_HOLD將完全由AP的PS_HOLD輸出管腳的狀態(tài)控制。由于此時(shí)Power_Key仍然為低電平，PMU將被觸發(fā)再一次的上電過(guò)程，最終上電成功。


圖7. 采用STM6513的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的智能方案2
對于采用方案2的設計者，一個(gè)成本更優(yōu)的方案是采用意法半導體公司新推出的STM6519芯片，該芯片是單鍵延時(shí)復位芯片，復位延遲時(shí)間通過(guò)型號選擇，只有一個(gè)/RST復位輸出信號，采用UDFN6或UDFN4 1.0x1.45mm封裝，如圖8所示。


圖8. 采用STM6519的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的智能方案
采用意法半導體STM6513或STM6519智能復位產(chǎn)品，都可以實(shí)現以下單鍵開(kāi)／關(guān)機和系統復位過(guò)程：
在關(guān)機狀態(tài)，短按鍵，上電開(kāi)機；
在開(kāi)機工作狀態(tài)，在A(yíng)P系統軟件沒(méi)有卡機的前提下，短按鍵，AP對應在顯示屏上顯示“返回？關(guān)機？”供用戶(hù)選擇——如果確認返回，則返回；如果確認關(guān)機，則AP將PS_HOLD拉低，PMU進(jìn)入下電過(guò)程，最后關(guān)機。在A(yíng)P系統軟件卡機的情況下，長(cháng)按鍵（可選，例如8秒鐘），系統進(jìn)行硬件復位，重啟開(kāi)機。

4　小結
本文首先介紹了智能手機和平板電腦平臺上AP+PMU硬件架構的復位機制和存在的隱患，然后闡述了采用意法半導體STM6513和STM6519智能復位芯片，實(shí)現雙鍵長(cháng)按復位，特別是在智能手機和平板電腦中流行的單鍵開(kāi)／關(guān)機和復位的智能方案。
意法半導體公司STM65xx智能復位芯片系列使產(chǎn)品設計人員能夠去除傳統復位鍵以及機身上隱藏復位鍵的檢修孔，不僅節省了成本，降低了設計風(fēng)險，并且提升了用戶(hù)使用滿(mǎn)意度。