Подготовка оборудования к современному резервному режиму

При входе в современный резервный режим аппаратные компоненты должны быть подготовлены для перехода к низкой мощности. После подготовки компонентов программного обеспечения и приложений к низкой мощности аппаратные компоненты, включая драйверы программного обеспечения, должны быть аналогичным образом подготовлены к низкой мощности.

Оставшаяся часть этой статьи объясняет, как подготовить устройства вне системы и внутри системы на микросхеме (SoC) для работы в режиме низкой мощности после того, как аппаратная платформа входит в режим ожидания.

Переход оборудования на режим низкой мощности

Все устройства за пределами SoC и внутри SoC должны входить в режим низкой мощности, чтобы достичь длительной жизни батареи во время сна. После перехода аппаратной платформы в спящий режим устройства на платформу переключаются на режимы низкой мощности в упорядоченном процессе, который начинается с устройств за пределами SoC.

Во-первых, все устройства за пределами SoC или основного кремния должны входить в режим низкой мощности. Режим питания может быть состоянием простоя, например, перевод сенсорного контроллера, подключенного к I²C, в спящий режим. Или режим питания может быть режимом с отключением питания, с состоянием 0 ватт, называемым D3cold. Подключенная через USB веб-камера часто переходит в режим D3cold во время современного режима ожидания. Дополнительные сведения см. в разделе "Поддержка D3cold для USB-устройств".

Каждый класс устройства и шина подключения имеют собственную терминологию и требования для перехода устройства на самый низкий режим питания. Однако важно, чтобы проектировщик системы планировал режим низкого энергопотребления для каждого устройства на платформе во время современного ожидающего режима. Время работы батареи системы и возможность размещения самого SoC в режиме низкой мощности зависит от правильного управления питанием каждого устройства за пределами самого SoC.

Затем сетевые и радиоустройства помещаются в режим низкой мощности для спящего режима. Во время сна питание часто подается на эти устройства для поддержания связи, и они могут использоваться для пробуждения SoC при необходимости. Коммуникации и радиоустройства обычно переходят в режим низкой мощности D2/D3, хотя вход в каждый режим зависит от класса устройства и шины.

После того как все устройства за пределами SoC, включая устройства связи, были отключены, контроллеры на узле SoC будут выключены. Почти у каждого SoC есть USB, IІC, GPIO, SDIO и контроллеры узлов UART. Каждый из этих компонентов в SoC должен быть отключен, чтобы SoC вошел в режим низкой мощности.

Процесс подготовки оборудования для низкой мощности во время сна можно визуализировать как перевернутую пирамиду, как показано на следующей схеме. Самое низкое энергопотребление достигается, когда весь чип SoC выключен, но это может случиться только после того, как каждый набор устройств выше в пирамиде был отключён.

Отключение устройств за пределами SoC

Каждое устройство за пределами микросхемы SoC должно ввести режим низкой мощности для двух ключевых целей:

• Уменьшите потребление энергии устройства.
• Позвольте контроллеру узла на SoC, к которому подключено устройство, отключить питание, чтобы само SoC смогло отключиться.

Метод для отключения каждого устройства за пределами SoC зависит от класса устройства и подключенной шины.

Некоторые устройства за пределами SoC размещаются в состоянии с потреблением 0 Вт, без потребления энергии, под названием D3cold. Распространенные устройства для D3cold включают камеры и датчики. Драйвер должен сохранить состояние регистрации устройства, а затем перенести устройство в состояние питания D3. Питание будет отключено прошивкой ACPI путем переключения линии GPIO или отключения линии электропитания с помощью IC управления питанием (PMIC).

Некоторые устройства за пределами SoC переводятся в режим простоя с низким энергопотреблением, в котором сохраняется состояние регистров, или устройство может просто использовать метод отпирания тактового сигнала. Например, многие сенсорные контроллеры имеют тактозакрытое состояние, которое потребляет менее 1 милливатта энергии. Типичные преимущества использования состояния с тактированием часов — это более быстрое время включения питания и более низкие затраты за счёт отсутствия необходимости подключения устройства к переключаемой линии питания.

Как правило, каждое устройство за пределами SoC должно быть способно входить в режим низкой мощности, который потребляет менее 1 милливатта энергии. Устройства, которые не могут достичь этого уровня потребления энергии во внутреннем состоянии с часовым управлением, должны реализовать отключение питания через D3cold.

Сетевые и радиоустройства являются заметным исключением из правила 1 милливатта. Сетевые и радиоустройства могут требовать больше энергии для поддержания подключения к сети или прослушивания беспроводных устройств. Некоторые системные разработчики ссылаются на эти переходы состояния питания как на режим работы D3 (RTD3).

Управление питанием для устройств PCIe

Карточки PCIe за пределами SoC должны включить механизм управления питанием с именемDevice-S4 , чтобы убедиться, что они могут входить в режим низкой мощности. Без Device-S4, если пользователь подключает устройство к корневому порту PCIe с пользовательскими слотами на настольной системе с Modern Standby, а драйвер для устройства не поддерживает среду выполнения D3 (RTD3), устройство PCIe может помешать системе перейти в состояние DRIPS. Чтобы избежать этой проблемы, производители оригинального оборудования (OEM) должны настроить корневые порты устройства PCIe в режим Device-S4. Чтобы задействовать Device-S4 для данного PCIe устройства, необходимо выполнить следующие требования:

1. Родительский корневой порт PCIe для устройства должен быть указан в качестве ограничения для DRIPS.
2. Родительский корневой порт PCIe должен применить базовый сброс устройства для всех дочерних портов внизу корневого порта при переходе D0-D3> корневого порта и деассертном базовом сбросе устройства для этих дочерних элементов при переходе D3-D0>. Дополнительные сведения о базовых сбросах PCIe см. в разделе 6.6.1 базовой спецификации PCI Express. Применение основного сброса может осуществляться дополнительными механизмами ACPI. Дополнительные сведения см. в этом руководстве по управлению питанием PCI. Чтобы указать, что платформа соответствует этому основному требованию сброса, встроенное ПО должно определить _DSD с поддержкой GUID {FDF06FAD-F744-4451-BB64-ECD792215B10}. Без этого на устройствах с корневым портом PCIe не будет активирована перенаправленная DRIPS. Дополнительные сведения см. в разделе "Сведения о конкретных устройствах ACPI" (_DSD) для корневых портов PCIe.
3. Источники питания должны быть уникальными для заданного корневого порта PCIe, то есть не должны использоваться совместно с каким-либо другим корневым портом.

Обратите внимание, что карты PCIe, требующие модулей поддержки совместимости (CSM), не будут работать в современных резервных системах. CSM не поддерживается в BIOS в современных резервных системах из-за требования безопасной загрузки UEFI. Дополнительные сведения см. в спецификации программы совместимости оборудования Windows.

Системным конструкторам рекомендуется ознакомиться с управлением питанием для современных режимов ожидания, а также с документацией по конкретным устройствам на платформе Microsoft Collaborate для получения дополнительной информации об управлении питанием для определенных классов устройств.

Выключение сетевых устройств

Выключение сетевых и радиоустройств является еще одной ключевой частью подготовки аппаратуры для работы в режиме низкого энергопотребления в спящем режиме. Сетевые и радиоустройства отличаются от других устройств вне SoC, потому что они должны оставаться включёнными с подачей питания, чтобы прослушивать интересные события и пробуждать SoC. Например, Wi-Fi радио должно быть способно прослушивать пакеты, соответствующие шаблонам WoL, и пробуждать SoC при обнаружении соответствующего пакета.

Windows перемещает сетевые устройства в состояние D2/D3 во время спящего режима, если ожидается пробуждение SoC. Сетевой стек Windows настраивает шаблоны WoL и разгрузки протокола перед размещением устройства в состоянии низкой мощности D2/D3. Все сетевые устройства, включая Wi-Fi, мобильную широкополосную связь (MBB) и проводной Ethernet, должны быть способны входить в состояние D2/D3 в режиме сна. Если сетевое устройство не требуется для пробуждения системы, Windows передаст устройство в состояние D3. Сетевое устройство можно поместить в состояние D3, если пользователь включил режим самолета или отключил конкретное сетевое устройство.

Каждое устройство имеет другой физический метод для пробуждения SoC с самого низкого режима питания. Сетевые устройства на SDIO или UART должны сигнализировать по линии GPIO для пробуждения SoC. Сетевые устройства, подключенные через USB или HSIC, должны использовать сигналы в диапазоне USB для пробуждения SoC. Сетевые устройства на шинах PCI или PCIe, как ожидается, будут использовать сигналы PME в полосе для пробуждения SoC.

Кроме того, радиоустройство, например устройство Bluetooth или средство ближней связи (NFC), ожидается, что перейдет в состояние D2, если пользователь включил радио для этого устройства. В состоянии D2 радио Bluetooth прослушивает входные события из парных мышей и клавиатур. Если обнаружено событие ввода, переключатель Bluetooth переключает линию GPIO, подключенную к SoC, что приводит к пробуждению SoC из режима низкой мощности.

Каждое сетевое или радиоустройство имеет собственную реализацию отключения питания для современного режима ожидания. Системные конструкторы рекомендуется читать документы, относящиеся к классу устройств, на веб-сайте Microsoft Collaborate.

Включение контроллеров узлов on-SoC

После того как все устройства за пределами SoC, включая сетевые и радиоустройства, были отключены, контроллеры узлов, к которым подключены устройства, должны быть отключены. К общим контроллерам узла относятся USB, PCI, SDIO, GPIO и IІC.

Драйвер для каждого контроллера узла может выключать оборудование только после того, как каждое устройство, подключенное к контроллеру узла, переключило питание. Типичным примером является контроллер USB-узла. Контроллер USB-узла может отключиться только после того, как все USB-устройства, подключенные к нему, перейдут в режим выборочной приостановки. Если у контроллера USB-узла есть USB-мышь и клавиатура, контроллер узла может отключиться только после того, как мышь и клавиатура были отключены. Если мышь или клавиатура остаются включены, контроллер USB также остаётся включён.

Все контроллеры узлов в SoC должны работать в режиме спящего режима, чтобы сам SoC был отключен. Именно поэтому важно, чтобы каждое устройство осуществляло управление своим питанием. Сам SoC может быть отключен только при отключении каждого контроллера узла. Контроллеры узлов могут отключиться только после того, как все подключенные к ним устройства будут выключены.

Выключение ЦП и GPU

С точки зрения управления питанием процессоры и gpu на микросхеме SoC отличаются от других устройств. ЦП и графические процессоры выключаются как часть выключения самого SoC и могут быть отключены всякий раз, когда на них не направлено программное действие.

Большинство действий программного обеспечения в системе будут остановлены на этапах подготовки, подробно описанной в разделе "Подготовка программного обеспечения для современного резервного копирования". Приложения Microsoft Store будут приостановлены в рамках этапа PLM. Классические приложения будут приостановлены в рамках этапа DAM. Единственными действиями ЦП, оставшимися после того, как платформа переходит на этап устойчивости, являются простои сами операции Windows. Аналогичным образом, существует мало действий GPU, так как все приложения были приостановлены, и экран отключен.

Windows постоянно управляет состоянием питания ЦП в системе, даже если экран включен и пользователь работает с компьютером. То же управление состоянием питания ЦП помещает процессоры в режим низкой мощности во время спящего режима. Когда все ЦП находятся в режиме низкой мощности, а все контроллеры узла на SoC были отключены, сам SoC может быть отключен.

Отключение питания SoC

Когда все отдельные контроллеры хостов, ЦП и GPU в SoC были отключены, Windows определит, безопасно ли отключить питание всего SoC. Поставщик SoC предоставляет подключаемый модуль подсистемы питания (PEP), чтобы сообщить Windows, когда всё состояние SoC сохранено и SoC готов к переходу в энергосберегающий режим. Для процессоров SoCs на основе Intel PEP предоставляется встроенным.

У каждого поставщика SoC есть своя реализация низкоэнергетического состояния SoC. Обычно эти состояния либо являются состояниями с тактовым или энергосберегающим управлением, в которых содержимое памяти сохраняется в режиме самовосстановления, и система может быть пробуждена с помощью программируемого таймера и небольшого количества контактов GPIO, которые потребляют очень мало энергии. Windows называет самое низкое состояние питания SoC как глубинное состояние ожидания платформы (DRIPS).

Состояние DRIPS всегда имеет следующие характеристики:

• DRIPS — это наименьшее состояние потребления энергии для SoC, в котором память сохраняется в режиме самостоятельного обновления.
• DRIPS позволяет SoC просыпаться по событиям от сетевых, радиоустройств и устройств ввода.
• Код процессора не может выполняться в состоянии DRIPS.
• Если SoC находится в состоянии DRIPS, платформа потребляет наименьшее количество энергии, возможное во время сна (за исключением дисперсий в потреблении энергии, вызванной сетевыми и радиоустройствами).