FS是手機存儲設備,因此對功耗要求很高。我們來看看UFS的電源管理。
三個供電電壓,VCC,VCCQ和VCCQ2,分別給UFS設備模塊供電。UFS設備主要包括三部分:前端UFS接口(M-PHY),UFS控制器和閃存介質(圖中的Memory模塊)。VCC給閃存介質供電,VCCQ一般給閃存輸入輸出接口和UFS控制器供電,VCCQ2一般給M-PHY或其它一些低電壓模塊供電。
UFS2.1中,三者電壓值為:
我們知道,UFS協議采用MIPI的M-PHY作為物理層和UniPro作為其數據鏈路層。M-PHY有高速模式(High Speed Mode, HS-MODE)和低速模式 (Low Speed Mode, LS-MODE)。其中,高速模式下,M-PHY有兩種狀態:STALL和HS-BURST。
低速模式下,M-PHY有三種狀態:LINE-CFG,SLEEP和PWM-BURST。
當鏈路上沒有數據傳輸時,M-PHY會自動切換到STALL或者SLEEP狀態下,這兩種狀態為省電狀態。
除此之外,M-PHY還有一種更加省電的狀態,那就是HIBERN8 (Hibernate,休眠狀態),這種狀態下,M-PHY極為省電。UFS主機和UFS設備不可能一直交互數據,總有閑下來的時候。當UFS主機沒有讀寫UFS設備,它會讓彼此鏈路進入休眠狀態,即HIBERN8。那UFS主機如何通知M-PHY切換到休眠狀態呢?
前面提到,設備管理器可以略過傳輸層,直接管理與控制互聯層:
主機設備管理器可以通過原語(Primitive)直接與UFS互聯層(UIC,即MIPI的UniPro和M-PHY)通信。除了上圖中所示的reset原語,UFS還包括讓UIC進入和退出休眠的原語:DME_HIBERNATE_ENTER和DME_HIBERNATE_EXIT。
這是UFS主機和設備之間鏈路的省電模式,對UFS設備來說,鏈路只是整個UFS設備的一部分。一個UFS設備是否省電,除了看其鏈路,還需要考慮UFS控制器、存儲介質等是否省電,即看整個UFS設備是否有好的電源管理。
UFS定義了4種基本功耗模式:Active,Idle,Power Down和Sleep(簡稱AIDS),外加3個過渡功耗模式:Pre-Active, Pre-Sleep和Pre-PowerDown,一共是7種功耗模式。非常4+3!
Active模式:UFS設備在執行命令或者做后臺任務(Background Operation)時處于這種狀態;
Idle模式:UFS設備空閑時,即既沒有來自UFS主機的命令,自身也沒有后臺任務需要處理,設備就處于該狀態;
Sleep模式:閑得瞌睡了。睡眠模式下,VCC電源可能被切斷(取決UFS設備設計)。VCC一般給閃存供電,即切斷閃存供電。
Power Down模式:掉電模式下,所有電源供電VCC, VCCQ和VCCQ2都可能被掐斷(取決UFS設備設計),該模式是最省電的功耗模式了。
這些模式之間的轉換如下圖:
我們看到,觸發模式之間轉換的很多是SSU,那么什么是SSU? SSU是Start Stop Unit的縮寫,它是UFS協議中的一個基本命令,主機用它來切換UFS設備的功耗模式。
具體命令可以參看UFS spec。
注意,UFS設備的這些功耗狀態,和前面說的M-PHY接口的STALL,SLEEP或者HIBERN8狀態是獨立的,兩者沒有必然聯系。比如,當前M-PHY處于HIBERN8狀態,UFS設備可以處于以上狀態中的任何一種,比如UFS設備可以是處于Active狀態,沒有要求說你休眠了我也得跟著休眠。
一個優秀的員工,不是老板push一下,然后才往前走一步,而是能主動的去承擔一些任務。一個好的UFS設備,不是等著主機發功耗切換命令來進入省電模式,而是自己能主動做一些事情來省電。
下面就是一個優秀UFS設備需要具備的素質。
比如,UFS剛上電時,UFS進入Active狀態,一段時間如果沒有來自主機的命令,自己內部也沒有后臺任務要處理,UFS設備將進入Idle狀態。Idle意味著無事可做,這時候主機也沒有發任何SSU命令要求UFS設備進入指定的狀態(老板也沒有叫你去做什么),好的UFS設備,這個時候就要想想怎么去省電。舉例來說,如果當前M-PHY處于HIBERN8狀態,說明主機目前不會訪問UFS設備,因此,UFS設備可以做一些節能設計:比如把當前UFS設備的軟硬件上下文保存到閃存,然后切斷所有電源以達到省電目的。待M-PHY接口退出HIBERN8狀態,UFS設備上電,然后把軟硬件上下文加載運行。
老板沒有叫你去干活,你主動的去把活干了,這樣的員工哪個老板不喜歡?
省電和用戶體驗(命令響應快慢)其實是個矛盾。因為如果UFS設備休眠了,它就不能及時的響應主機的命令,因為它需要先退出休眠(比如需要把休眠之前保存的上下文重新加載,這往往比較花時間),然后再響應主機命令。睡覺是個技術活,在追求最大節能的同時,還要兼顧用戶體驗。
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原文標題:蛋蛋讀UFS之十:UFS電源管理
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