معماری ADC و Telemetry در Brooklands PMU؛ اندازهگیری ولتاژ، جریان و دما
در هفتمین مقاله مجموعه Brooklands، معماری ADC-Complex و زیرسامانه Telemetry را بررسی میکنیم؛ سیستمی که فقط داده خام ADC تولید نمیکند، بلکه اندازهگیریها را زمانبندی، پردازش، ذخیره و برای Host ارسال میکند.
دامنه مقاله
این مقاله Chapter 9 با عنوان ADC و Chapter 12 با عنوان Telemetry را بهصورت یک معماری واحد بررسی میکند. فصل ADC درباره سختافزار تبدیل آنالوگ به دیجیتال است و فصل Telemetry درباره نحوه استفاده سیستم از دادههای اندازهگیریشده صحبت میکند.
Telemetry در PMU یعنی چه؟
PMU فقط ولتاژ تولید نمیکند. برای مدیریت صحیح توان باید بداند هر Rail چه ولتاژی دارد، چه مقدار جریان مصرف میکند و دمای داخلی تراشه یا نقاط خارجی سیستم در چه محدودهای قرار دارد.
Telemetry مجموعه منابع محلی Brooklands است که اندازهگیری پارامترهای الکتریکی داخلی و خارجی را انجام میدهد و نتیجه را برای Host آماده یا ارسال میکند.
کاربرد اصلی Telemetry در Brooklands
فراهمکردن دادههای لازم برای مدیریت توان لحظهای، تحلیل جریان Railها و تصمیمگیری درباره محدودیت یا توزیع توان.
استفاده از دادههای دمای داخلی و خارجی برای کنترل حرارتی حلقهبسته در سطح سیستم.
تفاوت ADC با Telemetry
| بخش | وظیفه | خروجی |
|---|---|---|
| Analog Sensor | ایجاد سیگنال متناسب با ولتاژ، جریان یا دما | سیگنال آنالوگ |
| ADC | تبدیل مقدار آنالوگ به کد دیجیتال | Raw ADC Code |
| Telemetry Control | انتخاب Channel، زمانبندی و مدیریت Conversion | Measurement Result |
| Post-Processing | پردازش، مقایسه Threshold و تولید Event | داده قابل استفاده برای سیستم |
| Host Interface | انتقال نتیجه به SoC | Register، SRAM یا Telemetry Push |
ADC-Complex؛ بیشتر از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال
ADC-Complex در Brooklands شامل بخش آنالوگ GPADC و مجموعه کنترل دیجیتال اطراف آن است. این ساختار Channelها، Agentها، Measurement FSM، حافظه و Post-Processing را در یک سیستم یکپارچه قرار میدهد.
مشخصات معماری اصلی ADC
رزولوشن اصلی ADC-Complex
SRAM داخلی مرتبط با ADC-Complex
اندازهگیری ولتاژ، جریان و دما
مسیر کامل یک اندازهگیری
بنابراین خواندن یک مقدار Telemetry فقط نمونهبرداری ADC نیست. ابتدا درخواست توسط یک Agent ایجاد میشود، Channel و مسیر MUX انتخاب میشود، Conversion انجام میشود و نتیجه میتواند در حافظه ذخیره، پردازش یا با Threshold مقایسه شود.
Telemetry Agentها
Brooklands برای شروع و مدیریت Measurement از چند نوع Agent استفاده میکند. تفاوت اصلی Agentها در منبع فرمان، زمانبندی و نوع پردازش پس از اندازهگیری است.
Manual Agent
اندازهگیری در پاسخ به درخواست مستقیم Software یا Host؛ مناسب برای خواندن یک Channel مشخص در زمان موردنیاز.
Automatic Agent
اندازهگیری دورهای گروههای ازپیشتعریفشده، مقایسه با Threshold و تولید Event بدون نیاز به درخواست مداوم Host.
Firmware Agent
Agent تحت کنترل Firmware برای قابلیتهای پیشرفته Telemetry و پردازشهایی که به Hyperion وابستهاند.
Manual Agent؛ خواندن هدفمند یک Channel
Manual Agent زمانی استفاده میشود که Software بخواهد یک Measurement مشخص را اجرا و نتیجه آن را مستقیماً دریافت کند.
Fast I-meas؛ اندازهگیری سریع جریان Buck
یک Acquisition Interface ثانویه برای دسترسی به ISAR ADC محلی داخل Buck Megacellها وجود دارد. Manual Agent میتواند Buck موردنظر را انتخاب و Conversion جریان آن را درخواست کند.
Automatic Agent؛ پایش بدون درخواست دائمی Host
Automatic Agent گروههایی از Channelهای ازپیشتعریفشده را با Cadence قابل تنظیم اندازهگیری میکند. Post-Processing سختافزاری میتواند نتیجه را با محدودههای تعیینشده مقایسه و Event تولید کند.
Dynamic Sampling Rate
Automatic Temperature Monitor میتواند بر اساس مقدار اندازهگیریشده، Sampling Rate را تغییر دهد. وقتی دما به محدوده حساس نزدیک میشود، سیستم میتواند با فاصله زمانی کوتاهتری نمونهبرداری کند.
Double Buffer برای دادههای دما
نتایج اندازهگیری خودکار TDIE و TDEV در SRAM با مکانیزم Double Buffer نگهداری میشوند. این ساختار اجازه میدهد سختافزار یک مجموعه داده را بهروزرسانی کند، درحالیکه Host مجموعه دیگر را با ثبات میخواند.
چه پارامترهایی اندازهگیری میشوند؟
Railها، ورودیها و Channelهای داخلی یا خارجی.
Buck Current و مسیرهای باتری مانند IBAT.
سنجش دمای داخلی Die.
سنجش دمای خارجی با Thermistor.
TDIE؛ اندازهگیری دمای داخلی تراشه
TDIE Sensorها دمای نقاط داخلی Brooklands را اندازهگیری میکنند. نتیجه خام ADC با رابطه Calibration تعریفشده در معماری به دمای تقریبی بر حسب درجه سانتیگراد تبدیل میشود.
TDEV؛ اندازهگیری دمای خارجی با NTC
Channelهای TDEV به پایههایی متصل هستند که روی برد به Thermistorهای دارای ضریب دمایی منفی یا NTC وصل میشوند. ADC افت ولتاژ ایجادشده روی NTC را اندازه میگیرد و Firmware یا Hardware آن را به دما تبدیل میکند.
Application MUX و Channelهای آنالوگ
Application MUX امکان انتخاب سیگنالهای آنالوگ مختلف را برای اندازهگیری یا مشاهده فراهم میکند. معماری مرجع برای Application MUX دو مجموعه هشتورودی تعریف میکند.
نقش Hyperion در Telemetry
ADC-Complex میتواند Measurementهای پایه و خودکار را در Hardware انجام دهد؛ اما قابلیتهای پیشرفته Telemetry توسط Firmware زیرسامانه Hyperion اجرا میشوند.
داده Telemetry چگونه به Host میرسد؟
نتیجه Measurement بسته به نوع عملیات میتواند در Register یا SRAM ذخیره شود و Host از طریق SPMI آن را بخواند. قابلیت Telemetry Push نیز امکان ارسال داده به Location مجاز در Host SoC را فراهم میکند.
Buck Central Telemetry
Brooklands برای Buckها مسیر Telemetry اختصاصی دارد. این بخش فقط یک مقدار جریان لحظهای ارائه نمیدهد و میتواند دادههای خام، Histogram جریان و Power Accumulator را در اختیار سیستم قرار دهد.
مقادیر خام اندازهگیریشده Buck.
توزیع نمونههای جریان در بازههای مختلف.
انباشت داده برای محاسبات مرتبط با مصرف و توان.
Current Histogram چه اطلاعاتی میدهد؟
یک نمونه لحظهای فقط وضعیت همان لحظه را نشان میدهد. Histogram مشخص میکند جریان Buck در طول یک بازه زمانی بیشتر در کدام محدودهها قرار داشته است.
Power Accumulator
Power Accumulator برای انباشتن داده Measurement در طول زمان استفاده میشود. این ساختار به سیستم اجازه میدهد بهجای تکیه بر یک Sample، رفتار توان را در یک پنجره زمانی بررسی کند.
Error Handling در مسیر Measurement
هر نتیجه ADC الزاماً معتبر نیست. تغییر State منبع، غیرفعالبودن Channel، تداخل درخواستها، خطای Acquisition یا شرایط نامعتبر میتواند باعث Invalid شدن نتیجه شود.
اهمیت ADC و Telemetry در عیبیابی برد
وجود ولتاژ صحیح روی مولتیمتر همیشه به معنی سالمبودن کامل سیستم مدیریت توان نیست. Brooklands میتواند وضعیت Rail، جریان و دما را از مسیرهای داخلی مشاهده و بر اساس آن Event یا تصمیم کنترلی ایجاد کند.
Telemetry با Protection یک مفهوم نیست
Telemetry داده اندازهگیری تولید میکند، اما Protection و Power Control تصمیم میگیرند در واکنش به آن چه اتفاقی رخ دهد. ممکن است Measurement تنها برای گزارش به Host استفاده شود یا از طریق Threshold و Event وارد یک مسیر کنترلی شود.
ADC داده آنالوگ را دیجیتال میکند، Agentها زمان و هدف Measurement را مشخص میکنند، Hyperion پردازشهای پیشرفته را انجام میدهد و مسیرهای SRAM، SPMI و Telemetry Push نتیجه را در اختیار Host قرار میدهند.
جمعبندی
زیرسامانه Telemetry در Brooklands برای اندازهگیری ولتاژ، جریان و دمای داخلی یا خارجی و انتقال نتایج به Host طراحی شده است.
قلب این ساختار ADC-Complex دوازدهبیتی است که در کنار MUX، Measurement FSM، Agentها، Post-Processing و SRAM قرار دارد.
Manual Agent برای Measurementهای درخواستی، Automatic Agent برای پایش دورهای و Firmware Agent برای قابلیتهای پیشرفته تحت کنترل Hyperion استفاده میشوند.
TDIE دمای داخلی Die و TDEV دمای خارجی را از طریق NTC اندازه میگیرند. برای Buckها نیز Fast I-meas، Raw Results، Current Histogram و Power Accumulator تعریف شده است.
در تحلیل تعمیراتی باید میان خرابی واقعی Rail، خطای Sensor، ADC، Channel Selection، Firmware و انتقال داده Telemetry تفاوت قائل شد.
مقاله ۸: Security، OTP و Debug در Brooklands PMU
در مقاله بعدی معماری Security Center، Lockها و Gateها، OTP، Register Access Monitoring، SWD Multi-Drop، JTAG، ECID، TARGET_ID و محدودسازی دسترسی Debug در Brooklands را بررسی میکنیم.