专利名称：片上系统的安全开关机装置及开关机方法
技术领域：
本发明涉及电子设备的电源控制技术，尤其涉及一种片上系统(soc,System on Chip )的安全开关机装置和安全开关机方法。
技术背景随着嵌入式系统技术的飞速发展，片上系统技术也已经应用到各个领 域。所谓片上系统就是根据不同客户的要求定制的芯片，是将系统的关键部 件集成到一个芯片上，从而完成特定的应用功能。目前，许多嵌入式片上系统(SOC)芯片内部还不具备安全开关机控制 装置，目前在嵌入式SOC上常用的开关机技术为在芯片外部釆用一个开/ 关按键配合翻转触发器控制直接开启或关断电源。这种开关机技术的缺点 是即使系统正在运行程序，只要按下关闭按键，在重要数据还未及时保存 的情况下，系统也会关断电源，因此会造成数据丢失；尤其对带硬盘存储的 嵌入式系统，多次直接按键关机或者误关机甚至会破坏硬盘的文件系统，导 致嵌入式系统在重新上电后无法读取硬盘上的数据。目前在计算机系统中常用的安全开关机电路是在南桥或超级输入输出 芯片中实现的。图1为现有的南桥或输入输出芯片内的开关机电路模块图。 参见图1，该开关机电路主要包括实时时钟模块101、开关控制寄存器102、 单稳态电路103、计数器104、组合逻辑105以及翻转触发器106。但是， 图l所示的开关机电路太复杂，不适合在低成本的嵌入式系统单独实现。对 大多数嵌入片上系统，将现有的这种开关机电路连接到片上系统在接口上不 方便而且成本太高。发明内容有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种片上系统的安全开关机装 置，从而以较低的成本在片上系统上实现安全地开关机。本发明的另一目的在于提供一种片上系统的安全开关机方法，从而以较 低的成本在片上系统上实现安全地开关机。为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为一种片上系统的安全开关机装置，包括单稳态触发单元、翻转触发器、隔离反向单元、控制单元、以及待机电源，其中所述单稳态触发单元具有按键和两个输出端，第一输出端连接片上系统 的一个中断输入端，第二输出端连接所述翻转触发器的时钟端，所述按键的动作触发单稳态触发单元的第一输出端和第二输出端输出脉冲信号；所述翻转触发器的置位信号端通过所述隔离反向单元与片上系统的第 一通用输出端连接，所述翻转触发器复位信号端通过所述隔离反向单元与片 上系统的第二通用输出端连接，所述翻转触发器的输出端连接片上系统电源的控制端；所述控制单元设置在片上系统中，用于在按键开机后，通过设置所述片 上系统的第一通用输出端和第二通用输出端的输出信号，控制翻转触发器强制输出用于保持开启所述片上系统电源的信号；控制单元还用于检测所述片上系统的中断输入端是否有中断信号，在检测到中断信号时，触发片上系统 保存数据并退出所有正在运行的应用程序，通过设置所述片上系统的第一通 用输出端和第二通用输出端输出的信号，控制所述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源的信号；所述待机电源用于为所述安全开关机装置供电。优选的，所述控制单元进一步包括子控制单元，用于在检测到中断信号 后、在触发片上系统保存数据并退出所有正在运行应用程序前，通过设置所 述第一通用输出端的输出信息，控制所述翻转触发器处于非强制输出信号状态；待数据保存成功且所有应用程序成功退出后，通过设置所述第二通用输 出端的输出信息，控制所述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源 的信号。优选的，所述翻转触发器的复位时间长于所述单稳态触发单元的复位时间。一种片上系统的安全开关机方法，该方法适用于具有翻转触发器的安全 开关机装置，该方法包括A、 在按键开机后，设置所述翻转触发器的置位信号和复位信号，控制所述翻转触发器强制输出用于保持开启所述片上系统电源的信号；B、 在开机状态下，检测是否有按键关机中断，当检测到按键关机中断时，保存数据并退出所有正在运行的应用程序；c、设置所述翻转触发器的置位信号和复位信号，控制所述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源的信号。优选地，步骤A具体为在按键开机后，将翻转触发器的置位信号设 置为低电平，将翻转触发器的复位信号设置为高电平，使翻转触发器处于强 制异步置位状态，输出用于开启所述片上系统电源的信号。步骤C具体为将翻转触发器的置位信号设置为高电平，将翻转触发器 的复位信号设置为低电平，使翻转触发器处于强制异步复位状态，输出用于 关闭所述片上系统电源的信号。优选地，步骤B中，在检测到有中断信号后，在保存数据并退出所有正 在运行的应用程序前，该方法进一步包括设置所述翻转触发器的置位信号， 控制所述翻转触发器处于非强制输出信号状态；待数据保存成功且所有应用程序成功退出后，再设置所述翻转触发器的 复位信号，控制所述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源的信 号。优选地，所述设置所述翻转触发器的置位信号，控制所述翻转触发器处 于非强制输出信号状态的具体方法为将翻转触发器的置位信号设置为高电平，保持翻转触发器的复位信号为高电平，使翻转触发器处于非强制输出信 号状态；设置所述翻转触发器的复位信号，控制所述翻转触发器强制输出用于关 闭所述片上系统电源的信号的具体方法为将翻转触发器的复位信号设置为 低电平，使翻转触发器处于强制异步复位状态，输出用于关闭所述片上系统 电源的信号。由于本发明只釆用单稳态触发单元、翻转触发器、隔离反向电路以及 设置在片上系统中的控制单元就可以实现片上系统的安全开关机操作，在关 机时可以先自动保存数据并退出所有正在运行的程序，在成功保存数据并退 出程序后再关机，从而保证数据不会丢失。对于带硬盘存储的嵌入式片上系 统，本发明还可以避免由于多次直接按键关机或者误关机导致的破坏硬盘文 件系统的技术问题。相对于现有的应用在计算机系统上的开关机装置，本发明的电路设计结 构大大地简化了，从而大大地降低了成本，使得在片上系统实现安全地开关 机变为现实，并使片上系统可以以更低的成本应用在更为广阔的领域。尤其 是在大数据量处理领域，由于本发明不但成本低，而且会在关机时保证数据 不会丟失，从而在解决了片上系统在大数据量处理领域的应用瓶颈。本发明所述的翻转触发器的复位时间比单稳态触发单元的复位时间长， 因此可以避免单稳态触发单元在启动时由于不稳定而造成的误开机问题。另外，本发明还在关机时，先将翻转触发器设置为非强制状态，在退出 程序时， 一旦某个程序无响应，则可以通过再按一次按键关机，生成时钟信 号给翻转触发器，使翻转触发器翻转，从而关闭片上系统电源。因此在退出 程序时，可以进一步避免因某个程序无响应而导致无法关机的问题。
图l为现有的南桥或输入输出芯片内的开关机电路模块图；图2为本发明所述的安全开关机装置的结构示意图；图3为本发明所述的安全开关机装置的一种具体实施例的电路图； 图4为本发明所述的片上系统的安全开关机方法的一种流程图； 图5为本发明所述的片上系统的安全开关机方法的另一种流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明做进一步详细说明。 图2为本发明所述的安全开关机装置的结构示意图。参见图2，该安全 开关机装置主要包括单稳态触发单元201、翻转触发器202、隔离反向单 元203、以及设置在片上系统中的控制单元204,当然，还包括待机电源205， 用于为该安全开关机装置供电。由于待机电源不是本发明的主要部件，因此 本说明书中主要说明所述的单稳态触发单元201、翻转触发器202、隔离反 向单元203、和控制单元204。图3为本发明所述的安全开关机装置的一种具体实施例的电路图。下面 参见图2和图3来共同说明本发明。由于一般的片上系统电源开关控制信号都釆用负逻辑，因此在以下实施 例中，以翻转触发器202输出的低电平信号作为开启系统电源开关的控制信号。所述单稳态触发单元201具有按键开关212和两个输出端，其中第一输 出端211输出脉冲信号到片上系统的一个中断输入端，假设本实施例中为中 断输入端X,片上系统可以检测该中断输入端X是否有中断信号从而确定是 否有关机的动作；第二输出端213连接所述翻转触发器202的时钟端224, 输出脉冲信号给时钟端224。所述按键开关212的动作可以触发所述第一输 出端211和第二输出端213输出脉冲信号，例如按下按键开关212则会在第 一输出端211和第二输出端213分别输出脉冲信号。片上系统通过两个通用输出端，即通用输出端1和通用输出端2，输出 用于控制翻转触发器202的置位信号和复位信息，且所述通用输出端1和通 用输出端2通过一个隔离反向单元203分别与翻转触发器202的置位信号端221和复位信号端222连接。所述隔离反向单元203用于对通用输出端1和通用输出端2的信号与翻 转触发器202的置位信号端221和复位信号端222之间进行隔离，参见图3, 可以釆用三级管Ql电路对所述通用输出端1和置位信号端221进行隔离反 向，釆用三级管Q2电路对所述通用输出端2和复位信号端222进行隔离反 向。所述隔离反向单元203是非常重要的，因为系统刚上电时，输入输出接 口状态还未配置为输出，通用输出端1和通用输出端2的电平也没有设置， 如果没有反向隔离单元，通用输出端1和通用输出端2的信号将有可能导致 翻转触发器202始终处于复位状态，从而导致无法开启系统电源。翻转触发器202的信号输出端223连接片上系统电源的开关控制端，翻 转触发器202用于根据输入的置位信号、复位信息以及时钟信号控制输出片 上系统电源的开关控制信号，从而开启和关闭片上系统电源。当置位信号端 221为低电平、复位信号端222为高电平时，则翻转触发器202强制异步置 位，D触发器U2的第9脚为高电平，第8脚即输出端223为低电平；当置 位信号端221为高电平、复位信号端222为低电平时，则翻转触发器202强 制异步复位，U2的第9脚为低电平，第8脚为高电平。本实施例中，由于片上系统的电源控制信号釆用负逻辑，以翻转触发器 202输出的低电平信号作为开启片上系统电源开关的控制信号，因此用U2 的第8脚作为输出端；如果所述片上系统电源开关控制信号釆用正逻辑，则 以所述翻转触发器202输出的高电平信号作为开启系统电源开关的控制信 号，只需将所述U2的9脚作为输出端即可。在待机电源电路开启后，单稳态触发单元201和翻转触发器202会自动 复位，由于单稳态触发单元201在开启过程中不稳定，可能会输出脉冲信号， 导致翻转触发器202的时钟端224收到脉冲信号从而输出低电平造成误开 机，因此为了避免造成误开机动作，本发明将翻转触发器202的复位时间设 置得比单稳态触发单元201长。此时，单稳态触发单元201复位，其输出端 213输出低电平信号给翻转触发器202的时钟端224，同时翻转触发器202自动开始复位，翻转触发器202的输出端223 (即U2的第8脚输出)保持 为高电平，片上系统电源处于关闭状态。所述控制单元204设置在所述片上系统上，由通用输入输出模块、中断 控制器和软件模块组成。在开机时，按下按键开关212，单稳态触发单元201 的输出端213输出单次高脉冲信号(脉冲宽度可通过R2和C2进行调整) 作为翻转触发器202的时钟，翻转触发器202发生翻转，其输出端223的输 出信号由高电平跳变为低电平，从而开启片上系统电源。片上系统上电启动后，所述控制单元204将通用输出端1设置为高电平， 通用输出端2设置为低电平，通过所述隔离反向单元203控制所述翻转触发 器202的置位信号为低电平、复位信号为高电平，从而将翻转触发器202强 制异步置位，使得翻转触发器202不受时钟端信号的干扰，其输出端223强 行保持在低电平状态，使得片上系统电源的开关控制输入信号强行保持在低 电平开机状态，片上系统保持开机状态；同时，所述控制单元204快速初始 化与单稳态触发单元201输出端211连接的中断输入端X,配置中断信号， 目的是当收到该中断输入端X的中断信号时，控制单元204可以识别该中 断信号是由按键引起的，从而进一步进行关机步骤。当片上系统处于开机状态时，所述控制单元204实时监测中断输入端X 是否有配置的中断信号，当需要关机时，按下按键212，单稳态触发单元201 的输出端211输出高脉冲信号(即一个中断信号)给所述片上系统的中断输 入端X,所述控制单元204检测到中断输入端X的中断信号后，触发片上系 统保存数据并退出所有正在运行的应用程序，待所有数据保存并且所有运行 的程序成功退出后，将所述通用输出端l设置为低电平，同时将所述通用输 出端2设置为高电平，从而通过隔离反向单元203将所述翻转触发器202的 置位信号端221设置为高电平，复位信号端222设置为低电平，从而将翻转 触发器202强制异步复位，其输出端223强制输出高电平，从而关断片上系 统的电源。本发明还可以对关机时控制单元204的操作动作进行优化，即在控制单元204中进一步包括一子单元，用于在检测到中断输入端X有中断信号 后，立即将通用输出信号1设置为低电平，从而通过隔离反向单元203使翻 转触发器202的置位信号端221设置为高电平，此时复位信号端222也为高 电平，因此可以释放翻转触发器202的异步置位信号，使翻转触发器202处 于非强制输出信号状态，在此状态下，翻转触发器202可以响应时钟端211 的时钟上升沿信号；然后，控制单元204触发片上系统保存数据并退出所有 正在运行的应用程序，待所有数据都成功保存且所有运行的程序成功退出 后，所述子单元再将通用输出信号2的电平由低转高，通过隔离反向单元 203使得翻转触发器202的复位信号端222为低电平，从而强制复位翻转触 发器202,翻转触发器202的输出端223跳变为高电平，从而自动安全关机。 片上系统在收到关机请求时快速释放翻转触发器202的异步置位信号，可以 防止在保存数据和退出应用程序时，因某个程序无响应而导致不能关机的问 题，当发生这种问题时，只需再次按下按键，单稳态触发单元201输出高脉 冲给触发器的时钟端，使翻转触发器202翻转，输出端223由低电平转为高 电平，从而可立刻关机。本发明的安全开关机方法主要是应用在所述控制单元204中的操作流程。图4为本发明所述的片上系统的安全开关机方法的一种流程图。参见图 4,该方法包括步骤401、在按键开机后，设置所述通用输出端1为高电平，设置所述 通用输出端2为低电平，使得翻转触发器202的置位信号为低电平，复位信 号为高电平，从而使翻转触发器202处于强制异步置位的状态，其输出端 223强制输出低电平信号，用于保持所述片上系统电源为开启状态。步骤402、在片上系统开机的状态下，实时检测是否有按键关机中断， 如果检测到按键关机中断，则执行步骤403;否则，重复执行本步骤402。步骤403、保存数据并退出所有正在运行的应用程序。步骤404、判断是否保存数据完毕且成功退出所有运行的应用程序，如果是，则执行步骤405，否则，返回步骤403。步骤405、设置所述通用输出端1为低电平，设置所述通用输出端2为 高电平，使得翻转触发器202的置位信号为高电平，复位信号为低电平，从 而使翻转触发器202处于强制异步复位的状态，其输出端223强制输出高电 平信号，从而关闭所述片上系统电源。图5为本发明所述的片上系统的安全开关机方法的另一种流程图。图5 所示的流程对图4所示的流程进行了优化，具体包括步骤501、在按键开机后，设置所述通用输出端1为高电平，设置所述 通用输出端2为低电平，使得翻转触发器202的置位信号为低电平，复位信 号为高电平，从而使翻转触发器202处于强制异步置位的状态，其输出端 223强制输出低电平信号，用于使所述片上系统电源保持在开启状态。步骤502、在片上系统开机的状态下，实时检测是否有按键关机中断， 如果检测到按键关机中断，则执行步骤503;否则，重复执行本步骤502。步骤503、设置通用输出端l为低电平，使得翻转触发器202的置位信 号为高电平，此时翻转触发器202的复位信号也为高电平，因此可以释放翻 转触发器202的强制异步置位信号，从而使得翻转触发器202处于非强制状 态，虽然其输出端223依然是保持片上系统电源开启的低电平信号，但是翻 转触发器202此时可以响应时钟信号进行翻转。步骤504、保存数据并退出所有当前运行的应用程序。步骤505、判断数据是否保存成功且所有应用程序是否成功退出，如果 是，则执行步骤506;如果没有响应，则等待再次按键关闭电源， 一旦再次 按下按键212关机，则所述翻转触发器202会响应按键生产的脉冲信号，发 生翻转，其输出端223输出高电平信号，从而关闭片上系统电源。步骤506、设置通用输出端2为高电平，使得翻转触发器202的复位信 号为低电平，此时翻转触发器202处于强制异步复位状态，其输出端223强 制输出高电平信号，从而关闭片上系统电源。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种片上系统的安全开关机装置，其特征在于，包括单稳态触发单元、翻转触发器、隔离反向单元、控制单元、以及待机电源，其中所述单稳态触发单元具有按键和两个输出端，第一输出端连接片上系统的一个中断输入端，第二输出端连接所述翻转触发器的时钟端，所述按键的动作触发单稳态触发单元的第一输出端和第二输出端输出脉冲信号；所述翻转触发器的置位信号端通过所述隔离反向单元与片上系统的第一通用输出端连接，所述翻转触发器复位信号端通过所述隔离反向单元与片上系统的第二通用输出端连接，所述翻转触发器的输出端连接片上系统电源的控制端；所述控制单元设置在片上系统中，用于在按键开机后，通过设置所述片上系统的第一通用输出端和第二通用输出端的输出信号，控制翻转触发器强制输出用于保持开启所述片上系统电源的信号；控制单元还用于检测所述片上系统的中断输入端是否有中断信号，在检测到中断信号时，触发片上系统保存数据并退出所有正在运行的应用程序，通过设置所述片上系统的第一通用输出端和第二通用输出端输出的信号，控制所述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源的信号；所述待机电源用于为所述安全开关机装置供电。
2、 根据权利要求1所述的安全开关机装置，其特征在于，所述控制单 元进一步包括子控制单元，用于在检测到中断信号后、在触发片上系统保存 数据并退出所有正在运行应用程序前，通过设置所述第一通用输出端的输出 信息，控制所述翻转触发器处于非强制输出信号状态；待数据保存成功且所 有应用程序成功退出后，通过设置所述第二通用输出端的输出信息，控制所 述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源的信号。
3、 根据权利要求2所述的安全开关机装置，其特征在于，所述翻转触 发器的复位时间长于所述单稳态触发单元的复位时间。
4、 一种片上系统的安全开关机方法，其特征在于，该方法适用于具有 翻转触发器的安全开关机装置，该方法包括A、 在按键开机后，设置所述翻转触发器的置位信号和复位信号，控制 所述翻转触发器强制输出用于保持开启所述片上系统电源的信号；B、 在开机状态下，检测是否有按键关机中断，当检测到按键关机中断 时，保存数据并退出所有正在运行的应用程序；C、 设置所述翻转触发器的置位信号和复位信号，控制所述翻转触发器 强制输出用于关闭所述片上系统电源的信号。
5、 根据权利要求4所述的安全开关机方法，其特征在于， 步骤A具体为在按键开机后，将翻转触发器的置位信号设置为低电平，将翻转触发器的复位信号设置为高电平，使翻转触发器处于强制异步置 位状态，输出用于保持开启所述片上系统电源的信号。步骤C具体为将翻转触发器的置位信号设置为高电平，将翻转触发器 的复位信号设置为低电平，使翻转触发器处于强制异步复位状态，输出用于 关闭所述片上系统电源的信号。
6、 根据权利要求4所述的安全开关机方法，其特征在于，步骤B中，在检测到有中断信号后，在保存数据并退出所有正在运行的 应用程序前，该方法进一步包括设置所述翻转触发器的置位信号，控制所 述翻转触发器处于非强制输出信号状态；待数据保存成功且所有应用程序成功退出后，再设置所述翻转触发器的 复位信号，控制所述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源的信 号。
7、 根据权利要求6所述的安全开关机方法，其特征在于， 所述设置所述翻转触发器的置位信号，控制所述翻转触发器处于非强制输出信号状态的具体方法为将翻转触发器的置位信号设置为高电平，保持 翻转触发器的复位信号为高电平，使翻转触发器处于非强制输出信号状态； 设置所述翻转触发器的复位信号，控制所述翻转触发器强制输出用于关闭所述片上系统电源的信号的具体方法为将翻转触发器的复位信号设置为 低电平，使翻转触发器处于强制异步复位状态，输出用于关闭所述片上系统 电源的信号。
全文摘要
本发明公开了一种片上系统的安全开关机装置，包括单稳态触发单元、翻转触发器、隔离反向单元、控制单元、以及待机电源，其中所述单稳态触发单元具有按键和两个输出端，第一输出端连接片上系统的一个中断输入端，第二输出端连接所述翻转触发器的时钟端；所述翻转触发器的置位信号端和复位信号端分别与片上系统的两个通用输出端连接，输出端连接片上系统电源的控制端；所述控制单元设置在片上系统中。本发明还公开了一种片上系统的安全开关机方法。本发明可通过按键的动作以及对翻转触发器的置位信号和复位信号进行设置控制片上系统电源开关机。利用本发明，可实现以较低的成本在片上系统上实现安全地开关机。
文档编号H03K17/22GK101335514SQ200710118090
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月28日 优先权日2007年6月28日
发明者陈学玉 申请人:北京神州龙芯集成电路设计有限公司