一种微控制单元以及电子设备

技术领域

本申请涉及芯片技术领域，具体涉及一种微控制单元以及电子设备。

背景技术

MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)芯片的电源系统至关重要，通常希望电源系统以最小的面积来完成功能，以降低成本。

传统MCU的电源一般由LDO(低压差线性稳压器)供电，LDO具有成本低，噪音低，静态电流小等突出优点。但是，无论MCU工作在何种状态，均始终采用该LDO供电，功耗较高。

发明内容

本申请实施例提供一种微处理单元以及电子设备，可以降低微处理单元的功耗。

本申请实施例提供一种微处理单元，该微处理单元包括：第一电源模块；第二电源模块，第二电源模块连接第一电源模块；核心模块，核心模块连接第二电源模块；开关模块，开关模块连接第一电源模块、第二电源模块和核心模块；其中，在上电引导阶段，对第一电源模块上电，第一电源模块对第二电源模块上电，开关模块控制第二电源模块对核心模块供电，第二电源模块控制核心模块进行配置文件写入操作；在工作阶段，开关模块控制第一电源模块或第二电源模块对核心模块供电，其中，第一电源模块驱动能力小于第二电源模块的驱动能力。

在一些实施例中，微处理单元还包括控制模块，控制模块连接第一电源模块和第二电源模块；其中，在上电引导阶段，对第一电源模块上电，第一电源模块对控制模块和第二电源模块上电，控制模块对第二电源模块进行功能配置，在第二电源模块功能配置完成后，第一电源模块使能

第二电源模块，开关模块控制第二电源模块对核心模块供电、第二电源模块控制核心模块进行配置文件写入操作。

在一些实施例中，控制模块包括配置寄存器，控制模块利用配置寄存器对第二电源模块进行功能配置。

在一些实施例中，第一电源模块包括：第一供电引脚，第一供电引脚连接第二电源模块、控制模块和开关模块；第一使能引脚，第一使能引脚连接第二电源模块；复位引脚，复位引脚连接控制模块；时钟引脚，时钟引脚连接控制模块；其中，在上电引导阶段，对第一电源模块上电，在第一时延后，第一供电引脚和复位引脚的电平被拉高，以对第二电源模块和控制模块上电、并对控制模块复位，在第二时延后，时钟引脚的电平被拉高，控制模块开始工作以对第二电源模块进行功能配置，在第二电源模块功能配置完成后，第一使能引脚的电平被拉高以对第二电源模块使能。

在一些实施例中，第一电源模块还包括第一电源引脚，第一电源引脚连接外部电源，以对第一电源模块供电；其中，在上电引导阶段，第一电源引脚的电平被拉高以对第一电源模块上电。

在一些实施例中，第二电源模块包括：第二电源引脚，第二电源引脚连接第一电源模块；第二使能引脚，第二使能引脚连接第一电源模块；配置引脚，配置引脚连接控制模块；指示引脚，指示引脚连接核心模块；第二供电引脚，第二供电引脚连接开关模块；其中，在上电引导阶段，第二电源引脚的电平被拉高以对第二电源模块上电，基于配置引脚接受控制模块的功能配置，在第二电源模块功能配置完成后，在第一电源模块的使能下第二使能引脚的电平被拉高，在第二电源模块启动完成后，指示引脚和第二供电引脚的电平被拉高，在指示引脚的电平被拉高时，核心模块进行配置文件写入操作。

在一些实施例中，第二电源模块的驱动能力大于第一电源模块的驱动能力；其中，在常规工作阶段，开关模块控制第二电源模块对核心模块供电，在低功耗工作阶段，开关模块控制第一电源模块对核心模块供电。

在一些实施例中，开关模块包括：第一开关，第一开关的第一端连接第一电源模块，第一开关的第二端连接核心模块；第二开关，第二开关的第一端连接第二电源模块，第二开关的第二端连接核心模块；其中，在常规工作阶段，第一开关断开、且第二开关导通，在低功耗工作阶段，第一开关导通、且第二开关断开。

在一些实施例中，在上电引导阶段，第二电源模块控制外部存储器对核心模块进行配置文件写入操作。

本申请还提供一种电子设备，该电子设备包括如上述的微处理单元。

本申请实施例提供的微处理单元包括：第一电源模块；第二电源模块，第二电源模块连接第一电源模块；核心模块，核心模块连接第二电源模块；开关模块，开关模块连接第一电源模块、第二电源模块和核心模块；其中，在上电引导阶段，对第一电源模块上电，第一电源模块对第二电源模块上电，开关模块控制第二电源模块对核心模块供电，第二电源模块控制核心模块进行配置文件写入操作；在工作阶段，开关模块控制第一电源模块或第二电源模块对核心模块供电，其中，第一电源模块驱动能力小于第二电源模块的驱动能力。通过上述方式，通过两个电源模块对核心模块供电、且其中一个电源模块由另一个电源模块供电/控制，因此，方便对第二电源模块的启动和关闭进行操控，在核心模块工作在低功耗模式下，可以选择驱动能力较小的一个电源模块对其进行功耗，可以降低微处理单元的整体功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的微处理单元第一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的微处理单元第二实施例的结构示意图；

图3是第一电源模块11一实施例的结构示意图；

图4是第二电源模块12一实施例的结构示意图；

图5是本申请提供的微处理单元第三实施例的结构示意图；

图6是图5一实施例对应的时序图；

图7是本申请提供的电子设备一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

“A和/或B”，包括以下三种组合：仅A，仅B，及A和B的组合。

本申请中“适用于”或“被配置为”的使用意味着开放和包容性的语言，其不排除适用于或被配置为执行额外任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用意味着开放和包容性，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于额外条件或超出所述的值。

在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

参阅图1，图1是本申请提供的微处理单元第一实施例的结构示意图，该微处理单元100包括第一电源模块11、第二电源模块12、核心模块13和开关模块14。其中，第二电源模块12连接第一电源模块11，核心模块13连接第二电源模块12，开关模块14连接第一电源模块11、第二电源模块12和核心模块13。

其中，核心模块13又称为核心或内核(core)，核心是CPU、MCU等处理器最重要的组成部分，处理器所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。以STM32为例，STM32代表ARM Cortex-M内核的32位微控制器，常见的内核有ARM Cortex-M0，M0+，M3，M4和M7内核等。

具体地，在上电引导阶段，外部电源对第一电源模块11上电，第一电源模块11对第二电源模块12上电，开关模块14控制第二电源模块12对核心模块13供电，第二电源模块12控制核心模块13进行配置文件写入操作(option byte load)；在工作阶段，开关模块14控制第一电源模块11或第二电源模块12对核心模块13供电，第一电源模块11和第二电源模块12的驱动能力不同。

其中，配置文件写入操作具体可以包括配置文件的修改。

可以理解地，在上电引导阶段，第一电源模块11由外部电源供电(如PAD供电)，先完成上电，然后由第一电源模块11给第二电源模块12供电，完成第二电源模块12的上电，并在第二电源模块12上电完成后，对核心模块13进行配置文件写入操作。通过这样的方式，由于第一电源模块11是外部电源供电，为常开型(always on)电源模块，而第二电源模块12由第一电源模块11供电，所以第二电源模块12的启动和关闭可以在第一电源模块11的控制下进行，方便对第二电源模块12的启动和关闭进行操控。

可以理解地，在工作阶段，开关模块14可以控制第一电源模块11和第二电源模块12进行切换，由第一电源模块11和第二电源模块12中的任意一者对核心模块13供电。

在本实施例中，由于第一电源模块11和第二电源模块12的驱动能力不同，可以根据核心模块13的实时需求进行切换。可选地，第一电源模块驱动能力小于第二电源模块的驱动能力，例如，在核心模块13工作在低功耗模式下，可以选择驱动能力较弱且功耗较低的第一电源模块11对核心模块13进行供电，在核心模块13工作在高性能(高功耗)模式下，可以选择驱动能力较强且功耗较高的第二电源模块12对核心模块13进行供电，因此，可以降低微处理单元100的整体功耗。

参阅图2，图2是本申请提供的微处理单元第二实施例的结构示意图，该微处理单元100包括第一电源模块11、第二电源模块12、核心模块13、开关模块14和控制模块15。其中，第二电源模块12连接第一电源模块11，核心模块13连接第二电源模块12，开关模块14连接第一电源模块11、第二电源模块12和核心模块13，控制模块15连接第一电源模块11和第二电源模块12。

具体地，在上电引导阶段，外部电源对第一电源模块11上电，第一电源模块11对第二电源模块12和控制模块15上电，控制模块15对第二电源模块12进行功能配置，在第二电源模块12功能配置完成后，第一电源模块11使能第二电源模块12，开关模块14控制第二电源模块12对核心模块13供电，第二电源模块12控制核心模块13进行配置文件写入操作(option byte load)；在工作阶段，开关模块14控制第一电源模块11或第二电源模块12对核心模块13供电，第一电源模块11和第二电源模块12的驱动能力不同。

其中，控制模块15对第二电源模块12进行配置，可以包括第第二电源模块12的输出电压、输出电流、输出功率等参数进行配置。可选地，控制模块15内置有配置寄存器，该配置寄存器中存储有配置参数，在对第二电源模块12进行功能配置时，利用寄存器中存储的配置参数对第二电源模块12进行功能配置。

可以理解地，在上电引导阶段，第一电源模块11由外部电源供电(如PAD供电)，先完成上电，然后由第一电源模块11给第二电源模块12和控制模块15供电，完成第二电源模块12的上电，并在第二电源模块12上电完成后由控制模块15对第二电源模块12进行配置，在配置完成之后对核心模块13进行配置文件写入操作。通过这样的方式，由于第一电源模块11是外部电源供电，为常开型(always on)电源模块，而第二电源模块12由第一电源模块11供电，所以第二电源模块12的启动和关闭可以在第一电源模块11的控制下进行，方便对第二电源模块12的启动和关闭进行操控。

可以理解地，在工作阶段，开关模块14可以控制第一电源模块11和第二电源模块12进行切换，由第一电源模块11和第二电源模块12中的任意一者对核心模块13供电。

在本实施例中，由于第一电源模块11和第二电源模块12的驱动能力不同，可以根据核心模块13的实时需求进行切换，可选地，第一电源模块驱动能力小于第二电源模块的驱动能力，例如，在核心模块13工作在低功耗模式下，可以选择驱动能力较弱且功耗较低的第一电源模块11对核心模块13进行供电，在核心模块13工作在高性能(高功耗)模式下，可以选择驱动能力较强且功耗较高的第二电源模块12对核心模块13进行供电，因此，可以降低微处理单元100的整体功耗。而且，在本实施例中，通过控制模块15来实现在上电引导阶段中对第二电源模块12的上电控制，实现了从第一电源模块11到第二电源模块12的上电引导时序，继而通过第二电源模块12控制对核心模块13进行配置文件写入操作，同时，控制模块15还能实现对第二电源模块12的功能配置。

下面分别对第一电源模块11和第二电源模块12进行介绍。

如图3所示，图3是第一电源模块11一实施例的结构示意图，该第一电源模块11包括第一供电引脚V1、第一使能引脚BODN、复位引脚RSTN和时钟引脚CLK。

其中，第一供电引脚V1连接第二电源模块12、控制模块15和开关模块14；第一使能引脚BODN连接第二电源模块12；复位引脚RSTN连接控制模块15；时钟引脚CLK连接控制模块15。

其中，在上电引导阶段，外部电源对第一电源模块11上电，在第一时延后，第一供电引脚V1和复位引脚RSTN的电平被拉高，因此，第一电源模块11通过第一供电引脚V1对第二电源模块12和控制模块15上电，再通过复位引脚RSTN对控制模块15复位，在第二时延后，时钟引脚CLK的电平被拉高，控制模块15在时钟引脚CLK提供的时钟信号下开始工作以对第二电源模块12进行功能配置，在第二电源模块12功能配置完成后，第一使能引脚BODN的电平被拉高以对第二电源模块12使能。第二电源模块12使能后，第二电源模块12控制核心模块13进行配置文件写入操作(option byte load)。

其中，在工作阶段，开关模块14控制第一电源模块11或第二电源模块12对核心模块13供电，第一电源模块11和第二电源模块12的驱动能力不同。

可选地，第一电源模块11还包括第一电源引脚AVD/AVS，第一电源引脚AVD/AVS连接外部电源，以对第一电源模块11供电；在上电引导阶段，第一电源引脚AVD/AVS的电平被拉高以对第一电源模块11上电。

可选地，在一实施例中，外部电源用于提供3.3V的电压，第一供电引脚V1用于提供0.9V的电压。

如图4所示，图4是第二电源模块12一实施例的结构示意图，该第二电源模块12包括第二电源引脚VCC、第二使能引脚LDO_EN、配置引脚REG_BGP_LV[4:0]、指示引脚LDO_OK和第二供电引脚V2。

其中，第二电源引脚VCC连接第一电源模块11；第二使能引脚LDO_EN连接第一电源模块11；配置引脚REG_BGP_LV[4:0]连接控制模块15；指示引脚LDO_OK连接核心模块13；第二供电引脚V2连接开关模块14。

其中，配置引脚REG_BGP_LV[4:0]主要用于进行BGP配置，这里仅仅是用于举例说明，在其他实施例中，也可以通过其他的配置引脚对第二电源模块12进行配置。

其中，在上电引导阶段，在上电引导阶段，对第一电源模块11上电，第一电源模块11对控制模块15和第二电源模块12上电，第二电源引脚VCC的电平被拉高，基于配置引脚REG_BGP_LV[4:0]接受控制模块15的功能配置，在第二电源模块12功能配置完成后，在第一电源模块11的使能下第二使能引脚LDO_EN的电平被拉高，在第二电源模块12启动完成后，指示引脚LDO_OK和第二供电引脚V2的电平被拉高，在指示引脚LDO_OK的电平被拉高时，核心模块13进行配置文件写入操作。

其中，在工作阶段，开关模块14控制第一电源模块11或第二电源模块12对核心模块13供电，第一电源模块11和第二电源模块12的驱动能力不同。

参阅图5，图5是本申请提供的微处理单元第三实施例的结构示意图，该微处理单元100包括第一电源模块11、第二电源模块12、核心模块13、开关模块14和控制模块15。其中，第二电源模块12连接第一电源模块11，核心模块13连接第二电源模块12，开关模块14连接第一电源模块11、第二电源模块12和核心模块13，控制模块15连接第一电源模块11和第二电源模块12。

其中，第一电源模块11包括第一供电引脚V1、第一使能引脚BODN、复位引脚RSTN和时钟引脚CLK。

其中，第二电源模块12包括第二电源引脚VCC、第二使能引脚LDO_EN、配置引脚REG_BGP_LV[4:0]、指示引脚LDO_OK和第二供电引脚V2。

其中，开关模块14包括第一开关141和第二开关142。

具体地，第一供电引脚V1连接第二电源引脚VCC、控制模块15和第一开关141的第一端，第一开关141的第二端连接核心模块13；第一使能引脚BODN连接第二使能引脚LDO_EN，复位引脚RSTN连接控制模块15，时钟引脚CLK连接控制模块15。配置引脚REG_BGP_LV[4:0]连接控制模块15，指示引脚LDO_OK连接核心模块13，第二供电引脚V2连接第二开关142的第一端，第二开关142的第二端连接核心模块13。

其中，在上电引导阶段，第一电源引脚AVD/AVS的电平被拉高以对第一电源模块11上电，在第一时延后，第一供电引脚V1和复位引脚RSTN的电平被拉高，因此，第一电源模块11通过第一供电引脚V1对第二电源模块12和控制模块15上电，第二电源引脚VCC的电平被拉高，再通过复位引脚RSTN对控制模块15复位，在第二时延后，时钟引脚CLK的电平被拉高，控制模块15在时钟引脚CLK提供的时钟信号下开始工作以基于配置引脚REG_BGP_LV[4:0]对第二电源模块12进行功能配置，在第二电源模块12功能配置完成后，第一使能引脚BODN的电平被拉高以拉高第二使能引脚LDO_EN的电平，对第二电源模块12使能。在第二电源模块12启动完成后，指示引脚LDO_OK和第二供电引脚V2的电平被拉高，在指示引脚LDO_OK的电平被拉高时，核心模块13进行配置文件写入操作。

可选地，其中核心模块13进行配置文件写入操作，是利用外部存储器(如flash)对核心模块13进行配置文件写入操作。

其中，在工作阶段，开关模块14控制第一电源模块11或第二电源模块12对核心模块13供电，第一电源模块11和第二电源模块12的驱动能力不同。

下面结合图6，图6是图5一实施例对应的时序图，具体上电引导流程如下：

1)第一电源引脚AVD(3.3V)开始上电后，第一电源引脚AVD电压大于上升阈值时，复位释放(复位引脚RSTN拉高)；

2)连接到控制模块15的第一供电引脚V1和时钟引脚CLK开始工作，控制模块15开始工作；

3)由于第二电源模块12的配置寄存器是控制模块15配置的，所以当控制模块15开始工作之后一段时间，第二电源模块12配置完成(时序中以REG_BGP_LV[4:0]为例)；

4)第二电源模块12的第二使能引脚LDO_EN被拉高，第二电源模块12启动；

5)第二电源模块12启动后，将指示引脚LDO_OK和第二供电引脚V2拉高，其中第二供电引脚V2是给核心模块13供电的；

6)在指示引脚LDO_OK拉高后开始加载代码选项，当代码选项加载完毕时，产生核心模块13的复位释放；

7)核心模块13启动，上电引导完成。

本实施例提供的微处理单元包括：第一电源模块；第二电源模块，第二电源模块连接第一电源模块；核心模块，核心模块连接第二电源模块；开关模块，开关模块连接第一电源模块、第二电源模块和核心模块；其中，在上电引导阶段，对第一电源模块上电，第一电源模块对第二电源模块上电，开关模块控制第二电源模块对核心模块供电，第二电源模块控制核心模块进行配置文件写入操作；在工作阶段，开关模块控制第一电源模块或第二电源模块对核心模块供电，其中，第一电源模块驱动能力小于第二电源模块的驱动能力。通过上述方式，通过两个电源模块对核心模块供电、且其中一个电源模块由另一个电源模块供电/控制，因此，方便对第二电源模块的启动和关闭进行操控，在核心模块工作在低功耗模式下，可以选择驱动能力较小的一个电源模块对其进行功耗，可以降低微处理单元的整体功耗。

参阅图7，图7是本申请提供的电子设备一实施例的结构示意图，该电子设备200包括如上述实施例中介绍的微处理单元100。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。