EC FW - FanControl

Fan Control – 系統風扇控制機制

EC Firmware 對於系統溫度的控管可分為以下三個主要部分：

• 溫度感測與讀取：從 CPU 晶片中讀取即時溫度資訊。
• 風扇控制邏輯：根據不同系統架構判斷最準確或最高的溫度值，進而調整風扇轉速以達到散熱目的。
• 風扇運作狀態監控：定期檢查風扇實際轉速是否落在預期的範圍內，確保硬體正常運作，並在異常時啟動保護機制。

本篇文章將針對上述三個部分的邏輯與實作原理進行詳細說明。

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• 讀取系統溫度：PollingThermal 函式 : PollingThermal 為負責輪詢與監控 CPU 溫度的主要函式，其運作可再細分為以下三個子階段：

• ReadCPUTemp – 讀取 CPU 溫度：透過 DTS（Digital Thermal Sensor）或 Thermal Diode 等方式，讀取 CPU 核心或整體封裝的即時溫度。

• Validate Temperature – 溫度值檢查：證所讀取的溫度數據是否有效，包括過熱異常值（如 TJ 限制）、資料未更新、或失效的感測器狀況。

• Trigger Notification – 異常或變動處理：若溫度變化已跨越預設閾值（如上下階級），則需通知系統並觸發風扇控制調整流程。

ReadCPUTemp 函式 – 溫度讀取流程說明

ReadCPUTemp 是 EC Firmware 中負責讀取 CPU 溫度的主要函式。其執行邏輯如下：

1. 建立 Thermal Diode Table：
   EC Firmware 會預先定義一份 Thermal Diode Table，該表格中包含所有支援的 Thermal Diode 裝置資訊，例如：

   • SMBus 的 Slave Address

   • 對應的 溫度讀取命令（Command）

2. 查詢與傳送溫度讀取指令：
   當 EC 透過 SMBus 介面讀取 CPU 溫度前，會根據目前的 Thermal Index 查詢 Thermal Diode Table，取得對應的 Address 與 Command，並將這些資訊傳送給 Thermal Diode 裝置。

3. 驗證讀取是否成功：

   • 若該組 Slave Address 與 Command 正確，將可成功讀取到有效的 CPU 溫度值。

   • 若讀取失敗（如無回應或回傳無效數據），EC 將自動將 Thermal Index 遞增，指向下一筆表格資料，並於下一次讀取時嘗試另一組裝置位址與指令。

4. 異常處理機制：

   • 若循環嘗試表格中所有支援的 Thermal Diode 組合仍無法成功取得溫度，則判定系統不支援現有設計的 Thermal Diode，需修改 EC Firmware 以納入支援對應的硬體組件。

Thermal Table 如下表 –

model	salve addr	command
model 0: LM75	0x90	0x00
model 1: MAX6657/6648	0x98	0x01
model 2: G781	0x98	0x01
model 3: MIC280 (.05)	0x9C	0x01

溫度監控與風扇控制的進階處理流程

第二階段：驗證 Remote Thermal Diode 的溫度資料

當 EC 透過 Remote Thermal Diode 讀取到 CPU 溫度後，會先判斷數值是否為有效範圍。根據 SMBus 資料格式：

• 0x00 – 0x7F 表示正值（對應溫度為 0°C 至 127°C）

• 0x80 – 0xFF 表示負值（通常不會出現在常見運行環境）

原始設定中，僅接受 10°C 至 127°C 為有效溫度範圍。然而，某些  CPU 在 0°C 環境下開機時，溫度讀值可能低於 10°C。為確保相容性，多數平台會將有效溫度範圍調整為 0°C 至 127°C。

過溫處理：

• 若偵測到 CPU 溫度高於系統定義的 Shutdown 閾值，且該狀況持續 超過 5 秒以上，則：

  • EC Firmware 將主動執行 系統關機（Shutdown），以避免因過熱造成損壞。

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第三階段：溫度變化觸發保護事件（Q-Event）

為使系統能夠即時回應熱變化，EC Firmware 會根據溫度波動觸發相對應的 Q-Event：

• 當系統溫度上升或下降超過預設門檻（例如 ±5°C）時，EC 發送 Q-Event 通知 BIOS。

  • BIOS 可依據此事件執行相應保護動作（如：調整功耗模式、降低亮度、限制 CPU 功能等）。

• 當溫度繼續上升至 100°C，EC 會再度發送一個 Q-Event，明確指示系統必須進行 降頻（Throttling），由 BIOS 執行 CPU 降速操作，以保護系統安全。

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風扇控制邏輯

EC Firmware 採用階數式風扇控制邏輯來因應不同溫度階段，具體如下：

1. 讀取風扇階數設定：

   • 從 ECRAM 中取得 FanxStep（風扇的最大階數），並依此作為風扇轉速變化的基準。

2. 判斷模式與溫度參數：

   • 根據當前所屬模式（如 TJ100、TJ85、Silent Mode 或 Performance Mode），取得每階對應的 上限/下限溫度值。

3. 控制風扇升/降階：

   • 若目前溫度高於所屬階段的 上限溫度，且風扇階數未達最高階，則：

     • 風扇階數 +1

   • 若目前溫度低於所屬階段的 下限溫度，且風扇階數大於 0，則：

     • 風扇階數 -1

EC 即透過這樣的動態調節機制，精準控制風扇轉速，達成降溫與靜音間的平衡。

• 風扇轉速監控 – 利用 Timer 模組

  EC Firmware 透過 MFT16（Multi-Function Timer 16-bit）模組 來精準計算風扇的實際轉速。其原理與運算邏輯如下：

  1. 取得脈波寬度（Pulse Width）

  • 風扇的轉速通常會透過 TACH 回授訊號（Tachometer Feedback）以脈波方式傳回至 EC。

  • EC 使用 Timer 模組的計時功能，偵測從 訊號由 HIGH → LOW 開始計數，直到下次訊號再度由 HIGH → LOW 為止，即完成一次完整脈波週期的測量。

  • 此脈波週期對應到風扇轉動的一部分行程（通常為二分之一圈，視風扇設計而定）。

  2. 計算轉一圈所需時間

  • 假設風扇轉一圈需要 N 個 TACH 脈波，則：

    $$\text{一圈所需時間（秒）}=\text{單一脈波時間}\times N$$

  3. 換算為每分鐘轉速（RPM）

  • 風扇轉速的單位為 RPM（Revolutions Per Minute）。

  • 所以需將「一圈所需時間（秒）」換算成每分鐘可轉幾圈：

    $$\text{RPM} = \frac{60}{\text{一圈所需時間（秒）}} = \frac{60}{\text{Pulse Width} \times N}$$

風扇轉速計算與控制演算法

一、風扇轉速計算公式

EC 利用內建的 Timer 模組 來計算風扇實際轉速，其基本計算公式如下：

1. 單圈時間計算：

$$\text{風扇完成一轉所需時間} = \text{每圈脈波數} \times \left( \frac{1}{32768} \times (0xFFFF - \text{TxCRA/B}) \right)$$

• 32768 為 Timer 時脈頻率（Hz）

• TxCRA/B 為 Timer 計數值（由 MFT 模組取得）

• 每圈所需的 脈波數 視風扇設計而定，常見為 2 脈波／轉

2. RPM（轉速）計算：

$$\text{RPM} = \frac{60}{\text{風扇完成一轉所需時間}}$$

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二、轉速區間表機制

為確保風扇運作在期望範圍內，EC Firmware 根據每 100RPM 的偏差範圍對應建立一份 TxCRA/B 上下限對照表。

• 若計算得出的 TxCRA/B 值落在該對照表的上下限範圍內，則視為轉速正常。

• 若偏離該範圍，表示風扇速度異常，需進行電壓調整或錯誤處理。

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三、風扇轉速控制邏輯（func_FanSpeed 演算法）

func_FanSpeed 為控制風扇速度的核心函式，其邏輯如下：

1. 控制條件判斷：

• 若系統處於 DOS 模式 且執行 PE 測試程式（如風扇驗證工具），則：

  • EC 暫停對風扇的轉速控制，由 PE 程式主導風扇調整。

• 否則進入正常控制流程：

2. 正常控制邏輯：

• EC 讀取當前風扇的實際轉速，並與對照表的範圍進行比較。

• 若轉速低於下限值 → 提高風扇控制電壓（PWM duty up）。

• 若轉速高於上限值 → 降低風扇控制電壓（PWM duty down）。

3. 異常處理（Fail-safe）：

• 若風扇 持續未轉動達 60 秒以上，即便已調整電壓：

  • EC 將直接送出 最高控制電壓（最高 PWM Duty） 強制啟動風扇。

  • 若仍無法轉動 → 判定風扇異常。