EC 的架構 - EC 接腳的功能

EC 的架構
科技的演進，PC系統架構由8位元演進到64位元，處理器和系統裝置的介面也由並列連接改為串列連接。EC和系統的連接介面，也會隨著系統架構變動而改變它的連接介面。因此，在本篇文章以說明EC和系統的連接介面及提供的功能讓初學者更了解EC在系統中扮演的角色。

EC 接腳的功能

EC Pin腳依功能可以分為幾個GROUP -

• LPC interface - 和系統晶片溝通的介面
• Share ROM interface - BIOS/EC式碼的儲存記憶體介面
• KBC interface - 鍵盤控制介面 　　 、
• Power sequence interface - 系統電源管理介面
• Battery control interface - 電池管理介面
• Button function - 開關介面
• External Event function - 週邊裝置的管理介面
• EC power saving function - EC 進入或喚醒深層睡眠的接腳

在詳盡介紹每個Pin的功能之前，先以方塊圖的方式把整個EC所提供的功能列出。

• LPC interface
• lpcLFRAME_L – 用於指示資料傳輸的開始。
• lpcLAD[0:3] – 4 位元寬度的資料傳輸，資料和位址線共同使用此四個位元。
• lpcLCLK – 系統提供給 LPC 的時脈來源   [ 33MHz ]
• lpcLREST_L – PCI Reset 重置訊號。
• lpcSERIRQ – Serialized IRQ 中斷用來通知系統
• lpcCLKRUN_L – 系統軟體要停止某一裝置的CLOCK時使用
• lpcLPCPD_L – 用於硬體要關閉某一裝置使用LPC介面

LPC的Timing圖 –

• Share ROM interface

Share ROM的介面有兩種：一種是ISA介面；另一種是SPI介面。

ISA介面Pin腳簡介

• isaA[0:19] – 位址線。512KB=219需19條位址線A0-A18。1MB=220需20條位址線A0-A19
• isaD[0:7] – Data Lines
• isaCS_L – Chipset enable
• isaRD_L – Read control pin
• isaWR_L – Write control pin

SPI介面Pin腳簡介

• spiMOSI     – Data Out
• spiMISO       – Data In
• spiCLK            – Clock
• spiCS_L          – Chipset Select

• KBC interface

KBC Interface含了內部鍵盤按鍵(X軸及Y軸)掃描的功能、PS/2介面、Keyboard的控制燈號、通知Host的訊息腳位。

PS/2 Interface : (以 Phoenix 的 EC Firmware 為定義 )　

• ps2PSCLK3   – Touchpad clock
• ps2PSDAT3 – Touchpad data
• ps2PSCLK1 – External PS/2 mouse clock
• ps2PSDAT1 – External PS/2 mouse data
• ps2PSCLK2   – External PS/2 keyboard clock
• ps2PSDAT2 – External PS/2 keyboard data

Keyboard的控制燈號 :

• kbcNUMLED_L – Number lock LED
• kbcCAPSLED_L   – Caps lock LED
• kbcSCRLED_L       – Scroll lock LED

通知Host的訊息 :

• kbcSMI_L (System Manager Interrupt) – 在 APM Mode 也就是在 DOS 的作業系統之下，EC 有任何需要通知系統的事件時，會使用 SMI_L_OUT 來通知系統來取得事件。
• kbcSCI_L (System configure interrupt) – 在 ACPI Mode 也就是在 Windoes 的作業系統之下，EC 有任何需要通知系統的事件時，會使用 SCI_L_OUT 來通知系統來取得事件。
• kbcSWI_L (System wakeup interrupt) – 當系統進入 Standby 或 Sleep 的情況之下，EC 會使用 SWI_L_OUT 來喚醒系統。
• kbcGA20 – 這是早期系統留下來的，系統晶片使用位址線 A20 來當控處理器可以存取資料定址的空間，當 A20=0，只能定址在 1MB 以下的記憶體空間，也稱為傳統模式。當 A20=1，就可以完整的存取記憶體空間，稱為保護模式。
• kbcRST_L –  由 keyboard 按 Ctrl + Alt + Del 會利用 KBRST_L_OUT 來重置 CPU ，讓 BIOS 由 0xFFFFFFFF 再頭執行，記憶體和周邊沒有完全重置，所以稱暖開機 (Warm Boot)。

Keyboard Matrix 的掃描介面：

• kbcIN[0:7] – 掃描時讀取每一行的接腳狀態
• kbcOUT[0:15] – 選取掃描的行數，被選取時，相對的KBSOUT 會被拉為低電位。

根據上面的 keyboard matrix，硬體上的連接為 -

kbcIN0 -> Keyboard pin 4 … kbcIN7 -> Keyboard pin 13

kbcOUT0 -> Keyboard pin 1 … kbcOUT15 -> Keyboard pin 24

• Power sequence interface

電源控制Pin腳會隨著不同的南北橋需求或週邊設備而小幅變化，所以針對大部分共有的Pin腳來介紹。

• psqS5_ON – 開關系統由關機狀態被喚醒電源的控制接腳
• psqRSMRST_L – 南橋晶片/系統晶片重置的控制接腳
• psqRAM_ON – 開關系統記憶體電源的控制接腳
• psqRUN_ON – 開關週邊裝置電源的控制接腳
• psqCPU_ON – 開關 CPU 電源的控制接腳

在不同電源狀態下，一般各電源接腳的控制狀態。

	AC mode				DC mode
Sleep	S5	S4	S3	S0	S5	S4	S3	S0
psqS5_ON	ON	ON	ON	ON	OFF	OFF	ON	ON
psqRAM_ON	OFF	OFF	ON	ON	OFF	OFF	ON	ON
psqRUN_ON	OFF	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF	ON
psqCPU_ON	OFF	OFF	OFF	ON	OFF	OFF	OFF	ON

• psqSLEEP_S3_L – 系統晶片用來通知週邊裝置，系統要進入 S3
• psqSLEEP_S4_L – 系統晶片用來通知週邊裝置，系統要進入 S4
• psqSLEEP_S5_L – 系統晶片用來通知週邊裝置，系統要進入 S5。
• psqPOWER_BUTTON_L – 系統電源開關。
• psqAC_PRESENT – 通知系統，AC 電源的狀態。
• psqALL_POWER_GOOD – 所有電源都已經進入穩定狀態。 電源指示LED
• psqPWRLED[0:1] – 用來指示系統現今的電源狀態。

電源方塊圖 :

電源Timing 圖 :

Battery charge/discharge interface

電池介面接腳可分為幾個部分，分別為Selector、Charger及電池介面。Selector是用來選擇那一個電池要接受充放電。Charger控制充電時的充電電壓及充電電流。電池介面 [SMBUS] 用於取得電池的資訊提供給系統去修改指示狀態。

Battery Charger –

• batCC – 這是早期系統還沒有使用 Smart Charger 前，EC需要使用 DAC 的輸出電壓來控制電池的充雷電流。
• batCV – 這是早期系統還沒有使用 Smart Charger 前，EC需要使用 DAC 的輸出電壓來控制電池的充雷電壓。
• batCELL_SET – 這是早期系統還沒有使用 Smart Charger 前，用來選擇電池為3個CELL串接或者4個CELL串接。

電池介面 -

• batTEMP_BAT_L – 在電池內部會有一個 10K 的熱敏電阻到 Ground，可以拿來偵測電池的溫度，也可以拿來偵測電池是否存在。
• batCLK - 電池和系統連接介面(SMBUS) 的 Clock (同步使用)。
• batDATA - 電池和系統連接介面(SMBUS) 的 Data (資料傳送使用)。
• batLED [0:1] - 用來顯示電池的狀態。

Button function

在早期的筆記型電腦上，除了電源按鈕，常可以發現有許多按鈕，做各式各樣的功能。這些按鈕在設計上，通常會使用 EC 內部的 Pull-Up 電阻。依功能可以分為：快速按鈕及裝置控制按鈕。

快速按鈕 – 大多是使用 Microsoft 的快速按鈕的按鍵碼來完成功能。

• qsbMAIL_L - 使用 Microsoft 快速按鍵碼啟動 eMail 應用程式。
• qsbMUTE_L - 使用 Microsoft 快速按鍵碼來使系統靜音。

裝置控制按鈕 –　大多需要加入程式碼去控制裝置。

• qsbRFBTN_L - 開關無線裝置的驅動程式。

External Event function

為了讓筆記型電腦的配備多樣化，常會有許多選配的裝置提供插拔，並使用 EC 來管理這些裝置，這些部分的功能都屬External Event。

• evtLID_L - 偵測筆記型電腦螢幕是否閤上。
• evtBLON - 開關電腦螢幕的背光。
• evtPME_L - 偵測由網路啟動電腦的訊號狀態。
• evtAMP_OFF - 開關系統音量，用於消除電源開關造成的bo bo 聲。
• evtMEDIA_L - 偵測Media Bay [CD ROM/DVDROM]的插拔狀態。
• evtDOCK_L - 偵測 Docking 的插拔狀態。           
• evtFANSIG - 讀取風扇轉速。
• evtBRIGHTNESS - 控制螢幕的亮度。

EC idle function

筆記型電腦在電源關閉且由電池供應系統電源的情況下，會要求EC進入Deep Sleep以達到最省電的狀況。早期的設計為了讓 Firmware 的負擔小一點，會將所有需要啟動系統的訊號並接起來，只要有任何訊號需啟動，都由同一個啟動中斷點通知EC，再由EC去分別那一個訊號造成啟動，再通系統。

現在的線路如果接腳夠多，是可以考慮將所有需要啟動系統的訊號拉到 EC 的Wake-up Pin上，直接由中斷點即可得知是什麼訊號造成系統啟動。