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1. 前言 隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，移動(dòng)終端設(shè)備如手機(jī)、PDA、掌上電腦等產(chǎn)品正越來越多地得到廣泛使用。加上目前移動(dòng)終端設(shè)備的處理器性能不斷提高、無線應(yīng)用程序不斷增加、圖形功能越來越先進(jìn)。功能上的增加，導(dǎo)致了移動(dòng)終端產(chǎn)品的功耗越來越大；因此，對電池的提出了更高的性能要求，尤其體現(xiàn)在電池的管理方面，其中包括電池的充電管理和電池的監(jiān)控，這是嵌入式產(chǎn)品開發(fā)中必須考慮的問題。 2. 電池管理芯片介紹 2.1. 電池充電管理芯片bq24032A 電池管理芯片bq24032A支持USB充電和AC充電方式。通過bq24032A對電池進(jìn)行充電。此芯片提供整個(gè)系統(tǒng)的電源輸出。其中電池管理芯片bq24032A 的VBAT接于電池監(jiān)控芯片bq26220的VBAT引腳。PSEL為電源選擇端口，可以用于選擇由那種輸入電源作為主輸入電源（USB或AC）。如果主輸入電源不可用，系統(tǒng)將自動(dòng)采用第二種輸入電源進(jìn)行輸入，電池輸入作為最后的選擇，當(dāng)USB或AC電源不存在時(shí)才選擇使用電池作為供電源。PSEL被設(shè)置為低時(shí)，USB被選擇為主輸入[1]。下圖1為電池管理芯片bq24032A及其外圍電路圖：  圖1 電池管理芯片bq24032A及其外圍電路圖 2.2. 電池監(jiān)控芯片bq26220 bq26220芯片是先進(jìn)的電池設(shè)備監(jiān)控模塊，它可精確地測量充電和放電電流，并支持所有管理電池容量的必要功能，這個(gè)芯片可用于手持電話、 PDA、和另外的便攜式產(chǎn)品中。bq26220芯片和主控制器一起執(zhí)行電池的管理功能，主控制器負(fù)責(zé)將bq26220的數(shù)據(jù)傳送到終端用戶電源管理系統(tǒng)中和接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)。這個(gè)模塊提供64比特通用閃存，8比特的ID ROM，和32比特的RAM存儲(chǔ)空間。這些非易失的存儲(chǔ)空間能夠保存電池的監(jiān)控信息或關(guān)鍵的電池參數(shù)。 其中，BAT為電池電壓檢測輸入端口，這個(gè)引腳被用于檢測和測量電池的電壓值。HDQ為單線HDQ接口，是一個(gè)單線串行通信接口，它是雙向輸入的，負(fù)責(zé)將寄存器的信息傳遞給主控制器，并接收主控制器的信息到寄存器中，電池監(jiān)控芯片bq26220 的HDQ端口接于PXA272處理器的GPIO119端口[2]。下圖2為bq26220芯片原理模塊圖： 圖2 bq26220芯片原理模塊圖 3. 電池驅(qū)動(dòng)模型和驅(qū)動(dòng)初始化過程 Windows CE中包含的樣本設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為兩種類型：單片驅(qū)動(dòng)程序（Monolithic device driver）和分層驅(qū)動(dòng)程序（Layered Device driver）。采用分層開發(fā)模式可以降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，在電池驅(qū)動(dòng)開發(fā)中使用分層驅(qū)動(dòng)開發(fā)模式。 分層驅(qū)動(dòng)程序由兩個(gè)獨(dú)立的層組成：上層是模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（MDD），下層是依賴平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序（PDD）。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)器提供的接口（DDSI）是在PDD中實(shí)現(xiàn)的函數(shù)集，并由MDD調(diào)用。由于微軟提供了所有與MDD模塊相關(guān)的源代碼，所以對這部分不用做任何改動(dòng)，只需將自己的PDD模塊與MDD模塊鏈結(jié)成一個(gè)公用庫即可[3]。MDD通過IoCTLS調(diào)用PDD中的特定函數(shù)來訪問硬件的具體特性。 Windows CE電池驅(qū)動(dòng)要求的MDD函數(shù)包括： Init、Deinit、Open、Close、Read、Write、Seek、PowerDown、PowerUp、IOControl。 Windows CE電池驅(qū)動(dòng)要求的PDD函數(shù)包括： BatteryPDDInitialize、BatteryPDDDeinitialize、BatteryPDDGetStatus、BatteryPDDGetLevels、BatteryPDDSupportsChangeNotification、BatteryPDDPowerHandler、 BatteryPDDResume。 電池驅(qū)動(dòng)初始化過程 在系統(tǒng)上電自檢成功后，上層調(diào)用電池驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)，進(jìn)行電池驅(qū)動(dòng)初始化工作： （1）判斷是否已經(jīng)進(jìn)行中斷事件初始化，如果沒有初始化，則進(jìn)行下面的操作，如果已經(jīng)進(jìn)行了一次初始化，則關(guān)閉事件句柄。 （2）初始化電池全局變量。 （3）如果中斷事件成功，則調(diào)用ResumeThreadProc創(chuàng)建電池線程。在線程的主調(diào)函數(shù)中，設(shè)置電池線程的優(yōu)先級，然后在循環(huán)中等待中斷事 件。 （4）調(diào)用PDD層的初始化函數(shù)BatteryPDDInitialize；在PDD層中，為GPIO寄存器和電源管理寄存器開辟兩段虛擬內(nèi)存。 （5）初始化AC97的寄存器。 （6）初始化存放電池電量值的環(huán)形緩沖區(qū)。 （7）調(diào)用BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數(shù)更新電池電量結(jié)構(gòu)體PSYSTEM POWERSTATUS_ EX2中的數(shù)據(jù)。 4. BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數(shù) BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數(shù)主要獲取系統(tǒng)電源狀態(tài)值。在執(zhí)行過程中是通過調(diào)用BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數(shù)來完成的。而BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數(shù)調(diào)用 BatteryPDDGetStatus函數(shù)以獲取電池狀態(tài)信息，BatteryPDDGetStatus函數(shù)通過調(diào)用GetMainBatteryVoltage獲取主電池電壓值，通過調(diào)用GetPowerDevStatus獲取電池設(shè)備狀態(tài)，并獲取剩余電量的比例值。下圖3為BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖： 圖3 BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖 5. CalcMainBatteryVoltage獲取電池電壓值 bq26220通過BAT端口檢測電池電源，并且通過寄存器BATH-BATL傳遞給上層。這個(gè)BATH（地址＝0x72——從第0比特到第2比特）和BATL低比特寄存器（地址＝0x71——從第0比特到第7比特）包含電池電壓經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。這個(gè)電壓以11比特、2.44mV為步長、并帶有LSB的二進(jìn)制形式表達(dá)出來。BATH寄存器的第3比特代表MSB，BATL的第0比特代表LSB。最大電壓測量范圍為5V。 BATH寄存器的第3比特到第7比特存儲(chǔ)電壓ADC后的偏移量信息，這個(gè)最重要的信息比特是在4比特（第3比特到第7比特）偏移數(shù)據(jù)后的標(biāo)記比特。 LSB獲取修正因子，以μV為單位，主控制器負(fù)責(zé)通LSB 獲取修正因子和偏移量來測量ADC后的電壓值。下面是計(jì)算公式： 正確的＝VBAT×（2.44＋LSB修正因子）－偏移量 計(jì)算舉例如下： 例如：如果真實(shí)的LSB＝＋2.45mV，偏移量＝＋80mV 計(jì)算正確的VBAT： LSB修正因子＝＋10μV＝0.001 mV 偏移量＝＋10 ×8mV＝80 mV 正確的＝VBAT×（2.44＋0.01）－80 程序具體實(shí)現(xiàn)流程如下圖4： 圖4 CalcMainBatteryVoltage函數(shù)流程圖 6. 電池電量計(jì)算方法 原來電池電量百分比顯示的其實(shí)是電壓百分比。可是硬件方面測試發(fā)現(xiàn)，電池電量和電池電壓并非成簡單的線性關(guān)系，因此需要分區(qū)間進(jìn)行百分比的轉(zhuǎn)換校正。常溫下，我們設(shè)備獲得的電池電壓和電量曲線大致如下（圖5）： 圖5 電池電壓和電量的關(guān)系圖 在驅(qū)動(dòng)程序中創(chuàng)建了一個(gè)為16個(gè)字長度的環(huán)形緩沖區(qū)，采樣點(diǎn)數(shù)增加為16個(gè)，這樣可以增加對采樣結(jié)果的可靠性。電池電壓采樣值even_samp為16個(gè)采樣值的和去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值后再取平均值。 在我們的移動(dòng)終端設(shè)備中，電池的最大電壓為559（4.10V），最小電壓為455（3.30V），以圖5中的兩條虛線作為區(qū)間的分界線，可分為4.10V~3.80V，3.80V~3.60V，3.60V~3.30V這三個(gè)區(qū)間，對電池電壓值進(jìn)行分區(qū)間的處理，三個(gè)區(qū)間上的曲線斜率近似為： 4.1V～3.80V：Kl=（100－70）／（4.10－3.80） 3.80V～3.60V：K2=（70－20）／（3.80—3.60） 3.60V～3.30V：K3=20／（3.60－3.30） 4.10V～3.30V：K=100／（4.10－3.30） 在進(jìn)行電池電量百分比的轉(zhuǎn)換時(shí)，當(dāng)我們獲得在559~455區(qū)間內(nèi)的采樣值后，首先獲得原來的百分比值voltage_percent= （even_samp－455） * l00/（559－455）。然后針對不同的區(qū)間進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，得到的電量百分比分別為： 4.10V～3.80V：voltage_ercent+=（4.10－even_samp * 7.5/1024）×（K－K1） 3.80V～3.60V：voltage_percent+=（3.80－even_samp * 7.5/1024）×（K－K2） 3.60V～3.30V：voltage_percent－=（even_samp－3.30V * 7.5/1024）×（K－K3） 通過對以上三個(gè)區(qū)間的分別處理，這樣就獲得了相對正確的電池電量[4]。 7. 小結(jié) 本文介紹了在Windows CE系統(tǒng)中,基于電池充電管理芯片bq24032A和電池監(jiān)控芯片bq26220芯片的電池驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。主要介紹了電池電壓的獲取和電池電量的計(jì)算方法。對電池管理提供了很好的借鑒。 |
