笔记本EC的应用和开机的时序及故障的判断

       BIOS（基本输入输出系统）在整个系统中的地位是非常重要的，它实现了底层硬件和上层操作系统的桥梁。比如你现在从光盘拷贝一个文件到硬盘，您只需知道“复制、粘贴”的指令就行了，您不必知道它具体是如何从光盘读取，然后如何写入硬盘。对于操作系统来说也只需要向BIOS发出指令即可，而不必知道光盘是如何读，硬盘是如何写的。BIOS构建了操作系统和底层硬件的桥梁。而我们平时说的BIOS设定仅仅是谈到了其软件的设定，比如设置启动顺序、禁用/启用一些功能等等。但这里有一个问题，在硬件上，BIOS是如何实现的呢？毕竟，软件是运行在硬件平台上的吧？这里我们不能不提的就是EC。        

     开机控制芯片又称为 EC（Embed Controller，嵌入式控制器）是一个16位单片机，它内部本身也有一定容量的Flash来存储EC的代码。EC在系统中的地位绝不次于南北桥，在系统开启的过程中，EC控制着绝大多数重要信号的时序。在笔记本中，EC是一直开着的，无论你是在开机或者是关机状态，除非你把电池和Adapter完全卸除。在关机状态下，EC一直保持运行，并在等待用户的开机信息。而在开机后，EC更作为键盘控制器，充电指示灯以及风扇和其他各种指示灯等设备的控制，它甚至控制着系统的待机、休眠等状态。主流笔记本系统中，EC在系统架构中的地位如下图：

现在的EC有两种架构，上图左边是比较传统的，即BIOS的FLASH通过X-BUS接到EC，然后EC通过LPC接到南桥，一般这种情况下EC的代码也是放在FLASH中的，也就是和BIOS共用一个FLASH。右边的则是比较新的架构，EC和FLASH共同接到LPC总线上，一般它只使用EC内部的ROM。至于LPC总线，它是INTEL当初为了取代低速落后的X-BUS而推出的总线标准。 EC上一般都含有键盘控制器，所以也称KBC。那EC和BIOS在系统中的工作到底有什么牵连呢？在这里我们先简单的分析一下。在系统关机的时候，只有RTC部分和EC部分在运行。RTC部分维持着计算机的时钟和CMOS设置信息，而EC则在等待用户按开机键。在检测到用户按开机键后，EC会通知整个系统把电源打开，CPU被RESET后，会去读BIOS内一个特定地址内的指令（其实是一个跳转指令，这个地址是由CPU硬件设定的）。这里开始分两种情况，对于上图左边的结构：CPU发出的这个地址通过FSB到北桥，然后通过HUB-LINK到南桥，通过LPC到EC，再通过X-BUS一直到达BIOS。在CPU读到所发出的地址内的指令后，执行它为RESET后的第一个指令。在这个系统中，EC起到了桥接BIOS和南桥（或者说整个系统）的作用，对于上图右边的结构：在CPU发出的地址到南桥后，会直接通过LPC到BIOS，不需要EC的桥接。     

        这里需要说明的是，对于台式机而言，一般是不需要EC的。这里原因有很多：比如台式机本身的ATX电源就具有一定的智能功能，他已经能受操作系统控制来实现待机、休眠的状态；其次由于笔记本的键盘不能直接接到PS/2接口，而必须接到EC之上；还有就是笔记本有更多的小功能，比如充电指示灯、WIFI指示灯、Fn等很多特殊的功能，而且笔记本必须支持电池的充放电等功能，而智能充放电则需要EC的支持；另外，笔记本TFT屏幕的开关时序也必须由EC控制。这些原因导致了笔记本使用EC来做内部管理的必要性。     

        总体来说，EC和BIOS都处于机器的最底层。EC是一个单独的处理器，在开机前和开机过程中对整个系统起着全局的管理。而BIOS是在等EC把内部的物理环境初始化后才开始运行的。     
        看到这里，我想大家也明白EC到底是呵方神圣。如果说BIOS 是底层系统的话，那EC 似乎更加底层。   

        在南桥上还有一个功能块就是电源管理单元（PM，Power Management），一般来说，他和EC来共同配合完成。这里包括从开机键按下后，启动，待机，休眠，关机的全部功能。还包括对背光亮度，声音等的控制等等。至于现在Intel的Speed Step技术，也有部分功能是透过南桥来实现的（南桥发送SLP、STPCLK（sleep，Stop Clock）来实现睡眠、深睡眠等）。

        这部分的设计比较简单，只需要点到点的连接南桥和CPU即可。
        逻辑上的开机过程：
        开机过程对于电脑设计是至关重要的。在笔记本电脑打好PCB后第一次开机时，如果电源的时序正确了，其他的问题都比较好解（一般来说时序正确的话机器都能开起来）。最怕的就是电源时序不对，机器开不起来，这才是最要命的。在笔记本内部的电压有好几种，首先是RTC电源，这部分电力是永远不关闭的，除非电池（纽扣电池）没电并且没接任何外部电源（比如电池和电源适配器）。RTC用以保持机器内部时钟的运转和保证CMOS配置信息在断电的情况下不丢失；其次，在你插上电池或者电源适配器，但还没按power键的时候（S5），机器内部的开启的电称为ALWAYS电，主要用以保证EC的正常运行；再次，你开机以后，所有的电力都开启，这时候，我们称为MAIN电(S0)，以供整机的运行；在你进待机的时候(S3)，机器内部的电成为SUS电，主要是DDR的电力供应，以保证RAM内部的资料不丢失；而休眠(S4)和关机(S5)的电是一样的，都是Always电。其中，上文中括号内的是表示计算机的状态（S0-开机，S3-待机，S4-休眠，S5-关机）。

        现在我们假设没有任何的电力设备在供电（没电池和电源），这时候，机器内部只有RTC电路在运作，南桥上会接有一个3V的纽扣电池来供给RTC电力，以保持内部时间的运行和CMOS信息。
        南桥的启动时序
        根据前面的Power Status,我们来分析一下开机的过程。在插上电池或者电源的时候，机器内部的单片机EC就Reset并开始工作，等待用户按下Power键。在此期间的时序是：ALWAYS电开启以后，E C Reset并开始运行，随后发给南桥一个称为‘RSMRST#’的信号。这时候南桥的部分功能开始初始化并等待开机信号。这里要注意，这时候的南桥并没有打开全部电源，只有很少一部分的功能可用，比如供检测开机信号的PWRBTN#信号。

        在用户按下Power键的时候，EC检测到一个电平变化（一般时序是：高-低-高），然后发送一个开机信号（PWRBTN#）给南桥，南桥收到PWRBTN#信号后依次拉高SLP_S5#,SLP_S4#,SLP_S3#信号，开启了所有的外围电压，主要是+3V，+5V以及DDR2.5V等，并发送PM PWROK信号，这信号表明外围电源正常开启。

        PM PWROK将作为一个使能信号发送到CPU外围VCCP的电压Generator，并开启VCCP。在此之后，VCCP Generator会发出CORE_VR_ON来开启CORE VR（即CPU的核心电压）。至此，整机的电压已经全部开启。

        在用VR_PWRGD_ICH这个信号通知南桥CORE VR成功开启后，南桥会发出PCI RST#信号到PCI总线，于是总线上的设备都被初始化（包括北桥），并同时发出H_PWRGD来通知CPU它的核心电压已经成功开启。然后北桥发出H_CPURST#信号给CPU，CPU被RESET，并正式开始工作。

        在用户需要进入待机模式（S3）的时候，系统的ACPI和windows同时运作，拉低SLP_S3#，并保持SLP_S4#和SLP_S5#被拉高，以关闭了MAIN电，系统则进入待机模式。

        而在需要进入休眠或者关机模式时，同时拉低SLP_S3#、SLP_S4#和SLP_S5#，关闭除了RTC以外的电源。当然，在这一系列的过程中，需要操作系统和BIOS的共同协作，对硬件来说，只需要保证在特定的状态保证特定的电压供给即可。

        当机器要要从S0进入S5，即关机的时候，也会有一定的时序进行，基本上就是前面时序的逆运行。
        以上就是整个硬件的开机、进入S3，S5的过程，当然不同的硬件有不同的开机过程，这里说的不过是最普通、最为常见的一种。
EC（Embed Controller，嵌入式控制器）是一个16位单片机，这是笔记本电脑中独具特色的部分，正是因为EC的使用，体现出了笔记本电脑与普通台式电脑的一个重要区别。
   我们知道，在台式电脑中，键盘和鼠标是独立于系统主机的，其一般标准的PS/2或USB端口与主机系统连接。而在笔记本电脑中，为了实现便携的目的。必然要使用内置键盘（矩阵译码型键盘）和内置鼠标（如触摸板、指点杆都属于内置鼠标设备）。为此我们需要专门的键盘控制器，笔记本的专用EC正是具备了这个功能。
    而且，笔记本电脑设计的一个最重要的问题就是要使系统更加省电，增加电池的续航能力，既要有良好的散热性能，又要尽量减少系统的噪音，所以要根据温度，控制CPU风扇的停转。笔记本电脑的一些电源管理，如笔记本进入待机或关机模式，外部电源系统的电力调度。智能电池的电力检测，充放电任务。以及一些实用的快捷按纽。这些重要的功能都是由EC来完成的。
实际上，笔记本的EC是传统的KBC（Keyboard controller，键盘控制器）的延伸，它具备了KBC和嵌入式控制两个部分功能。
EC目前普遍应用在具备智能型节电功能的笔记本电脑设计中，它担负着笔记本内置键盘、触摸板（TOUCHPAD）、笔记本电池智能充放电管理以及温度监控等任务。   

EC在笔记本电脑的便携、智能化、个性化设计中起到了重要的作用。