[轉貼]EC與BIOS間的關係和上電原理

阿水

我覺得這個對新手學習理解還是比較不錯  

我自己也是一個新手，深知想深入學習一些東西，還是要從最基本的學習開始，有懂的朋友希望發表一下自己的理解方式，大家一起進步!在我們平時的工作和生活中，總是想挖掘他表面下更深層次的內涵，追求自己遠大的理想，以至於達到最高的境界。下麵結合這篇有關於EC的論述，來瞭解筆記本最底層的EC與電源，與開機的關係，從而提高筆記本的維修理論水準。        

BIOS（基本輸入輸出系統）在整個系統中的地位是非常重要的，它實現了底層硬體和上層作業系統的橋樑。

比如你現在從光碟拷貝一個檔到硬碟，您只需知道“複製、粘貼”的指令就行了，您不必知道它具體是如何從光碟讀取，然後如何寫入硬碟。對於作業系統來說也只需要向BIOS發出指令即可，而不必知道光碟是如何讀，硬碟是如何寫的。

BIOS構建了作業系統和底層硬體的橋樑。而我們平時說的BIOS設定僅僅是談到了其軟體的設定，比如設置啟動順序、禁用/啟用一些功能等等。但這裏有一個問題，在硬體上，BIOS是如何實現的呢？畢竟，軟體是運行在硬體平臺上的吧？這裏我們不能不提的就是EC。      

EC（Embed Controller，嵌入式控制器）是一個16位單片機，它內部本身也有一定容量的Flash來存儲EC的代碼。EC在系統中的地位絕不次於南北橋，在系統開啟的過程中，EC控制著絕大多數重要信號的時序。在筆記本中，EC是一直開著的，無論你是在開機或者是關機狀態，除非你把電池和Adapter完全卸除。在關機狀態下，EC一直保持運行，並在等待用戶的開機資訊。而在開機後，EC更作為鍵盤控制器，充電指示燈以及風扇和其他各種指示燈等設備的控制，它甚至控制著系統的待機、休眠等狀態。主流筆記本系統中"


現在的EC有兩種架構，比較傳統的，即BIOS的FLASH通過X-BUS接到EC，然後EC通過LPC接到南橋，一般這種情況下EC的代碼也是放在FLASH中的，也就是和BIOS共用一個FLASH。右邊的則是比較新的架構，EC和FLASH共同接到LPC匯流排上，一般它只使用EC內部的ROM。至於LPC匯流排，它是INTEL當初為了取代低速落後的X-BUS而推出的匯流排標準。 EC上一般都含有鍵盤控制器，所以也稱KBC。

那EC和BIOS在系統中的工作到底有什麼牽連呢？在這裏我們先簡單的分析一下。在系統關機的時候，只有RTC部分和EC部分在運行。RTC部分維持著電腦的時鐘和CMOS設置資訊，而EC則在等待用戶按開機鍵。在檢測到用戶按開機鍵後，EC會通知整個系統把電源打開，CPU被RESET後，會去讀BIOS內一個特定位元址內的指令（其實是一個跳轉指令，這個位元址是由CPU硬體設定的）。這裏開始分兩種情況，1 CPU發出的這個位址通過FSB到北橋，然後通過HUB-LINK到南橋，通過LPC到EC，再通過X-BUS一直到達BIOS。在CPU讀到所發出的位元址內的指令後，執行它被RESET後的第一個指令。在這個系統中，EC起到了橋接BIOS和南橋（或者說整個系統）的作用，在CPU發出的位址到南橋後，會直接通過LPC到BIOS，不需要EC的橋接。

這裏需要說明的是，對於臺式機而言，一般是不需要EC的。這裏原因有很多：比如臺式機本身的ATX電源就具有一定的智慧功能，他已經能受作業系統控制來實現待機、休眠的狀態；其次由於筆記本的鍵盤不能直接接到PS/2介面，而必須接到EC之上；還有就是筆記本有更多的小功能，比如充電指示燈、WIFI指示燈、Fn等很多特殊的功能，而且筆記本必須支援電池的充放電等功能，而智慧充放電則需要EC的支援；另外，筆記本TFT螢幕的開關時序也必須由EC控制。這些原因導致了筆記本使用EC來做內部管理的必要性。   

總體來說，EC和BIOS都處於機器的最底層。EC是一個單獨的處理器，在開機前和開機過程中對整個系統起著全局的管理。而BIOS是在等EC把內部的物理環境初始化後才開始運行的。     

看到這裏，我想大家也明白EC到底是呵方神聖。如果說BIOS 是底層系統的話，那EC 似乎更加底層。

在南橋上還有一個功能塊就是電源管理單元（PM，Power Management），一般來說，他和EC來共同配合完成。這裏包括從開機鍵按下後，啟動，待機，休眠，關機的全部功能。還包括對背光亮度，聲音等的控制等等。至於現在Intel的Speed Step技術，也有部分功能是透過南橋來實現的（南橋發送SLP、STPCLK（sleep，Stop Clock）來實現睡眠、深睡眠等）。

這部分的設計比較簡單，只需要點到點的連接南橋和CPU即可。

邏輯上的開機過程：

開機過程對於電腦設計是至關重要的。在筆記本電腦打好PCB後第一次開機時，如果電源的時序正確了，其他的問題都比較好解（一般來說時序正確的話機器都能開起來）。最怕的就是電源時序不對，機器開不起來，這才是最要命的。在筆記本內部的電壓有好幾種， 首先是RTC電源，這部分電力是永遠不關閉的，除非電池（紐扣電池）沒電並且沒接任何外部電源（比如電池和電源適配器）。RTC用以保持機器內部時鐘的運轉和保證CMOS配置資訊在斷電的情況下不丟失；其次，在你插上電池或者電源適配器

但還沒按power鍵的時候（S5），機器內部的開啟的電稱為ALWAYS電，主要用以保證EC的正常運行；
再次，你開機以後，所有的電力都開啟，這時候，我們稱為MAIN電(S0)，以供整機的運行；

在你進待機的時候(S3)，機器內部的電成為SUS電，主要是DDR的電力供應，以保證RAM內部的資料不丟失

而休眠(S4)和關機(S5)的電是一樣的，都是Always電。其中，上文中括弧內的是表示電腦的狀態（S0-開機，S3-待機，S4-休眠，S5-關機）。

現在我們假設沒有任何的電力設備在供電（沒電池和電源），這時候，機器內部只有RTC電路在運作，南橋上會接有一個3V的紐扣電池來供給RTC電力，以保持內部時間的運行和CMOS資訊。

南橋的啟動時序

根據前面的Power Status,我們來分析一下開機的過程。在插上電池或者電源的時候，機器內部的單片機EC就Reset並開始工作，等待用戶按下Power鍵。在此期間的時序是：ALWAYS電開啟以後，EC Reset並開始運行，隨後發給南橋一個稱為‘RSMRST#’的信號。這時候南橋的部分功能開始初始化並等待開機信號。這裏要注意，這時候的南橋並沒有打開全部電源，只有很少一部分的功能可用，比如供檢測開機信號的PWRBTN#信號。

在用戶按下Power鍵的時候，EC檢測到一個電平變化（一般時序是：高-低-高），然後發送一個開機信號（PWRBTN#）給南橋，南橋收到PWRBTN#信號後依次拉高SLP_S5#,SLP_S4#,SLP_S3#信號，開啟了所有的週邊電壓，主要是+3V，+5V以及DDR2.5V等，並發送PM PWROK信號，這信號表明週邊電源正常開啟。

PM PWROK將作為一個使能信號發送到CPU週邊VCCP的電壓Generator，並開啟VCCP。在此之後，VCCP Generator會發出CORE_VR_ON來開啟CORE VR（即CPU的核心電壓）。至此，整機的電壓已經全部開啟。

在用VR_PWRGD_ICH這個信號通知南橋CORE VR成功開啟後，南橋會發出PCI RST#信號到PCI匯流排，於是匯流排上的設備都被初始化（包括北橋），並同時發出H_PWRGD來通知CPU它的核心電壓已經成功開啟。然後北橋發出H_CPURST#信號給CPU，CPU被RESET，並正式開始工作。

在用戶需要進入待機模式（S3）的時候，系統的ACPI和windows同時運作，拉低SLP_S3#，並保持SLP_S4#和SLP_S5#被拉高，以關閉了MAIN電，系統則進入待機模式。

而在需要進入休眠或者關機模式時，同時拉低SLP_S3#、SLP_S4#和SLP_S5#，關閉除了RTC以外的電源。當然，在這一系列的過程中，需要作業系統和BIOS的共同協作，對硬體來說，只需要保證在特定的狀態保證特定的電壓供給即可。

當機器要要從S0進入S5，即關機的時候，也會有一定的時序進行，基本上就是前面時序的逆運行。

以上就是整個硬體的開機、進入S3，S5的過程，當然不同的硬體有不同的開機過程，這裏說的不過是最普通、最為常見的一種

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