Conception matérielle du sous-système de batterie et d’alimentation

À compter de Windows 8, les concepteurs de matériel système peuvent choisir entre deux topologies matérielles différentes pour les sous-systèmes de batterie et d’alimentation dans leurs plateformes Windows.

Topologies matérielles

En règle générale, Windows attend l’une des deux topologies matérielles pour le sous-système d’alimentation et de chargement.

La première topologie est illustrée dans le diagramme de blocs suivant. Cette topologie, qui est courante dans les PC exécutant Windows 7, utilise un contrôleur incorporé dans la plateforme. Le contrôleur incorporé effectue généralement plusieurs fonctions dans un PC Windows mobile, notamment le contrôle de la source d’alimentation, la gestion de la charge de la batterie, la détection des boutons/commutateurs d’alimentation et l’entrée clavier et souris compatibles PS/2. Le contrôleur incorporé est généralement connecté au silicium du cœur par le biais du bus LPC (Low Pin Count). Windows interroge et est averti des informations du sous-système d’alimentation via l’interface du contrôleur incorporé ACPI.

La deuxième topologie est illustrée dans le diagramme de blocs suivant. Cette topologie utilise un contrôleur de charge de batterie et un composant de jauge de carburant, qui sont connectés directement au silicium principal de la plateforme via un simple bus périphérique, tel que I²C. Dans cette configuration, Windows interroge et est averti des modifications du sous-système d’alimentation via des communications sur le bus I²C. Une région d’opération SPB (Simple Peripheral Bus) permet au code de méthode de contrôle ACPI dans le microprogramme de communiquer avec le contrôleur de charge de la batterie et les composants de jauge de carburant qui sont connectés au silicium du cœur sur un bus I²C.

Opération ACPI avec un contrôleur incorporé

Les plateformes dont la batterie et le sous-système d’alimentation sont connectés au contrôleur incorporé de plateforme classique utilisent la région d’opération du contrôleur incorporé ACPI pour faciliter les communications entre l’environnement de la méthode de contrôle ACPI et le matériel de plateforme.

Le microprogramme ACPI doit définir le contrôleur incorporé dans l’espace de noms ACPI. Cette définition comprend les éléments suivants :

• Un nœud Device() pour le contrôleur incorporé.
• Objet _HID qui indique que l’appareil est un contrôleur incorporé.
• Un _CRS objet pour indiquer les ressources d’E/S du contrôleur incorporé.
• Objet _GPE qui définit la SCI pour le contrôleur incorporé.
• Région d’opération qui décrit les informations contenues dans le contrôleur incorporé qui sont accessibles par un autre code de méthode de contrôle ACPI dans l’espace de noms, y compris les méthodes de status de batterie et d’informations.

Pour plus d’informations, consultez la section 12.11, « Définition d’un périphérique de contrôleur incorporé dans un espace de noms ACPI », dans la spécification ACPI 5.0.

Accès aux informations de batterie à partir du contrôleur incorporé

Les méthodes de contrôle ACPI accèdent aux informations du contrôleur incorporé en lisant les valeurs décrites dans la région d’opération du contrôleur incorporé.

Notification de Windows lorsque l’état de la batterie change (contrôleur incorporé)

Lorsque le contrôleur incorporé détecte une modification de l’état de la batterie, y compris une modification de l’état de charge ou de la capacité restante spécifiée par _BTP, le contrôleur incorporé génère une sci et définit le bit SCI_EVT dans le registre status de commandes (EC_SC) du contrôleur incorporé. Le pilote WINDOWS ACPI, Acpi.sys, communique avec le contrôleur incorporé et émet une commande de requête (QR_EC) pour demander des informations spécifiques sur la notification à émettre. Le contrôleur incorporé définit une valeur d’octet correspondant à la méthode _QXX à exécuter. Par exemple, le contrôleur incorporé et le microprogramme ACPI peuvent définir la valeur 0x33 comme une mise à jour des informations de status de batterie. Lorsque le contrôleur incorporé définit la valeur 0x33 comme notification, Acpi.sys exécute la méthode _QXX. La méthode _QXX émet généralement une commande Notify(0x80) sur le périphérique de batterie de méthode de contrôle dans l’espace de noms.

Consommation énergétique

Une attention particulière doit être prise sur les systèmes de secours modernes pour s’assurer que les objectifs d’autonomie minimale de la batterie pour le mode de secours moderne sont atteints. Sur les systèmes de secours modernes, la puissance nominale consommée par le contrôleur incorporé pour le sous-système d’alimentation et de batterie doit être inférieure à 5 milliwatts. Sur les PC qui utilisent les états d’alimentation S3/S4 traditionnels, assurez-vous que le contrôleur incorporé n’a pas d’impact sur les objectifs d’autonomie de la batterie. Il n’existe aucune exigence d’alimentation nominale spécifique pour les systèmes qui utilisent S3/S4.

Opération ACPI avec un sous-système de charge connecté À SPB

Les plateformes peuvent également connecter la batterie et le sous-système d’alimentation connectés au circuit de puces de base à l’aide d’un bus périphérique simple (SPB) à faible consommation, comme I²C. Dans ces conceptions, la région d’opération ACPI GenericSerialBus est utilisée pour communiquer entre les méthodes de contrôle ACPI et le matériel du sous-système de batterie. La connexion du matériel du sous-système de batterie à une interruption GPIO permet d’exécuter des méthodes de contrôle ACPI lorsque la batterie status change.

Lorsque le matériel du sous-système de batterie et d’alimentation est connecté à l’aide d’I²C, le microprogramme ACPI doit définir les éléments suivants :

• Un nœud Device() pour l’appareil contrôleur GPIO auquel l’interruption I²C est connectée, notamment :
  • _HID objet décrivant l’ID matériel du contrôleur GPIO.
  • Objet _CSR décrivant les ressources matérielles et d’interruption du contrôleur GPIO.
  • _AEI objet qui mappe une ou plusieurs lignes GPIO à l’exécution de la méthode d’événement ACPI. Cela permet aux méthodes ACPI d’être exécutées en réponse aux interruptions de ligne GPIO.
• Un nœud Device() pour le contrôleur I²C auquel la jauge de carburant de la batterie et le matériel de charge sont connectés, notamment :
  • _HID et _CSR objets qui décrivent l’ID matériel et les ressources du contrôleur I²C.
  • Une région d’opération GenericSerialBus dans l’étendue de l’appareil I²C qui décrit les registres de commandes virtuelles pour l’appareil I²C.
  • Définitions de champs dans la région d’opération GenericSerialBus. Les définitions de champ permettent au code ASL en dehors de l’appareil I²C d’accéder aux registres de commandes virtuelles de l’appareil I²C.

La description du contrôleur GPIO et le mappage des lignes GPIO aux événements ACPI permettent d’exécuter des méthodes de contrôle de status de batterie et de notification lorsqu’une interruption GPIO d’un appareil I²C est déclenchée. La description de la région d’opération GenericSerialBus permet au code ACPI pour les status de batterie de communiquer sur le bus I²C et de lire les registres et les informations à partir de la jauge de carburant de la batterie et du sous-système de charge.

Accès aux informations sur la batterie à partir du sous-système de chargement

Les status de batterie peuvent être exécutées par les méthodes de contrôle ACPI en envoyant et en recevant des commandes sur le bus I²C auquel le matériel du sous-système de batterie est connecté. Le code de méthode de contrôle qui sauvegarde les méthodes d’informations statiques status et batterie lit et écrit des données à partir des régions d’opération GenericSerialBus décrites dans l’espace de noms ACPI. Le code de la méthode de contrôle peut lire les données de l’appareil de jauge de carburant ou des informations statiques sur la capacité de la batterie et le nombre de cycles sur le bus I²C via la région d’opération GenericSerialBus.

Notification de Windows lorsque l’état de la batterie change (matériel du sous-système)

Le matériel du sous-système de batterie peut générer une interruption lorsque l’état change, ou à partir d’une ligne GPIO sur le silicium du cœur. La ligne GPIO peut être mappée à une exécution de méthode de contrôle spécifique à l’aide de l’objet _AEI sous le contrôleur GPIO décrit dans ACPI. Lorsque l’interruption GPIO se produit, le sous-système WINDOWS ACPI exécute la méthode associée à la ligne GPIO spécifique, qui peut à son tour émettre une commande Notify() sur le périphérique batterie de méthode de contrôle. Cela amène Windows à réévaluer status et les méthodes d’informations statiques pour mettre à jour la batterie status.

Indicateurs d’alimentation et de charge

Windows fournit une indication de la source d’alimentation et de la batterie status dans le système d’exploitation. Cela est présenté à l’utilisateur à plusieurs endroits, y compris l’icône de la barre d’état de la batterie sur le bureau, dans le menu Démarrer et directement sur l’écran de verrouillage.

Windows 8 plateformes peuvent également présenter à l’utilisateur un indicateur visible de la facturation de status. Les illustrations suivantes illustrent deux exemples d’interface utilisateur. L’indicateur utilisé doit avoir peu d’impact sur la consommation électrique et l’expérience utilisateur.

Éléments de l’interface utilisateur d’alimentation et de chargement Windows

Windows fournit une indication de la source d’alimentation et des status de charge dans trois emplacements clés :

• Sur l’écran de verrouillage. Une icône de batterie avec la source d’alimentation et le status de charge s’affiche.
• Sur l’indicateur d’heure et de date lorsque vous pointez sur le bouton Démarrer. Une icône de batterie avec la source d’alimentation et le status de charge s’affiche.
• Icône de batterie sur le bureau. Une icône de batterie avec la source d’alimentation et le status de charge s’affiche. Plus d’informations sont disponibles lorsque vous cliquez sur l’icône de batterie ; cela inclut la capacité restante, le temps restant estimé et les détails par batterie si le système a plusieurs batteries

. Pour les plateformes de secours modernes, si le système est en S0 et que le couvercle (le cas échéant) n’est pas fermé, Windows allume brièvement l’affichage lorsque le système est connecté au chargeur et que l’alimentation est appliquée. Cela permet aux utilisateurs de voir la plateforme répondre à l’action de connexion du chargeur.

Indicateurs de charge du matériel de plateforme

Les éléments d’interface utilisateur intégrés à Windows répondent aux scénarios dans lesquels Windows est en cours d’exécution et où l’affichage est visible par l’utilisateur. Toutefois, ces indicateurs à l’écran ne sont pas visibles lorsque le système est à l’arrêt, en état d’arrêt, en veille ou si le système n’est pas en cours d’exécution.

Une plateforme peut inclure une LED pour indiquer que l’alimentation est présente. Il est préférable qu’une telle LED ne soit pas placée sur le châssis système. Au lieu de cela, la LED doit être sur la brique d’alimentation, le câble d’alimentation ou le connecteur d’alimentation. Si vous le souhaitez, cette LED peut également indiquer des status de charge à l’utilisateur.

Si une LED est fournie, elle ne doit pas varier en intensité ou en couleur au fil du temps ou sinon clignoter ou clignoter, car cela représente une distraction pour les utilisateurs. Toutefois, il peut changer de couleur pour indiquer status de charge , par exemple, jaune lors du chargement, vert quand le chargement est complet ou rouge lorsqu’une défaillance se produit.

Capacité de la batterie de réserve d’horloge en temps réel

Le maintien d’une heure précise est essentiel pour offrir une expérience utilisateur exceptionnelle. En outre, un délai précis est nécessaire pour se connecter à des services tels que le Microsoft Store. Tous les systèmes Windows doivent conserver une heure précise pendant une période d’au moins quatre semaines, même en cas d’arrêt. En règle générale, cela est effectué en utilisant une batterie de secours distincte pour maintenir l’horloge en temps réel (RTC). Cela n’est pas toujours possible ou pratique sur des facteurs de forme hautement portables.

Les concepteurs de système peuvent utiliser une batterie dédiée ou réserver une partie de la batterie main système. Étant donné les besoins en puissance modestes du RTC, un seuil de réserve relativement faible fournira des garanties qui correspondent aux batteries de secours dédiées qui existent dans les PC d’aujourd’hui.

Recommandations en matière de conception

OSPM fournit une méthode permettant aux concepteurs de système de remplacer l’événement de batterie critique du système d’exploitation Windows. Lorsque la batterie atteint un niveau critique (en milliwatt-heures), tel que défini par la méthode _BIX (Battery Information Extended – Design Capacity for Low) dans l’implémentation de la batterie de la méthode de contrôle, le microprogramme émet une commande Notify au système d’exploitation. À ce stade, Windows effectue un arrêt d’urgence ou une mise en veille prolongée pour préserver l’état du système.

Toutes les conceptions doivent répondre aux exigences suivantes :

• La capacité de conception pour faible dans la méthode _BIX doit être définie sur au moins 675 milliwatt-heures de la capacité de conception complète (en plus de la capacité nécessaire pour effectuer de manière fiable l’action critique).
• La capacité de réserve ci-dessus doit être inférieure à quatre pour cent de la capacité totale de conception.

Performances de charge

Le temps nécessaire pour charger entièrement la batterie du système est une préoccupation pour l’utilisateur. De nombreux systèmes sont facturés pendant la nuit ou pendant d’autres périodes où l’utilisateur n’interagit pas avec le système. Toutefois, lorsque la batterie est complètement vidée et que l’utilisateur souhaite utiliser le système de manière portable, les performances de charge sont une préoccupation principale.

Windows recommande que toutes les plateformes soient capables de charger la batterie du système de 5 % à 90 % dans les quatre heures ou moins lorsque le système est démarré et en veille moderne avec l’écran éteint.

Les concepteurs de systèmes doivent accorder une attention particulière au taux de charge pour les systèmes qui prennent en charge la charge usb (Universal Serial Bus) uniquement. Les systèmes qui ont une charge USB uniquement et une grande capacité de batterie peuvent ne pas répondre aux attentes du client en matière de performances de charge.

Si le chargement USB est requis sur les plateformes avec une grande capacité de batterie (supérieure à 30 watt-heures), le concepteur du système doit également fournir une entrée DC haute puissance et regrouper un chargeur DC haute puissance avec le système. Cela permet également à la batterie de la plateforme d’être chargée pendant une utilisation interactive, ce qui pourrait être impossible en raison de la faible puissance d’entrée et de la consommation d’énergie élevée d’une plateforme de charge USB avec une grande capacité de batterie.