Gerenciamento de energia de banda larga móvel (MBB) para plataformas modernas em espera

Artigo
06/19/2023

Um dispositivo de banda larga móvel (MBB) fornece um computador móvel com uma conexão de dados sem fio com um serviço de celular. Um dispositivo MBB dá suporte a uma ou mais tecnologias de rádio celular, como GSM, 3G, CDMA ou LTE. Os dispositivos MBB em plataformas modernas em espera são todos necessários para fornecer o mesmo conjunto de recursos de gerenciamento de energia e implementar a mesma configuração de hardware geral, independentemente das tecnologias de celular específicas compatíveis.

Espera-se que o dispositivo MBB use o USB (Barramento Serial Universal) para se conectar à plataforma em espera moderna e usar o software fornecido pela Microsoft para todas as operações de gerenciamento de energia e conectividade. O Windows inclui um Driver de Classe de Banda Larga Móvel da caixa de entrada, que fornece uma interface padronizada para transferência de dados de banda larga móvel, gerenciamento de conexões e gerenciamento de energia para rádios MBB. As diretrizes a seguir se concentram no gerenciamento de energia para dispositivos MBB integrados dentro do chassi do computador móvel. Dispositivos MBB que se conectam a uma porta USB externa não são discutidos.

Durante o modo de espera moderno (quando a tela estiver desativada), espera-se que o dispositivo MBB esteja em um estado de baixa potência. A quantidade de energia que o dispositivo MBB consome nesse estado de baixa energia depende se o usuário provisionou o dispositivo MBB na rede celular. Se o dispositivo MBB for provisionado e o rádio no dispositivo estiver atualmente habilitado pelo usuário para uma conexão de dados, o dispositivo deverá estar em um modo de suspensão conectada de baixa potência no qual a função USB do dispositivo está no estado de energia do dispositivo D2 (suspender). No entanto, se o dispositivo MBB não tiver sido provisionado na rede ou o usuário tiver desabilitado o rádio para uma conexão de dados, o dispositivo deverá estar em um modo de radio-off de baixa potência. No modo de radio-off, o dispositivo MBB tem apenas energia suficiente aplicada para responder a comandos de host pela interface USB.

A implementação do gerenciamento de energia do dispositivo MBB para uma plataforma em espera moderna baseia-se no seguinte:

O estado de energia de rádio controlado pelo usuário do dispositivo MBB.
O barramento USB suspende e retoma as transições.

O dispositivo MBB deve ser capaz de entrar em um estado D2 de baixa potência (suspender) depois que o rádio MBB é desativado e a interface do barramento USB entra no estado de suspensão. Todas as transições de energia de suspensão e ativação devem ser sinalizadas sobre o barramento USB. Não há suporte para sinalização GPIO fora de banda para iniciar transições de energia do dispositivo MBB ou para interromper o processador main no SoC (Sistema em um Chip) ou silício principal.

Se o rádio no dispositivo MBB estiver habilitado atualmente pelo usuário para uma conexão de dados, o dispositivo deverá ser capaz de usar a sinalização de retomada usb em banda para ativar o SoC ou o silício principal do modo de espera moderno. O SoC ou o silício principal deve ser capaz de acordar de seu estado de energia mais baixo em resposta à sinalização de retomada USB na banda do dispositivo MBB.

Modos de gerenciamento de energia

Espera-se que o dispositivo MBB dê suporte a cinco modos de gerenciamento de energia. Esses modos são uma combinação de estados provisionados, de conectividade e de energia de rádio. Uma transição de um modo para outro é comunicada ao dispositivo diretamente pelo barramento USB por meio de comandos do Driver de Classe de Banda Larga Móvel ou transições de estado do dispositivo USB. As transições entre os modos de gerenciamento de energia não devem usar sinalização GPIO externa.

Os cinco modos de gerenciamento de energia são:

Ativo: O rádio está transmitindo dados ativamente ou está conectado ativamente à rede celular.
Suspensão conectada: O rádio é provisionado na rede e uma conta de usuário está habilitada. A plataforma está em espera moderna. O dispositivo MBB está aguardando os dados da rede ativarem o SoC e também para eventos do SoC. Média entre 2G, 3G, LTE e vários modos DRX.
Radio-off: O rádio é provisionado na rede, mas o Windows ou o usuário desativou o rádio no dispositivo MBB.
Sem assinatura: O usuário não tem uma assinatura ativa.
Sem SIM: O dispositivo não tem SIM.

A tabela a seguir compara os cinco modos de gerenciamento de energia.

Modo de gerenciamento de energia	Estado de energia de rádio	Estado de energia do dispositivo USB (Dx)	Média de consumo de energia	Sair da latência para ativo
Ativo	Ativado	D0	Específico do cenário	N/D
Suspensão conectada	Ativado	D2 (suspensão seletiva)	<= 15 miliwatts (específicos do dispositivo)	USB D2 -> D0 <= 400 milissegundos (especificação USB)
Radio-off	Desativado	D2 (suspensão seletiva)	<= 5 miliwatts	USB D2 –> D0 < 400 milissegundos + aquisição e registro de estação base (específicos para localização e operadora)
Sem assinatura	Desativado	D2 ou D3	<= 3 miliwatts	N/D
Sem SIM	Desativado	D2 ou D3	<= 3 miliwatts	N/D

Nota No modo sem assinatura e no modo sem SIM, um dispositivo MBB pode estar no estado de energia do dispositivo D2 ou D3, dependendo se o dispositivo dá suporte a D3.

O consumo de energia do dispositivo MBB em cada um dos modos de energia mostrados na tabela anterior variará de acordo com a implementação de rádio, o tipo de rede e a distância do ponto de acesso à rede celular. Entre em contato com o fabricante do rádio para obter informações sobre o consumo de energia específico do dispositivo em cada modo de gerenciamento de energia mostrado na tabela anterior.

Mecanismos de gerenciamento de energia de software

Os dois principais mecanismos de gerenciamento de energia de software para o dispositivo MBB são o estado de energia de rádio e o estado de energia da função USB.

Estado de energia de rádio

O driver classe de banda larga do Windows Mobile enviará uma mensagem MBIM_CID_RADIO_STATE para o dispositivo MBB com um comando para ativar ou desativar o estado de energia de rádio de acordo com a preferência do usuário. Quando o usuário desabilita o rádio, o driver de Classe de Banda Larga Móvel enviará a mensagem MBIM_CID_RADIO_STATE com um comando MBIMRadioOff.

Suspensão seletiva de USB

O Driver de Classe de Banda Larga Móvel do Windows é um driver de miniporta NDIS (Especificação de Interface de Driver de Rede) do Windows. O Driver de Classe de Banda Larga Móvel e o NDIS colaboram para gerenciar a potência do dispositivo MBB. O Windows fará a transição da função USB do dispositivo MBB para o estado de suspensão USB (ou, na terminologia do Windows, suspensão seletiva) quando o dispositivo MBB deve estar em um modo de baixa potência. A transição para o estado de suspensão USB é independente do estado de energia de rádio.

O Windows fará a transição do dispositivo MBB para o modo de suspensão conectada (suspensão USB (D2) quando o sistema entrar em espera moderno e o dispositivo for provisionado na rede. Durante o modo de suspensão conectada, o rádio está ativado e espera-se que o dispositivo MBB gere sinalização de ativação de retomada USB e retorne ao estado D0 quando o rádio receber novos dados da rede que correspondam aos padrões de ativação programados ou quando outros eventos de ativação habilitados ocorrerem. O consumo de energia no modo de suspensão conectada variará de acordo com a tecnologia celular e a distância do ponto de acesso à rede celular.

O Windows fará a transição do rádio para o estado D2 (suspensão USB) quando o sistema entrar em espera moderno e o dispositivo for provisionado na rede, mas o usuário tiver definido o estado de energia de rádio como desativado. No modo de radio-off, espera-se que o dispositivo MBB consuma, em média, cinco miliwatts. O diagrama de bloco a seguir mostra o caminho de controle para iniciar a transição do dispositivo MBB para o estado de suspensão USB.

Se o dispositivo MBB não tiver sido provisionado na rede pelo usuário, o Windows fará a transição do dispositivo para o modo sem assinatura (estado D2 ou D3) quando a plataforma entrar em espera moderna. Quando o dispositivo está no modo sem assinatura, seu estado de energia de rádio está sempre desativado. Quando o dispositivo MBB está no modo sem assinatura durante o modo de espera moderno, espera-se que o consumo de energia do dispositivo MBB seja equivalente ao do modo de radio-off. No entanto, o dispositivo MBB ainda deve permanecer fisicamente habilitado no barramento USB durante todo o tempo em que o dispositivo estiver no modo sem assinatura.

Em todos os momentos, independentemente de a plataforma estar em espera moderna, a energia não deve ser removida da parte da função USB do dispositivo MBB. Caso contrário, quando a energia for removida, o dispositivo cairá do barramento USB e fará com que o dispositivo seja relatado como removido de surpresa.

Nota Em plataformas de espera modernas, não há suporte para a execução de driver de terceiros ou firmware ACPI para gerenciar transições do dispositivo MBB entre os modos de gerenciamento de energia descritos anteriormente. Todo o gerenciamento de energia do dispositivo deve ser feito em banda por meio do barramento USB.

Há suporte para firmware de driver e ACPI de terceiros para sensores de SAR (Taxa de Absorção Específica), que alteram a potência do transmissor de rádio MBB em reação à proximidade da antena MBB com o usuário.

Configurações de energia de hardware com suporte

Para atender aos requisitos de gerenciamento de energia de uma plataforma de espera moderna, há suporte para apenas uma configuração de hardware: o dispositivo MBB deve usar USB para se conectar à plataforma. Além disso, o dispositivo MBB conectado a USB deve:

Informe que ele é auto-alimentado e com capacidade de ativação remota no descritor de configuração USB para o dispositivo.
Esteja anexado a um power rail do sistema que será ligado o tempo todo, independentemente de a plataforma estar em espera moderna.

Como não há suporte para a execução de firmware de driver ou ACPI de terceiros para gerenciamento de energia de dispositivo MBB, não deve haver linhas GPIO conectadas do dispositivo MBB ao SoC para uso pelo sistema operacional ou software de driver de terceiros. Todo o gerenciamento de energia do dispositivo MBB deve ser comunicado em banda pelo barramento USB.

Redefinição de módulo MBB

O dispositivo MBB deve passar por uma redefinição quando a plataforma entra no estado de energia do sistema ACPI S5 (desligamento). Esse requisito existe para que o usuário possa redefinir indiretamente o dispositivo MBB se ele não responder selecionando Reiniciar no menu do Windows Power. Além disso, esse requisito garante que o dispositivo MBB possa ser redefinido para detectar um SIM recém-inserido ou removido.

O integrador do sistema deve garantir que o sistema redefina o dispositivo MBB usando um dos seguintes métodos:

Redefinir no firmware UEFI: o firmware UEFI do sistema pode redefinir o dispositivo MBB na inicialização do sistema. Observe que o Windows requer plataformas que têm armazenamento não rotacional (estado sólido) para concluir o POST (auto-teste de energia) dentro de dois segundos. A redefinição do dispositivo MBB não deve fazer com que esse tempo seja excedido.
Remover energia com o power rail comutável: o integrador do sistema pode projetar o roteamento de energia da plataforma para remover a energia do dispositivo MBB quando a plataforma entra no estado S5. A remoção da energia do dispositivo será realizada usando um comutador de energia controlado por GPIO ou colocando o dispositivo MBB em um power rail desabilitado pelo PMIC (IC de gerenciamento de energia) do sistema quando a plataforma entra no estado S5.

Preocupações de ativação

Um dispositivo MBB que está no estado de suspensão USB deve ser capaz de ativar o SoC usando a sinalização de retomada USB. O SoC deve ser capaz de acordar de seu estado ocioso de tempo de execução mais baixo na detecção de um sinal de retomada de suspensão em conformidade com a especificação USB de um dispositivo USB anexado.

Um dispositivo MBB conectado a USB que está localizado dentro do chassi do computador normalmente será auto-alimentado. Ou seja, o dispositivo extrai sua energia de um power rail do sistema em vez do controlador de host USB ao qual está anexado. O motivo para esse requisito é que alguns dispositivos MBB (dependendo da tecnologia da rede celular) exigem mais do que o atual de suspensão alocado pela especificação USB para permanecer conectado à rede durante o modo de suspensão conectada.

Teste e validação

O fornecedor do dispositivo MBB, o integrador do sistema e o designer de SoC devem testar o gerenciamento de energia USB do dispositivo MBB e verificar se ele está funcionando corretamente. Especificamente, o dispositivo MBB deve fazer a transição para o estado de energia do dispositivo D2 (suspensão USB) e permanecer nesse estado durante o modo de espera moderno quando o dispositivo não estiver transmitindo ou recebendo dados ativamente. Além disso, verifique se o dispositivo MBB pode usar a sinalização de retomada USB em banda para ativar o SoC de seu estado ocioso mais profundo quando os dados são transmitidos para o dispositivo MBB pela rede celular.

Lista de verificação de gerenciamento de energia

Os integradores do sistema, os fornecedores de dispositivos MBB e os designers de SoC devem examinar a lista de verificação abaixo para garantir que o design de gerenciamento de energia do sistema seja compatível com Windows 8 e Windows 8.1.

Selecione um dispositivo MBB que implementa o suporte para o Driver de Classe de Banda Larga Móvel do Windows e o MBIM (Modelo de Interface de Banda Larga Móvel).
O Windows inclui todo o software interno necessário para enumerar, descrever, se comunicar e gerenciar o dispositivo MBB. Nenhum software adicional é necessário ou tem suporte.

Verifique se o dispositivo MBB não requer suporte adicional de software de driver ou firmware no SoC para gerenciamento de energia.
O hardware do dispositivo MBB deve:
- Relate os recursos de ativação remota e auto-alimentados no descritor USB para o dispositivo.
- Seja capaz de usar a sinalização de retomada USB em banda para ativar o SoC quando os dados da rede celular estiverem prontos para processamento.
- Não é necessário nenhuma linha GPIO entre o dispositivo MBB e o SoC para gerar sinalização de ativação ou entrar em modos de baixa potência.
- Não gere velórios USB espúrios em banda. O dispositivo MBB deve ativar o SoC somente quando os padrões programados de correspondência de dados chegarem para o SoC ou outros eventos de ativação habilitados ocorrerem.
O dispositivo MBB deve ser redefinido quando a plataforma entra no estado de energia do sistema S5 (desligamento). O integrador do sistema deve:
- Redefina o módulo MBB no firmware de inicialização UEFI do sistema durante POST. Observe que o Windows requer uma plataforma em espera moderna para concluir POST dentro de dois segundos.
- Coloque o módulo MBB em um power rail desativado quando a plataforma estiver no estado S5. O trilho pode ser desativado por um comutador controlado por GPIO ou pelo PMIC do sistema.
O SoC usado no design da plataforma deve ser capaz de detectar um sinal de retomada USB e acordar de seu estado de energia mais baixo.
Os integradores do sistema devem verificar se o consumo de energia do dispositivo MBB nos modos de radio-off e sem assinatura atende aos requisitos descritos anteriormente.

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