Energieverwaltung für das mobile Breitband (MBB) für moderne Standbyplattformen

Artikel
06/19/2023

Ein mobiles Breitbandgerät (MBB) stellt einem mobilen Computer eine drahtlose Datenverbindung zu einem Mobilfunkdienst bereit. Ein MBB-Gerät unterstützt eine oder mehrere Mobilfunktechnologien wie GSM, 3G, CDMA oder LTE. MBB-Vorrichtungen in modernen Standby-Plattformen müssen alle denselben Satz von Energieverwaltungsfunktionen bereitstellen und dieselbe allgemeine Hardwarekonfiguration implementieren, unabhängig von den spezifischen unterstützten Mobilfunktechnologien.

Es wird erwartet, dass das MBB-Gerät Universal Serial Bus (USB) verwendet, um eine Verbindung mit der modernen Standby-Plattform herzustellen, und Software verwendet, die von Microsoft für alle Konnektivitäts- und Energieverwaltungsvorgänge bereitgestellt wird. Windows enthält einen integrierten Treiber für mobile Breitbandklasse, der eine standardisierte Schnittstelle für die Übertragung mobiler Breitbanddaten, die Verbindungsverwaltung und die Energieverwaltung für MBB-Funkgeräte bereitstellt. Die folgenden Anleitungen konzentrieren sich auf die Energieverwaltung für MBB-Geräte, die in den mobilen Computer integriert sind. MBB-Geräte, die eine Verbindung mit einem externen USB-Anschluss herstellen, werden nicht erläutert.

Während des modernen Standbymodus (wenn der Bildschirm deaktiviert ist), wird erwartet, dass sich das MBB-Gerät in einem Energiesparmodus befindet. Wie viel Strom das MBB-Gerät in diesem Energiesparmodus verbraucht, hängt davon ab, ob der Benutzer das MBB-Gerät im Mobilfunknetzwerk bereitgestellt hat. Wenn das MBB-Gerät bereitgestellt wird und das Funkgerät im Gerät aktuell vom Benutzer für eine Datenverbindung aktiviert ist, sollte sich das Gerät in einem Energiesparmodus mit Verbindung befinden, in dem sich die USB-Funktion des Geräts im Stromzustand des D2-Geräts (Aussetzen) befindet. Wenn das MBB-Gerät jedoch nicht im Netzwerk bereitgestellt wurde oder der Benutzer das Funkgerät für eine Datenverbindung deaktiviert hat, sollte sich das Gerät in einem Energiesparmodus mit deaktiviertem Funkmodus befinden. Bei deaktiviertem Funk verfügt das MBB-Gerät nur über genügend Leistung, um auf Hostbefehle über die USB-Schnittstelle zu reagieren.

Die Implementierung der MBB-Gerätestromverwaltung für eine moderne Standby-Plattform basiert auf den folgenden Faktoren:

Der vom Benutzer kontrollierte Funkenergiemodus des MBB-Geräts.
Der USB-Bus ist angehalten und setzt die Übergänge fort.

Das MBB-Gerät muss in der Lage sein, in einen D2-Energiesparstatus (Aussetzen) zu wechseln, nachdem das MBB-Funkgerät ausgeschaltet wurde und die USB-Busschnittstelle in den Aussetzenstatus wechselt. Über den USB-Bus müssen alle Energiespar- und Reaktivierungsübergänge signalisiert werden. Es gibt keine Unterstützung für die Out-of-Band-GPIO-Signalisierung, um MBB-Gerätestromübergänge zu initiieren oder den Hauptprozessor auf dem System auf einem Chip (SoC) oder Kern zu unterbrechen.

Wenn das Funkgerät im MBB-Gerät derzeit vom Benutzer für eine Datenverbindung aktiviert ist, muss das Gerät in der Lage sein, die In-Band-USB-Reaktivierungssignale zu verwenden, um den SoC oder Kern aus dem modernen Standbymodus zu reaktivieren. Der SoC oder Kern muss als Reaktion auf In-Band-USB-Reaktivierungssignale vom MBB-Gerät aus dem niedrigsten Energiesparzustand reaktiviert werden können.

Energieverwaltungsmodi

Es wird erwartet, dass das MBB-Gerät fünf Energieverwaltungsmodi unterstützt. Diese Modi sind eine Kombination aus bereitgestellten, Konnektivitäts- und Funkenergiezuständen. Ein Übergang von einem Modus zu einem anderen wird direkt über den USB-Bus über Befehle vom Treiber für mobile Breitbandklasse oder über USB-Gerätestatusübergänge an das Gerät übermittelt. Übergänge zwischen Energieverwaltungsmodi dürfen keine externe GPIO-Signalisierung verwenden.

Die fünf Energieverwaltungsmodi sind:

Aktiv: Das Funkgerät sendet aktiv Daten oder ist aktiv mit dem Mobilfunknetz verbunden.
Verbunden, Energie sparen: Das Radio wird im Netzwerk bereitgestellt und ein Benutzerkonto ist aktiviert. Die Plattform befindet sich im modernen Standbymodus. Das MBB-Gerät wartet auf Daten aus dem Netzwerk, um den SoC zu reaktivieren, und auch auf Ereignisse vom SoC. Durchschnitt über 2G, 3G, LTE und verschiedene DRX-Modi.
Funk aus: Das Radio wird im Netzwerk bereitgestellt, aber Windows oder der Benutzer hat den Funk des MBB-Geräts deaktiviert.
Kein Abonnement: Der Benutzer verfügt über kein aktives Abonnement.
No-SIM: Das Gerät verfügt über keine SIM.

In der folgenden Tabelle werden die fünf Energieverwaltungsmodi verglichen.

Energieverwaltungsmodus	Funkleistungszustand	USB-Geräte-Energiezustand (Dx)	Durchschnittlicher Stromverbrauch	Beenden der Latenz für aktiv
Aktiv	Andererseits	D0	Szenariospezifisch	–
Verbunden, Energie sparen	Andererseits	D2 (selektives Anhalten)	<= 15 Milliwatt (gerätespezifisch)	USB D2 -> D0 <= 400 Millisekunden (USB-Spezifikation)
Radio-off	Aus	D2 (selektives Anhalten)	<= 5 Milliwatt	USB D2 -> D0 < 400 Millisekunden + Basisstationserwerb und Registrierung (spezifisch für Standort und Netzbetreiber)
Kein Abonnement	Aus	D2 oder D3	<= 3 Milliwatt	–
No-SIM	Aus	D2 oder D3	<= 3 Milliwatt	–

Hinweis Im Modus ohne Abonnement und ohne SIM kann sich ein MBB-Gerät entweder im D2- oder D3-Gerätestromzustand befinden, je nachdem, ob das Gerät D3 unterstützt.

Der Stromverbrauch des MBB-Geräts in jedem der in der vorherigen Tabelle gezeigten Strommodi variiert je nach Funkimplementierung, Netzwerktyp und Entfernung vom Mobilfunkzugriffspunkt. Wenden Sie sich an den Radiohersteller, um Informationen über den gerätespezifischen Stromverbrauch in jedem Energieverwaltungsmodus in der vorherigen Tabelle zu erhalten.

Software-Energieverwaltungs-Mechanismen

Die beiden primären Software-Energieverwaltungsmechanismen für das MBB-Gerät sind der Funkleistungszustand und der USB-Funktionsenergiezustand.

Funkleistungszustand

Der Windows-Treiber für mobile Breitbandklasse sendet eine MBIM_CID_RADIO_STATE-Meldung mit einem Befehl an das MBB-Gerät, um den Funkenergiezustand je nach Vorstellung des Benutzers ein- oder auszuschalten. Wenn der Benutzer den Funk deaktiviert, sendet der Treiber für mobile Breitbandklasse die MBIM_CID_RADIO_STATE-Meldung mit einem MBIMRadioOff-Befehl.

USB, selektives Anhalten

Der Windows-Treiber für mobile Breitbandklasse ist ein Windows Network Driver Interface Specification (NDIS)-Miniporttreiber. Der Treiber für mobile Breitbandklasse und NDIS arbeiten zusammen, um die Leistung des MBB-Geräts zu verwalten. Windows führt einen Übergang der USB-Funktion des MBB-Geräts in den USB-Angehalten-Zustand durch (oder in der Windows-Terminologie, selektives Anhalten), wenn sich das MBB-Gerät in einem Energiesparmodus befinden soll. Der Übergang in den USB-Angehalten-Zustand ist unabhängig vom Funkstromzustand.

Windows führt einen Übergang des MBB-Geräts in verbunden, Energiesparmodus (Status USB angehalten (D2)) durch, wenn das System in den modernen Standbymodus wechselt und das Gerät im Netzwerk bereitgestellt wird. Während des Ruhezustands mit Verbindung ist der Funk aktiviert, und es wird erwartet, dass das MBB-Gerät USB-Reaktivierungssignale generiert und zum D0-Zustand zurückkehrt, wenn das Radio neue Daten aus dem Netzwerk empfängt, die mit programmierten Reaktivierungsmustern übereinstimmen oder wenn ein anderes Reaktivierungsereignis eintritt. Der Stromverbrauch im verbundenen Energiesparmodus variiert je nach Mobilfunktechnologie und Entfernung vom Mobilfunkzugriffspunkt.

Windows führt einen Übergang des Funks zum Funk-aus-Modus (USB ausgesetzt (D2)) durch, wenn das System in den modernen Standbymodus wechselt und das Gerät im Netzwerk bereitgestellt wird, aber der Benutzer den Funkenergiezustand deaktiviert hat. Im Funk-aus-Modus wird erwartet, dass das MBB-Gerät im Durchschnitt nicht mehr als fünf Milliwatt verbraucht. Das folgende Blockdiagramm zeigt den Steuerelementpfad zum Initiieren des Übergangs des MBB-Geräts zum USB-Anhaltezustand.

Wenn das MBB-Gerät vom Benutzer nicht im Netzwerk bereitgestellt wurde, führt Windows einen Übergang des Gerät in den Modus "Kein Abonnement" (D2 oder D3) durch, wenn die Plattform in den modernen Standbymodus wechselt. Wenn sich das Gerät im Modus ohne Abonnement befindet, ist sein Funkenergiezustand immer deaktiviert. Wenn sich das MBB-Gerät während des modernen Standbymodus im Modus ohne Abonnement befindet, sollte der Stromverbrauch des MBB-Geräts dem des Funk-aus-Modus entsprechen. Das MBB-Gerät muss jedoch während der gesamten Zeit, in der sich das Gerät im Kein-Abonnement-Modus befindet, weiterhin physisch auf dem USB-Bus aktiviert bleiben.

Unabhängig davon, ob sich die Plattform im modernen Standbymodus befindet, darf die Stromversorgung der USB-Funktion des MBB-Geräts unter keinen Umständen aufgehoben werden. Andernfalls wird das Gerät, wenn die Stromversorgung aufgehoben wird, im USB-Bus entfern und als überraschend entfernt gemeldet.

Hinweis Auf modernen Standby-Plattformen gibt es keine Unterstützung für die Ausführung von Treibern oder ACPI-Firmware von Drittanbietern, um Übergänge des MBB-Geräts zwischen den zuvor beschriebenen Energieverwaltungsmodi zu verwalten. Die gesamte Energieverwaltung des Geräts muss in-Band über den USB-Bus erfolgen.

Drittanbietertreiber und -ACPI-Firmware wird für SAR-Sensoren (spezifische Absorptionsrate) unterstützt, die die MBB-Funksenderleistung als Reaktion auf die Nähe der MBB-Antenne zum Benutzer ändern.

Energiekonfiguration für unterstützte Hardware

Um die Energieverwaltungsanforderungen einer modernen Standbyplattform zu erfüllen, wird nur eine Hardwarekonfiguration unterstützt – das MBB-Gerät muss USB verwenden, um eine Verbindung mit der Plattform herzustellen. Darüber hinaus muss das USB-verbundene MBB-Gerät folgende Punkte erfüllen:

Es muss im USB-Konfigurationsdeskriptor für das Gerät melden, dass es über eine eigene Stromquelle verfügt und remote reaktiviert werden kann.
Es muss an einer Netzstromschiene angeschlossen sein, die jederzeit eingeschaltet ist, unabhängig davon, ob die Plattform im modernen Standbymodus ist.

Da es keine Unterstützung für die Ausführung von Treiber- oder ACPI-Firmware von Drittanbietern für die MBB-Geräteenergieverwaltung gibt, dürfen keine GPIO-Leitungen vom MBB-Gerät an den SoC für die Verwendung durch das Betriebssystem oder die Treibersoftware von Drittanbietern angeschlossen sein. Die gesamte Energieverwaltung des MBB-Geräts muss in-Band über den USB-Bus kommuniziert werden.

MBB-Modulrücksetzung

Das MBB-Gerät muss eine Zurücksetzung durchlaufen, wenn die Plattform zum Systemenergiezustand ACPI S5 (Herunterfahren) wechselt. Diese Anforderung gilt, damit der Benutzer das MBB-Gerät indirekt zurücksetzen kann, wenn es nicht reagiert, indem er im Windows-Energiemenü "Neustart" auswählt. Darüber hinaus stellt diese Anforderung sicher, dass das MBB-Gerät zurückgesetzt werden kann, um eine neu eingefügte oder entfernte SIM zu erkennen.

Der Systemintegrator sollte sicherstellen, dass das System das MBB-Gerät mithilfe einer der folgenden Methoden zurücksetzt:

Zurücksetzen in der UEFI-Firmware: Die UEFI-System-Firmware kann das MBB-Gerät beim Systemstart zurücksetzen. Beachten Sie, dass Windows es erforderlich macht, dass Plattformen mit drehungsfreiem Speicher (Solid State) den Selbsttest (Power-On Self Test, POST) innerhalb von zwei Sekunden abschließen. Das Zurücksetzen des MBB-Geräts darf nicht dazu führen, dass diese Zeit überschritten wird.
Stromversorgung über die umschaltbare Stromschiene deaktivieren: Der Systemintegrator kann die Plattform-Stromversorgung so konzipieren, dass die Stromversorgung des MBB-Geräts aufgehoben wird, wenn die Plattform in den S5-Status wechselt. Das Aufheben der Stromversorung des Geräts erfolgt mithilfe eines GPIO-gesteuerten Stromschalters oder durch Platzieren des MBB-Geräts an einer Stromschiene, die von der System-Energieverwaltung-IC (PMIC) deaktiviert wird, wenn die Plattform in den S5-Status wechselt.

Aktivierungsbedenken

Ein MBB-Gerät, das sich im USB-Aussetzen-Zustand befindet, muss den SoC über USB-Fortsetzungssignale reaktivieren können. Der SoC muss bei Erkennung eines USB-spezifikationskonformen Reaktiviereungssignals von einem angeschlossenen USB-Gerät aus dem niedrigsten Laufzeit-Leerlaufzustand reaktiviert werden können.

Ein USB-verbundenes MBB-Gerät, das sich innerhalb des Computergehäuses befindet, verfügt in der Regel über eine eigene Stromversorgung. Das heißt, das Gerät bezieht seinen Strom von einer Systemstromschiene anstelle vom USB-Hostcontroller, mit dem es verbunden ist. Der Grund für diese Anforderung besteht darin, dass einige MBB-Geräte (abhängig von der Mobilfunktechnologie) mehr als den durch die USB-Spezifikation zugewiesenen Reaktivierungsstrom erfordern, um während des Energiesparmodus mit Verbindung mit dem Netzwerk verbunden zu bleiben.

Testen und Validieren

Der Anbieter des MBB-Geräts, der Systemintegrator und der SoC-Designer sollte die USB-Energieverwaltung des MBB-Geräts testen und überprüfen, ob es ordnungsgemäß funktioniert. Insbesondere sollte das MBB-Gerät einen Übergang zum D2-Geräteenergiezustand (USB-Aussetzen) durchführen und während des modernen Standbymodus in diesem Zustand bleiben, wenn das Gerät nicht aktiv Daten sendet oder empfängt. Stellen Sie außerdem sicher, dass das MBB-Gerät die in-Band USB-Reaktivierungssignale verwenden kann, um den SoC aus dem tiefsten Leerlaufzustand zu reaktivieren, wenn Daten über das Mobilfunknetzwerk an das MBB-Gerät übertragen werden.

Prüfliste für die Energieverwaltung

Systemintegratoren, MBB-Geräteanbieter und SoC-Designer sollten die nachstehende Prüfliste überprüfen, um sicherzustellen, dass ihr System-Energieverwaltungsdesign mit Windows 8 und Windows 8.1 kompatibel ist.

Wählen Sie ein MBB-Gerät aus, das Unterstützung für den Windows-Treiber für mobile Breitbandklasse und das Mobile Broadband Interface Model (MBIM) implementiert.
Windows enthält die gesamte integrierten Software, die zum Aufzählen, Beschreiben, Kommunizieren mit und die Energieverwaltung des MBB-Geräts erforderlich ist. Es wird keine zusätzliche Software benötigt oder unterstützt.

Stellen Sie sicher, dass Ihr MBB-Gerät keine zusätzliche Treibersoftware oder Firmwareunterstützung auf dem SoC für die Energieverwaltung erfordert.
Für die MBB-Gerätehardware müssen folgende Punkte gelten:
- Es meldet die selbstgesteuerten und Remote-Reaktivierungsfunktionen im USB-Deskriptor für das Gerät.
- Es kann die in-Band USB-Reaktivierungssignale nutzen, um den SoC zu reaaktivieren, wenn Daten aus dem Mobilfunknetzwerk für die Verarbeitung bereit sind.
- Es darf keine GPIO-Leitungen zwischen dem MBB-Gerät und dem SoC benötigen, um die Reaktivierungssignale zu generieren oder in einen Energiesparmodus zu wechseln.
- Es darf keine falschen in-Band USB-Reaktivierungen generieren. Das MBB-Gerät darf den SoC nur dann reaktivieren, wenn Daten für den SoC eingehen, die programmierten Mustern entsprechen, oder ein anderes aktiviertes Reaktivierungsereignis eintritt.
Das MBB-Gerät muss eine Zurücksetzung durchlaufen, wenn die Plattform zum Systemenergiezustand ACPI S5 (Herunterfahren) wechselt. Der Systemintegrator muss folgende Punkt durchführen:
- Das MBB-Modul in der System-UEFI-Start-Firmware während der POST zurücksetzen. Beachten Sie, dass Windows erwartet, dass eine moderne Standbyplattform zwei Sekunden benötigt, um den POST abzuschließen.
- Das MBB-Modul auf einer Stromschiene platzieren, die deaktiviert wird, wenn sich die Plattform im S5-Zustand befindet. Die Schiene kann durch einen GPIO-gesteuerten Schalter oder durch das System-PMIC ausgeschaltet werden.
Der im Plattformdesign verwendete SoC muss in der Lage sein, ein USB-Reaktivierungssignal zu erkennen und sich aus seinem niedrigsten Leistungszustand zu reaktivieren.
Systemintegratoren sollten überprüfen, ob der Stromverbrauch des MBB-Geräts im Funk-aus-Modus und im Modus ohne Abonnement die zuvor beschriebenen Anforderungen erfüllt.

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