CN101504559B - 一种apb总线及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种APB总线，降低了时钟树上的各个驱动单元动态跟随根时钟翻转的功耗。该总线包括：根节点时钟树单元，包括至少一级驱动单元，根节点时钟信号pclk_root经过至少一级驱动单元的传递，生成根节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk信号；至少一个时钟门控单元，接收到所述pclk信号后，做出门控的响应，并输出经过门控的信号pclk_gated_root；至少一个子节点时钟树单元，所述单元包括至少一级驱动单元，接收到时钟门控单元输出的信号pclk_gated_root后，经过至少一级驱动单元的传递，生成子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的信号pclk_gated；APB总线寄存器，包括多个寄存器，由pclk_gated信号作为APB总线各寄存器的时钟输入。

Description

一种APB总线及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种总线，尤其是一种APB总线及其实现方法。

背景技术

随着芯片技术的发展，片内互连显得越来越重要。在相当多的设计中，内嵌的微处理器采用ARM公司的APB总线来和片内模块的控制寄存器相连。随着片上系统规模越来越大，各个模块的控制寄存器数量也在迅速的增加，因此消耗的动态功耗也越来越大。因此实现APB总线的低功耗设计能在一定程度上降低整个芯片的功耗。

为了实现这个目的，一般在设计中会采用在物理电路综合的时候利用EDA工具自动在各个寄存器时钟前插入门控单元。其电路如图1所示，大多数寄存器在输入值不需要翻转的时候，时钟被门控了，因此该方法一定程度上可以降低功耗。但是需要注意到，时钟树上的各个驱动单元还是一直在动态的随着根时钟翻转，而这个功耗还是比较大的。

图2是APB总线读写数据时序图，1-3时刻是通过APB总线写寄存器的过程；5-7时刻是通过APB总线读寄存器的过程。容易看到不论读还是写过程，其有效时钟周期只有2个时钟。

因此，如何利用现有APB总线的时序关系并降低时钟树上的各个驱动单元动态跟随根时钟翻转的功耗，成了亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明着眼于利用现有APB总线的时序关系并降低时钟树上的各个驱动单元动态跟随根时钟翻转的功耗，提供了一种全新的APB总线及其实现方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种APB总线。该总线包括：

根节点时钟树单元，包括至少一级驱动单元，根节点时钟信号pclk_root经过至少一级驱动单元的传递，生成根节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk信号；

至少一个时钟门控单元，接收到所述pclk信号后，做出门控的响应，并输出经过门控的信号pclk_gated_root；

至少一个子节点时钟树单元，所述单元包括至少一级驱动单元，接收到时钟门控单元输出的信号pclk_gated_root后，经过至少一级驱动单元的传递，生成子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的信号pclk_gated；

APB总线寄存器，包括多个寄存器，由子节点时钟树单元末端的驱动单元的pclk_gated信号作为APB总线各寄存器的时钟输入。

优选地，还包括至少一个门控使能端单元，其中：

所述门控使能端单元分别与根节点时钟树单元末端的驱动单元和时钟门控单元相连接；由所述驱动单元传递来的pclk信号作为时钟，并经过对APB总线信号的判断后产生门控使能信号psel，然后传送给时钟门控单元作为门控使能信号；时钟门控单元依据所述门控使能信号psel，做出门控的响应。

根据本发明的第二方面，提供了一种APB总线时钟控制方法。该APB总线时钟控制方法包括：

根节点时钟信号pclk_root经过至少一级驱动单元的传递，生成所述根节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk信号；

对子结点时钟树各根端的驱动单元的pclk信号分别进行门控，然后输出经过门控的信号pclk_gated_root；

子结点时钟树对经过门控的信号pclk_gated_root，经过至少一级驱动单元的传递，生成与子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk_gated信号，APB总线各寄存器以此信号作为时钟输入；

其中，在构成时钟树的多级驱动单元的中间结点处分别进行时钟门控，所述时钟树自中间结点处分为根结点时钟树和子结点时钟树两级，所述结点处距离APB总线寄存器和根结点驱动单元至少一级驱动单元。

优选地，所述子结点时钟树各根端的驱动单元的pclk信号和子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk_gated信号同步，并同相位时钟。

本发明提供的APB总线及其时钟控制方法，用相对简单的直接控制的门控逻辑大大降低了APB总线上的所有寄存器的功耗；并且与一般设计中采用EDA工具在寄存器前插门控时钟的方案相比，节省了一定的面积。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，其中：

图1是现有技术寄存器时钟前插入时钟门控单元图；

图2是现有技术APB总线读写数据时序图；

图3是本发明的APB总线时钟结构图；以及

图4是本发明的pclk_gated信号和APB总线的波形图。

具体实施方式

为了实现降低APB总线时钟树上的各个驱动单元动态跟随根时钟翻转的功耗，本发明提供了一种APB总线及其时钟控制方法。接下来具体说明该APB总线及其实现方法。

首先，针对现有技术中存在的问题和缺陷，对本发明的原理方法加以说明。

现有技术中，在APB总线中大多数寄存器输入值不需要翻转的时候时钟被门控，但各个驱动单元却仍没有被门控。APB总线时钟树上的各个驱动单元动态跟随根时钟翻转，这会造成一定的功耗。

因此，实现寄存器输入值不需要翻转时，对其进行时钟门控的同时能对其上端的各级驱动单元也进行时钟门控，便能有效实现APB总线时钟树上的部分驱动单元动态跟随根时钟翻转造成功耗的问题。

本发明的APB总线时钟控制方法包括：在构成时钟树的多级驱动单元的中间结点处分别进行时钟门控，所述时钟树自中间结点处分为根结点时钟树和子结点时钟树两级，所述结点处距离APB总线寄存器和根结点驱动单元至少一级驱动单元。

其中，根节点时钟信号pclk_root经过至少一级驱动单元的传递，生成所述根节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk信号。

对子结点时钟树各根端的驱动单元的pclk信号分别进行门控，然后输出经过门控的信号pclk_gated_root。

子结点时钟树对经过门控的信号pclk_gated_root，经过至少一级驱动单元的传递，生成与子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk_gated信号，APB总线各寄存器以此信号作为时钟输入。

在另一个实施例中，对子结点时钟树各根端的驱动单元的pclk信号分别进行门控之前，先结合标准APB总线中的通用组合逻辑信号进行门控使能判断后产生门控使能信号psel，然后再依据门控使能信号psel进行门控。

图3示出本发明的APB总线时钟结构图。如图3所示，该APB总线包括根节点时钟树单元、至少一个时钟门控单元、至少一个子节点时钟树单元和APB总线寄存器。

根节点时钟树单元包括至少一级驱动单元；根节点时钟信号pclk_root经过至少一级驱动单元的传递，生成根节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk信号。

时钟门控单元接收到所述pclk信号后，做出门控的响应并输出经过门控的信号pclk_gated_root。

子节点时钟树单元包括至少一级驱动单元；接收到时钟门控单元输出的信号pclk_gated_root后，经过至少一级驱动单元的传递，生成子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的信号pclk_gated。

APB总线寄存器包括多个寄存器，由子节点时钟树单元末端的驱动单元的pclk_gated信号，APB总线各寄存器以此信号作为时钟输入。

在一个实施例中，APB总线还包括至少一个门控使能端单元。

该门控使能端单元分别与根节点时钟树单元末端的驱动单元和时钟门控单元相连接；由所述驱动单元传递来的pclk信号作为时钟，并经过对APB总线信号的判断后产生门控使能信号psel，然后传送给时钟门控单元作为门控使能信号；时钟门控单元依据所述门控使能信号psel，做出门控的响应。

在另一个实施例中，进一步地，该门控使能端单元，接收与所述驱动单元传递来的pclk信号，并结合标准APB总线中的通用的组合逻辑信号，经过判断后产生门控使能信号psel。

图4示出本发明的pclk_gated信号和APB总线的波形图。如图4所示，可以很清楚看到信号的传递过程和门控过程。

从本发明中可以看到，将psel信号作为pclk的门控信号，APB总线的时钟只有在psel开始有效的2个时钟周期内才有效。本发明的技术方案有个限制，从图3和图4都可以看出来，从pclk_root到门控信号使能端需要经过时钟树延迟时间(ΔT_{pclk_tree})和psel逻辑延迟(ΔT_psel)。两者总和与门控时钟的使能端和时钟端的建立时间有如下要求：

1)P_{clk_gated}和P_clk为同步，同相位时钟。由于这两个时钟的根节点基本同相位，因此这个要求，很容易在后端时钟树综合时得到满足。

2)ΔT_{pclk_tree}+ΔT_psel＜T_per iod-T_setup，

其中，T_per iod是pclk的周期，T_setup是门控时钟的使能端和时钟端的建立时间。

一般来说，ΔT_{pclk_tree}大概会有3、4ns，ΔT_psel小于1ns，而T_setup＜1ns，因此，对于pclk周期大于6ns都能比较容易的满足。

以上对本发明的具体描述旨在说明具体实施方案的实现方式，不能理解为是对本发明的限制。本领域普通技术人员在本发明的教导下，可以在详述的实施方案的基础上做出各种变体，这些变体均应包含在本发明的构思之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限制。

Claims (11)

1.一种APB总线，包括：

根节点时钟树单元，包括至少一级驱动单元，根节点时钟信号pclk_root经过至少一级驱动单元的传递，生成根节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk信号；

至少一个时钟门控单元，接收到所述pclk信号后，做出门控的响应，并输出经过门控的信号pclk_gated_root；

至少一个子节点时钟树单元，所述至少一个子节点时钟树单元中的任一单元包括至少一级驱动单元，接收到时钟门控单元输出的信号pclk_gated_root后，经过至少一级驱动单元的传递，生成子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的信号pclk_gated；

APB总线寄存器，包括多个寄存器，由子节点时钟树单元末端的驱动单元的pclk_gated信号作为APB总线各寄存器的时钟输入。

2.如权利要求1所述的APB总线，还包括

至少一个门控使能端单元，其中：

所述门控使能端单元分别与根节点时钟树单元末端的驱动单元和时钟门控单元相连接；

由所述驱动单元传递来的pclk信号作为时钟，并经过对APB总线信号的判断后产生门控使能信号psel，然后传送给时钟门控单元作为门控使能信号；

时钟门控单元依据所述门控使能信号psel，做出门控的响应。

3.如权利要求2所述的APB总线，其特征在于：

所述门控使能端单元接收所述根节点时钟树单元末端的驱动单元传递来的pclk信号，并结合标准APB总线中的通用的组合逻辑信号，经过判断后产生门控使能信号psel。

4.如权利要求1所述的APB总线，其特征在于：

所述根节点时钟树单元末端的驱动单元所对应的pclk信号和APB总线各寄存器最邻近的驱动单元的pclk_gated信号同步，并同相位时钟。

5.如权利要求1所述的APB总线，其特征在于：

ΔT_{pclk_tree}+ΔT_psel＜T_period-T_setup，

其中，ΔT_{pclk_tree}是指pclk信号在根时钟树中传递的延迟时间，ΔT_psel是门控使能信号psel的延迟时间，T_period是pclk的周期，T_setup是所述门控时钟的使能端和时钟端的建立时间。

6.如权利要求2至5任一项所述的APB总线，其特征在于：

所述APB总线的时钟信号pclk_root在门控使能信号psel开始有效的2个时钟周期内有效。

7.一种APB总线时钟控制方法，包括：

根节点时钟信号pclk_root经过至少一级驱动单元的传递，生成所述根节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk信号；

对子结点时钟树各根端的驱动单元的pclk信号分别进行门控，然后输出经过门控的信号pclk_gated_root；

子结点时钟树对经过门控的信号pclk_gated_root，经过至少一级驱动单元的传递，生成与子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk_gated信号，APB总线各寄存器以此信号作为时钟输入。

8.如权利要求7所述的APB总线时钟控制方法，还包括：

对子结点时钟树各根端的驱动单元的pclk信号分别进行门控之前，先结合标准APB总线中的通用的组合逻辑信号进行门控使能判断后产生门控使能信号psel，然后再依据门控使能信号psel进行门控。

9.如权利要求7或8任一项所述的APB总线时钟控制方法，其特征在于：

所述子结点时钟树各根端的驱动单元的pclk信号和子节点时钟树单元末端的各驱动单元所对应的pclk_gated信号同步，并同相位时钟。

10.如权利要求8所述的APB总线时钟控制方法，其特征在于：

ΔT_{pclk_tree}+ΔT_psel＜T_period-T_setup，

其中，ΔT_{pclk_tree}是指pclk信号在根时钟树中传递的延迟时间，ΔT_psel是门控使能信号psel的延迟时间，T_period是pclk的周期，T_setup是所述门控时钟的使能端和时钟端的建立时间。

11.如权利要求8和10中任一项所述的APB总线时钟控制方法，

其特征在于：

所述APB总线的时钟信号pclk_root在门控使能信号psel开始有效的2个时钟周期内有效。

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