CN102147636A - 一种可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置 - Google Patents

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冯勇
潘达杉
赵信
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Abstract

本发明公开了一种可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置，主要解决了微处理器运行时，传统门控时钟方法中门控单元之前的时钟动态功耗不能降低以及传统门控时钟方法只能在H-tree终端的驱动部件上进行细粒度门控的问题。通过在时钟树的顶端、主干或分支上分别加入该门控装置，对核心时钟、某个时钟域时钟或者某个触发器组的时钟进行控制，实现实时对微处理器动态功耗进行不同粒度的控制，达到降低微处理器动态功耗的效果，弥补了传统微处理器门控时钟设计的不足。

Description

一种可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置
技术领域
本发明涉及一种低功耗微处理器门控时钟装置。
背景技术
传统的门控时钟设计结构中，输入时钟信号经过1级驱动后，驱动多个二级驱动，二级驱动再驱动多个下级驱动……，最后1级驱动点驱动1个或多个门控单元，再由门控单元来驱动触发器等时序单元。控制信号的关闭或打开，分别对应关闭或开启门控单元的输出时钟。在微处理器运行时，该门控方法通过减少门控单元后的时钟动态功耗及所驱动的时序单元的动态功耗来降低芯片的动态功耗，但该方法存在缺陷，微处理器运行时，门控单元之前的时钟动态功耗不能降低；此外只能在H-tree终端的驱动部件上进行细粒度门控。由上可见，在现代多核心微处理器设计中，传统的门控时钟技术有待进一步的完善。
随着制造工艺的不断发展，微处理器芯片的功耗也越来越大，对低功耗设计提出了重大挑战，在这种情况下，传统的门控技术不能很好的满足低功耗的设计需求，微处理器设计者迫切需要寻找更高效的门控方法，在增加少量逻辑的基础上获得更好的低功耗效果。
本发明很好的解决了传统门控时钟设计的缺陷，满足了微处理器设计者的需求，可以在H-tree的不同层次上对芯片的动态功耗进行实时控制，获得了更好的低功耗效果。
发明内容
本发明要解决两类技术问题，一是微处理器运行时，传统门控时钟方法中门控单元之前的时钟动态功耗不能降低；二是传统门控时钟方法只能在H-tree终端的驱动部件上进行细粒度门控。
为解决上述技术问题，本发明实现了一种可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置，在芯片处于运行模式时，支持实时对H-tree不同层次的时钟动态功耗进行控制，同时支持实时对其内部功能部件或子部件进行不同粒度的动态功耗控制。本发明采用如下技术方案实现：建立1级或多级的H-tree中端驱动部件SLCB或终端驱动部件ClockGater，将微处理器内部时钟终端负载按照一定的功能或区域划分成多个集合，每个集合由不同的SLCB或ClockGater组驱动，通过实时产生的控制信号，控制该组SLCB或ClockGater打开或关闭，以此来控制其后的时钟负载是否工作。
本发明实现的可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置，能实时根据微处理器的运行状态和需要处理的任务类型，控制功能部件或子部件是否参与运算。在微处理器处理特定的任务或在处理任务的特定阶段，实时关闭不需要参与运行的功能部件或子部件，从而达到大幅度节省芯片动态功耗的目的。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置结构框图。
图2是本发明中SLCB的结构框图。
图3是本发明中ClockGater的结构框图。
图4是本发明中SLCB输入、输出信号的时序关系图。
图5是本发明中ClockGater输入、输出信号的时序关系图。
图6是可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置的应用实例
具体实施方式
如图1所示，本发明装置包含了一个时钟逻辑单元CLU、一个或多个中端时钟驱动器件SLCB、一个或多个时钟终端驱动部件ClockGater和功能部件或子部件。CLU单元输出的时钟信号，经过一段线延迟或平衡的H树的延迟，到达SLCB单元，如果此时SLCB单元的控制信号为高电平，则该单元输出时钟信号，否则该单元输出一个恒定的低电平。SLCB单元的输出信号经过线延迟或平衡H树延迟，达到ClockGater器件，如果ClockGater单元的控制信号为高电平，则ClockGater输出时钟信号，否则该单元输出一个恒定的低电平信号，ClockGater输出的信号驱动功能部件或其子部件的时钟负载。
如图2所示，增加了门控装置的中端驱动部件SLCB通过粒度控制模块实现了对时钟的控制，当时控制信号为高电平时，SLCB单元直接把时钟输入信号调整后输出，当控制信号为低电平时，SLCB单元输出恒定的低电平信号。
如图3所示，增加了门控装置的ClockGater中包含了两个延迟单元、一个与非门、一个反向器、一个Latch单元和一个与门。当控制信号为高电平时，ClockGater输出正常的时钟脉冲波形；当控制信号为低电平时，ClockGater输出恒定的低电平信号。
图4是SLCB单元的工作波形图，当时控制信号为高电平时，SLCB单元直接把时钟输入信号驱动后输出，当控制信号为低电平时，SLCB单元输出恒定的低电平信号。
图5是ClockGater单元的工作波形图，当控制信号为高电平时，ClockGater输出正常的时钟脉冲波形；当控制信号为低电平时，ClockGater输出恒定的低电平信号。
图6是实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置的应用实例，在二级CACHE的TAG部件中使用了该装置，该部件使用一个单独的SLCB单元，下面四个模块中使用了若干ClockGater。SLCB的门控信号由该部件外的逻辑产生，可实时对SLCB进行控制，当二级CACHE的TAG部件参与当前工作时，SLCB的门控信号开启，SLCB的输出正常的时钟信号，否则门控信号关闭，SLCB输出为低。时钟终端驱动部件ClockGater的门控信号则完全由二级CACHE的TAG部件内部产生，实时关闭或开启ClockGater后的时钟。应用了该装置后可对二级CACHE的TAG部件的H-tree进行不同粒度的控制，节省了大量的动态功耗。

Claims (3)

1.一种可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置，包括微处理器内部的时钟逻辑部件CLU、H-tree中端驱动部件SLCB、H-tree终端驱动部件ClockGater，其特征在于，在H-tree中端驱动部件SLCB和终端驱动部件ClockGater部件中加入控制端。
2.如权利要求l所述的一种可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置，其特征在于，在H-tree中端驱动部件SLCB中加入门控装置，实现对某个功能部件时钟的控制，当SLCB后面的功能部件参与当前的微处理器任务时，该SLCB的输出时钟打开，否则该时钟关闭，如图2所示，该SLCB装置由一个粒度控制部件和一个时钟调节部件构成，粒度控制部件的控制信号根据当前运行的任务实时产生，达到对H-tree进行粗粒度控制的目的。
3.如权利要求1所述的一种可实时对H-tree进行控制的微处理器门控时钟装置，其特征在于，在H-tree终端驱动部件ClockGater中加入门控装置，实现对某个触发器组的控制，当该ClockGater后面的触发器组参与当前的微处理器任务时，该ClockGater的输出时钟打开，否则该时钟关闭，如图3所示的该ClockGater结构图，门控信号由latch锁存一拍后与时钟信号进行与逻辑操作，生成ClockGater的时钟信号，门控信号由该触发器组的相关逻辑实时产生，达到对H-tree进行细粒度控制的效果。
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