CN102183902B - 一种自适应门控电源控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应门控电源控制器，包括用于检测受控电路的输入输出信号的活性状态，并确定出当前电路信号权重值的输入输出检测电路，和与输入输出检测电路相连的用于根据当前电路信号权重值，计算受控电路的当前状态值，从而判断受控电路的工作状态，当判断为受控电路处于休眠状态时，则输出相应的关闭控制信号给电源门控开关和受控电路的电路状态计算单元。本发明通过对当前输入输出信号的活性状态检测，进而判断的电路工作状态，当处于休眠状态时，则生成控制信号控制电源门控开关，从而实时地自适应控制电路的门控电源，进而减小受控电路在休眠状态下由栅极漏电流和亚阈值漏电流引起的静态泄露功耗。

Description

一种自适应门控电源控制器

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种自适应门控电源控制器及自适应门控电源控制方法。

背景技术

近几十年来，集成电路技术不断发展进步，工艺进步较快。随着工艺的发展，器件特征尺寸缩小，电路集成度不断提高，集成电路芯片的功耗密度不断提高，芯片散热和稳定性也随之成为问题。在这种情况下，集成电路低功耗设计技术出现，并逐渐发展进步，集成电路芯片功耗得以使用低功耗技术降低，不仅有利于集成电路的集成度的提高，也利于能耗的下降。

低功耗技术分为版图级、电路级、逻辑门级、RTL(Register Transfer Level，寄存器传输级)、结构级和系统级，门控电源技术是低功耗技术中的一种，属于电路级低功耗技术。集成电路在稳态情况下，输入输出不再变化，电路的功耗主要由泄漏功耗和直通功耗构成，门控电源技术通过关闭电路的电源，有效的降低了在电路处于稳态时的静态功耗。通常的门控电源设计包括高阈值门控管，开关Vdd(数字信号电源)或者Vss(数字电源地)，还有隔离单元和保持寄存器，以及控制器。通常情况下，对电源门控的管理通过软件的方法实现，根据电路的工作状态，以软件的方式实现不同工作状态之间的切换。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，提供一种自适应门控电源控制器及自适应门控电源控制方法，通过对输入输出信号的检测判断电路的工作状态，以硬件方式实现更精细的门控电源控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种自适应门控电源控制器，包括：

输入输出信号检测单元，用于检测受控电路的输入输出信号的活性状态，并根据所述输入输出信号的活性状态确定当前电路信号权重值；

电路状态计算单元，与所述输入输出信号检测单元相连，用于根据所述权重值计算所述受控电路的当前状态值，并根据所述当前状态值判断所述受控电路的是否处于休眠状态，如是，则生成相应的关闭控制信号控制受控电路和电源门控开关。

进一步地，所述输入输出信号的活性状态即输入输出信号跳变的可能性。

进一步地，所述自适应门控电源控制器还包括：

输入请求检测单元，与所述电路状态计算单元相连，用于对所述电路状态计算单元输出的关闭控制信号进行延时，并检测所述受控电路的输入信号，根据所述输入信号和所述关闭控制信号，判断所述受控电路是否有输入请求，如是，则生成相应的唤醒请求，并发送给所述电路状态计算单元；

所述电路状态计算单元根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号控制所述受控电路和电源门控开关。

进一步地，所述输入输出信号检测单元包括：

寄存器，用于寄存上一时钟周期的信号；

信号比较器，与所述寄存器相连，用于接收所述受控电路的输入输出信号，并将所述输入输出信号与所述上一时钟周期对应的输入和输出信号进行对比，并输出对比结果；

优先级运算逻辑模块，与所述信号比较器相连，用于接收所述信号比较器输出的对比结果，并根据所述对比结果以及所述输入输出信号的优先级，生成相应的权重选择控制信号，并输出所述权重选择控制信号；

权重选择模块，与所述优先级运算逻辑相连，用于接收所述优先级运算逻辑输出的权重选择控制信号，并根据所述权重选择控制信号选择当前电路信号对应的权重，并输出至所述电路状态计算单元。

进一步地，所述电路状态计算单元包括：

电路状态寄存器，用于保存当前电路状态值；

加法器，与所述电路状态寄存器和输入输出信号检测单元相连，用于将所述输入输出信号检测单元输出的权重与所述电路状态寄存器中当前存储的电路状态值相加，并将相加后的结果保存在所述电路状态寄存器中，作为当前电路状态值；

控制信号产生模块，与所述电路状态寄存器和输入请求检测单元相连，用于读取所述电路状态寄存器中存储的所述当前电路状态值，并根据所述当前电路状态值产生相应的关闭控制信号控制受控电路和电源门控开关；当所述受控电路处于休眠状态时，则用于接收所述输入请求检测单元输出的唤醒请求，并根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号控制所述受控电路和电源门控开关。

更进一步地，所述控制信号产生模块包括：

阈值比较器，与所述电路状态寄存器相连，用于读取所述电路状态寄存器内存储的当前电路状态值，并将其与所述阈值比较器内预先设置的阈值进行对比，并输出对比结果；

控制信号产生子模块，与所述阈值比较器和输入请求检测单元相连，用于接收所述阈值比较器输出的对比结果，并根据所述对比结果生成相应的控制信号，即当所述阈值比较器的对比结果为当前电路状态值大于等于所述阈值时，则所述控制信号产生子模块用于生成相应的关闭控制信号控制所述受控电路和电源门控开关；当所述受控电路处于休眠状态时，则用于接收所述输入请求检测单元发送的唤醒请求，并根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号控制所述受控电路和电源门控开关。

进一步地，所述输入请求检测单元包括：延时模块和输入请求生成模块，所述延时电路，与所述控制信号产生子模块和信号比较器相连，用于接收所述控制信号产生子模块输出的关闭控制信号并对其延时，输出延时后的关闭控制信号至所述信号比较器；所述输入请求生成模块与所述信号比较器和延时模块相连，用于接收经过延时后的关闭控制信号和所述信号比较器输出的比较结果，当所述关闭控制信号到来后，根据所述比较结果产生唤醒请求，并发送至所述控制信号产生子模块。

一种自适应门控电源控制方法，包括步骤：

输入输出信号检测单元检测当前时钟周期的受控电路的输入输出信号的活性状态，并根据该输入输出信号的活性状态确定当前电路信号的权重值，并将该权重值发送给电路状态计算单元；

所述电路状态计算单元根据所述权重值计算所述受控电路的当前状态值，并判断所述受控电路是否处于休眠状态，如是，则生成相应的关闭控制信号，并发送给所述受控电路和门控电源开关；

所述门控电源开关响应所述关闭控制信号，即关闭门控电源，所述受控电路进入休眠状态。

进一步地，检测当前时钟周期的受控电路的输入输出活性状态包括步骤：

输入输出信号检测单元的信号比较器接收所述受控电路的输入输出信号；

所述信号比较器将所述输入输出信号与存储在寄存器中的上一时钟周期的信号相比较，如果两者相同，即所述输入输出信号没有跳变，并输出第一对比结果；否则，所述输入输出信号有跳变，输出第二对比结果。

进一步地，所述方法还包括步骤：

当所述受控电路经过最小休眠时间，输入请求检测单元判断所述受控电路是否有输入信号，如是，则所述输入请求单元生成相应的唤醒请求，并发送至电路状态计算单元，否则所述受控电路继续休眠；

所述电路状态计算单元根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号，并发送给所述受控电路和门控电源开关；

所述门控电源开关响应所述唤醒控制信号，即开启门控电源，所述受控电路恢复工作状态。

本发明的有益效果是：本发明的自适应门控电源控制器，包括输入输出检测单元，以及与输入输出检测单元相连的电路状态计算单元，其中，输入输出检测电路用于检测受控电路的输入输出信号的活性状态，并确定出当前电路信号权重值发送给电路状态计算单元，而电路状态计算单元则根据当前电路信号权重值计算受控电路的当前状态值，从而判断受控电路的工作状态，当判断为受控电路处于休眠状态时，则输出相应的关闭控制信号给电源门控开关和受控电路，进而关闭电源门控开关，关闭门控电源。本发明通过对当前输入输出信号的活性状态检测，并根据该信号活性状态来生成对应信号的权重选择控制信号来选择相应的权重值，进而根据该权重值判断的电路工作状态，当处于休眠状态时，则生成关闭控制信号关闭电源门控开关，从而实时地自适应控制电路的门控电源，进而减小受控电路在休眠状态下，栅极漏电流和亚阈值漏电流引起的静态泄露功耗。同时本发明的自适应门控电源控制器中，用户可以通过对的信号权重和计数器阈值的调整实现对电路低功耗程度的控制，以一种硬件的方式实现了一种可配置的自适应门控电源控制器，降低电路非工作状态下的静态泄露功耗。

附图说明

图1为本发明的自适应门控电源控制器的一种实施例的结构示意图；

图2为基于本发明的自适应门控电源控制器的一种实施例的数字电路的结构示意图；

图3为本发明的自适应门控电源控制器的输入输出检测单元的一种实施例的结构示意图；

图4为本发明的自适应门控电源控制器的电路状态计算单元的一种实施例的结构示意图；

图5为本发明的自适应门控电源的控制信号产生模块的一种实施例的结构示意图；

图6为本发明的自适应门控电源的输入请求检测单元的一种实施例的结构示意图；

图7为基于本发明的自适应门控电源控制器的自适应门控电源的控制方法的一种实施例的流程图；

图8为本发明的自适应门控电源的步骤S101的一种实施例的流程图；

图9为本发明的自适应门控电源的步骤S105的一种实施例的流程图；

图10为本发明的自适应门控电源的步骤S201的一种实施例的流程图

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参考图1和图2，本实施方式的基于自适应门控电源控制器的数字电路包括受控电路1，电源门控开关2和自适应门控电源控制器3，其中受控电路1包括保持寄存器和输出隔离单元4。该受控电路1为实施门控电源的电路，用于接收输入信号，并输出结果至自适应门控电源控制器3和隔离单元；该自适应门控电源控制器3用于检测受控电路1的输入输出信号的活性状态，判断电路工作状态，如果判断受控电路1处于休眠状态，则发送关闭控制信号至电源门控开关2和受控电路1，关闭门控电源，从而开启隔离单元，并保存电路状态。另一方面，当休眠状态时，根据受控电路1的输入信号判断是否有输入请求，如果是，则由该自适应门控电源控制器3生成唤醒控制信号，发送至电源门控开关2，受控电路1恢复工作。

本实施方式中的受控电路1的输入输出信号的活性状态指该输入输出信号跳变的可能性。

请参考图1，本实施方式的自适应门控电源控制器3包括输入输出信号检测单元31和电路状态计算单元32。其中，输入输出信号检测单元31用于检测受控电路1的输入输出信号的活性状态，即输入输出信号跳变的可能性，并根据该输入输出信号的活性状态确定当前电路信号权重值，并发送给电路状态计算单元32；电路状态计算单元32，用于根据该权重值计算受控电路1的当前状态值，并判断该受控电路1的工作状态，如果受控电路1处于休眠状态，则输出相应的关闭控制信号给受控电路1和电源门控开关3。

本实施方通过输入输出信号检测单元31来检测受控电路1的输入输出信号的活性状态，并根据该输入输出信号的活性状态来确定当前电路信号权重值，在由电路状态计算单元32根据当前电路信号的权重值，计算出当前电路状态值，并根据该状态值判断当前受控电路1的状体，如果出于休眠状态，则该电路状态计算单元32生成相应的关闭控制信号控制电源门控开关关闭，即关闭门控电源，从而减少受控电路在休眠状态下由栅极漏电流和亚阈值漏电流引起的静态泄露功耗。

请参考图2，本实施方式的自适应门控电源控制器还包括与输入输出信号检测单元31和电路状态计算单元32相连的输入请求检测单元33。当电路状态计算单元32判断出受控电路1处于休眠状态时，该输入请求检测单元33检测受控电路1的输入信号，并根据该输入信号判断休眠状态下的该受控电路1是否有输入请求，如是，则生成相应的唤醒请求，发送至电路状态计算单元32，该电路状态计算单元32再根据该唤醒请求输出相应的唤醒控制信号，并发送给电源门控开关2，受控电路1恢复工作，如果检测出没有输入请求，则受控电路1继续休眠，直到输入请求检测单元33检测到输入请求为止。

由于受控电路1的输入输出信号中的每个信号i跳变的可能性不同，因此每个信号i对应的权重Ai也不同，当前电路没有任何输入输出信号活动，即输入输出信号i没有跳变时，则整个电路对应一个固定权重B，本实施方式中该固定权重B和权重Ai的关系根据用户需求设计。

请参考图3，本实施方式的输入输出信号检测单元31包括寄存器311，与寄存器311相连的信号比较器312，以及与信号比较器312相连的优先级运算逻辑313，与优先级运算逻辑313相连的权重选择模块314。寄存器311用于寄存上一时钟周期的信号；比较器312用于接收受控电路1的输入输出信号，并将该受控电路1的输入输出信号与该寄存器311中存储的上一时钟周期的信号进行对比，若两个信号相同，即输入输出信号没有跳变，则输出“0”，否则，输入输出信号有跳变，则输出“1”；优先级运算逻辑313用于接收信号比较器312输出的对比结果，并根据该对比结果以及输入输出信号的优先级，生成相应的权重选择控制信号，即当所有的信号比较器312都输出第一对比结果“0”时，即所有输入输出信号均没有发生跳变，则优先级运算逻辑313产生对应于固定权重B的权重选择控制信号；当存在一个或多个信号比较器312输出第二对比结果“1”时，即有一个或多个信号发生跳变，则优先级逻辑运算逻辑313从发生跳变的信号中选择优先级最高的信号，生成对应于该最高优先级的信号的权重，即对应于当前时钟周期的最大权重Aimax的权重选择信号，并输出；权重选择模块314则用于接收优先级运算逻辑313输出的权重选择控制信号，并根据该权重选择控制信号选择当前电路的信号的权重，即当优先级运算逻辑模块313输出对应于固定权重B的选择控制信号，权重选择模块314选择固定权重B，并输出至电路状态计算单元32；当优先级运算逻辑模块313输出对应于最大权重Aimax的权重选择控制信号，则权重选择模块314选择最大权重Aimax，并输出至电路状态计算单元32。

请参考图3，本实施方式的一种具体实施例中，权重选择模块314为多选器，用于根据输入的权重选择控制信号，选通对应的权重值输出至电路状态计算单元32。

请参考图4，本实施方式的电路状态计算单元32包括用于保存当前电路状态值的电路状态寄存器321；与该电路状态寄存器321和输入输出检测单元31的权重选择模块314相连的加法器322，与电路状态寄存器321和输入请求检测单元33相连的控制信号产生模块323，该加法器322则用于根据权重选择模块314输出的权重与该电路状态寄存器321中当前存储的电路状态值计算当前电路状态值，即当权重选择模块314输出的为固定权重B，则该加法器222将其与电路状态寄存器321中当前存储的电路状态值相加，并将结果保存在该电路状态寄存器321中，作为当前电路状态值，当权重选择模块314输出的为最大权重值Aimax，则该加法器222用电路状态寄存器321中当前存储的电路状态值减去该最大权重值Aimax，并将结果保存在该电路状态寄存器321中，作为当前电路状态值；控制信号产生模块323用于读取电路状态寄存器321存储的当前电路状态值，并根据该当前电路状态值产生相应的关闭控制信号，发送给受控电路1和电源门控开关2；而当受控电路1处于休眠状态时，则该控制信号产生模块323用于接收输入请求检测单元33输出的唤醒请求，并根据该唤醒请求生成相应的唤醒控制信号，并发送至受控电路1和电源门控开关2。

请参考图5，本实施方式的电路状态计算单元32的控制信号产生模块323包括：阈值比较器3231，用于读取电路状态寄存器321内存储的当前电路状态值，并将其与阈值比较器3231内预先设置的阈值进行对比，并输出对比结果；与阈值比较器3231和输入请求检测单元33相连的控制信号产生逻辑3232，用于将接收阈值比较器3131输出的对比结果，当阈值比较器3231的对比结果为当前电路状态值大于等于阈值，则该控制信号产生逻辑3232生成相应的关闭控制信号，并发送至受控电路1和电源门控开关2；而当受控电路1处于休眠状态时，则用于接收输入请求检测单元33发送的唤醒请求，并根据该唤醒请求生成相应的唤醒控制信号，输出至受控电路1和电源门控开关1。

请参考图6，本实施方式的输入请求检测单元33包括与控制信号产生逻辑3132和信号比较器312相连的延时模块331，以及与信号比较器312和延时模块331相连的输入请求生成模块332，延时模块331用于接收控制信号产生逻辑3132输出的关闭控制信号，并输出延时之后的关闭控制信号至信号比较器312；输入请求生成模块332用于接收经过延时后的关闭控制信号和该信号比较器312输出的比较结果，并根据该延时后的关闭控制信号和比较结果产生唤醒请求，并发送至控制信号产生逻辑3232。

请参考图7，基于上述的自适应门控电源控制器，本实施方式还提供一种自适应门控电源控制方法，包括步骤：

S101，输入输出信号检测单元31检测当前时钟周期的受控电路1的输入输出信号的活性状态，并根据该输入输出信号的活性状态确定当前电路信号权重值，并发送给电路状态计算单元32。

请参考图8，本实施方式中该步骤S101包括步骤：

S1011，输入输出信号检测单元31的信号比较器312接收受控电路1的当前输入输出信号。

S1013，信号比较器312将该输入输出信号与上一时钟周期的信号进行对比，如果当前输入输出信号与上一时钟周期的信号相同，即输入输出信号没有跳变时，则输出第一比较结果“0”，并执行步骤S1015，否则输出第二比较结果“1”，执行步骤S1017。

本实施方式中的上一时钟周期的信号寄存在寄存器311中。

本实施方式中输入输出信号的活性状态指输入输出信号跳变的可能性。由于每个信号i跳变的可能性不同，因此每个信号i对应的权重Ai也不同，即信号i发生跳变的可能性越小的，其对应的权重值Ai也越大，发生跳变的可能性越大，其对应的权重值Ai也越小；当前电路没有任何输入输出信号活动，即输入输出信号i没有跳变时，则整个电路对应一个固定权重B，本实施方式中该固定权重B和权重Ai的关系根据用户需求设计。

因此，本实施方式中，输入输出信号检测单元31的优先级逻辑运算逻辑313接收上述的比较结果，并根据输入输出信号的优先级，生成相应的的权重选择控制信号，并输出至输入输出信号检测单元31的权重选择模块314的步骤，包括：

S1015，输入输出信号检测单元31的优先级逻辑运算逻辑313接收到所有信号比较器312的输出均为第一对比结果“0”，即输入输出信号没有跳变，则优先级逻辑运算逻辑子模块313，生成对应于固定权重B的权重选择控制信号，并输出至权重选择模块314，执行步骤S1019。

S1017，输入输出信号检测单元31的优先级逻辑运算逻辑313接收到存在一个或多个信号比较器312输出第二对比结果“1”，即输入输出信号有跳变，则该优先级逻辑运算逻辑子模块313从发生跳变的信号i中选择优先级最高的信号，并根据该最高优先级信号生成对应于该信号i的权重值，即本时钟周期最大权重值Aimax的权重选择控制信号，输出至权重选择模块314。

本实施方式中输入输出信号i的优先级，是根据每个信号i活性，即跳变的可能性，而设置的等级，其中最高优先级对应于活性最低的信号，其对应权重最大，最低优先级对应于活性最高的信号，其对应权重最小。由于本实施方式中的权重，根据信号i在电路工作中的活性设定，也可以根据不同的工作状态下的工作分为不同的权重，信号i活性越大，即信号i跳变的可能性越大，该信号i的权重Ai越小。因此当当前周期信号均没有发生跳变，则直接生成对应于固定权重B的权重选择控制信号，并输出至权重选择模块314；当当前周期信号有跳变时，则根据跳变的信号中优先级最高的信号，生成对应于该最高优先级信号的值的权重选择控制信号，即根据当前周期发生跳变的信号中，活性最低的信号i，生成对应于当前周期最大权重Aimax的权重选择控制信号，并输出至权重选择模块314。

S1019，权重选择模块314根据该权重选择控制信号选择当前电路信号对应的权重，并输出至电路状态计算单元32的加法器322，并执行步骤S103。

本实施方式中的采用多选器作为权重选择模块314。当优先级运算逻辑模块313输出对应于固定权重B的权重选择控制信号，则该多选器选通固定权重B输出，并赋给电路状态计算单元32的加法器322；当优先级运算逻辑模块313输出对应于最大权重Aimax的权重选择控制信号，则该多选器选通最大权重Aimax输出，并赋给电路状态计算单元32的加法器322。

S103，电路状态计算单元32的加法器322根据该权重与电路状态寄存器321中的当前存储的电路状态值，计算当前电路状态值，并存储在电路状态寄存器321中，并执行步骤S105。

本实施方式中，如果输入输出信号无跳变，即权重选择模块314输出的权重值为固定权重B，则步骤S103包括：

加法器322读取电路状态寄存器321中当前存储的电路状态；然后将该固定权重B与读取的电路状态值相加，得到当前电路状态值；最后将其保存在电路状态寄存器321中。

本实施方式中，当输入输出信号无跳变时，其对应的固定权重值，即B为负值，用于减小权重值的累加；当该加法器322由初始值to一直减小到0时，则说明受控电路1已经有一段时间输入输出信号都没有跳变，则可以进入休眠状态。

本实施方式中，如果输入输出信号有跳变，即权重选择模块314输出的权重值为最大权重Aimax，则步骤S103包括：

加法器322读取电路状态寄存器321中当前存储的电路状态；然后将其减去该最大权重Aimax，得到当前电路状态值；最后将其保存在电路状态寄存器中321。

本实施方式中，当信号无变化时，由于在电路休眠状态下，信号不跳变的几率较大，因此加法器322增加的固定值B一般小于信号权重Ai。

本实施方式中的加法器322在初始状态下，其初始值置为零与阈值T之间的一个值，即为初始值t0。本实施方式的一种具体实施例中，将该加法器的初始值置为阈值T的1/2，即t0＝T/2。

S105，电路状态单元32根据该当前状态值判断该受控电路是否处于休眠状态，如是，则执行步骤S107，否则，执行步骤S207。

请参考图9，本实施方式中的步骤S105包括步骤：

S1051，控制信号产生模块323的阈值比较器3231读取电路状态寄存器321中的当前电路状态值。

S1053，阈值比较器3231将当前电路状态值与预先设置的阈值进行对比，从而判断该当前电路状态值是否大于等于该阈值，如是，即电路处于休眠状态，则执行步骤S107，否则，执行步骤S207。

本实施方式中阈值体现了电路工作时，在何种情况下可以判断为有较大几率在一定时间内不会产生请求，不会工作。

S107，电路状态单元32的控制信号产生模块323生成相应的关闭控制信号，即该控制信号产生逻辑模块323输出一个有效电平，发送给受控电路1和电源门控开关2，并执行步骤S109。

本实施方式中，当当前电路状态值大于等于阈值时，该控制信号生成逻辑3232的输出为有效电平，控制电源门控开关2和受控电路1关闭，即关闭门控电源，受控电路1进入休眠状态；当当前电路状态值小于阈值时，该控制信号生成逻辑3232的输出为无效电平，电源门控开关2开启，即门控电源开启，受控电路正常工作。

S109，门控电源开关2响应该关闭控制信号，关闭门控电源，从而受控电路1进入休眠状态，并执行步骤S201。

本实施方式中的受控电路1进入休眠时，其内部状态通过内部的保存寄存器保存，并且休眠期间，发出该电路处于休眠状态的指示信号。

S201，经过最小休眠时间后，输入请求检测单元33检测受控电路1的输入信号，判断是否有输入信号，如是，则执行步骤S203，否则执行步骤S209。

请参考图10，本实施方式中的步骤S201包括步骤：

S2011，经过最小休眠时间，请求输入检测单元33的延时模块331接收控制产生逻辑3232的关闭控制信号，即有效电平。

本实施方式中，该最小休眠时间是用户预先定义或者可配置的一个数值。由于受控电路1进入休眠状态，或者从休眠状态被唤醒都会消耗额外的能量，因此，本实施方式通过设置最小休眠时间，使得该受控电路1，在刚刚进入休眠状态时，如果输入信号有变化，也不会响应，而会等待最小休眠时间后再响应，从而避免受控电路1频繁进入休眠状态或从休眠状态唤醒，进而避免额外能量的消耗。

同样地，当受控电路1进入休眠状态时，输入输出信号不是立刻停止跳变，而时需要等待一段时间，该输入输出信号才不会变，并且当输入输出信号相应的权重值不断减小到零，即输入输出信号不跳变时，该受控电路1才会进入休眠状态。

本实施方式中，当受控电路1处于休眠状态下，外部模块发送的输入信号没有被响应时，则外部模块会等待或者重复发送，直到受控电路1响应输入信号变化，从休眠状态被唤醒，开始正常工作。

S2013，该延时模块331将该有效电平进行延时，并将延时后的有效电平发送给输入输出检测单元31的信号比较器312和输入请求生成模块332。

S2015，该信号比较器312在延时后的有效电平的作用下，将当前输入信号与上一时钟周期的输入信号进行比较，判断输入信号是否有跳变，如是，则输出“1”给输入请求生成模块332，即表明有输入信号，并执行步骤S203，否则输出“0”给输入请求生成模块332，即表明无输入信号，并执行步骤S209。

S203，输入请求生成模块332根据该信号比较器312的对比结果和延时后的关闭控制信号，生成相应的唤醒请求，并发送给电路状态计算单元32的控制信号生成逻辑3232，并执行步骤S205。

本实施方式中的输入请求生成模块332，在门控电源关闭信号到来之后根据信号比较器312的输出产生相应的唤醒请求，若信号比较器312的输出为“1”，即当前输入信号中有变化，表明外部电路要求受控电路1工作，则输入请求生成模块332输出一个脉冲，即生成输入请求，给控制信号生成逻辑3232，表明电路需要开启；若信号比较器312的输出为“0”，即当前输入信号无变化，表明受控电路1不需要工作，输入请求生成模块332的输出不变。

S205，控制信号生成模块3232根据该唤醒请求生成相应的唤醒控制信号，即该控制信号生成模块3232输出一个无效电平，并发送给受控电路1和门控电源开关2，并执行步骤S207。

本实施方式中，控制信号生成逻辑3232在该唤醒请求，即脉冲的上跳沿处复位，控制信号生成逻辑3232的输出恢复为无效电平，从而开启电源门控开关2，唤醒受控电路1。

S207，开启门控电源，受控电路1正常工作，结束操作。

本实施方式中，当受控电路1被唤醒，则电路状态计算单元32的加法器322也恢复初始值t0。

S209，受控电路1继续休眠，结束操作。

本实施方式中，设计人员可以依据电路输入输出信号的活性特点及工作/空闲时间的统计规律，同时结合设计者的需求来调节权重Ai、固定权重B和阈值，以及权重Ai和固定权重B之间的关系，从而实现对电路的低功耗程度的控制。

本实施方式中的信号权重Ai、固定权重B、阈值T以及初始值t0四个值的选取体现了该电路的低功耗策略是偏向于速度优先还是功耗优先。若要求电路关闭次数较少，速度较快，则B需要取得较小，而A取得较大；若要求电路关闭次数较多，低功耗程度较好，则B取得稍微大一些。阈值T和初始值t0、Ai、B值的选择，应确保在加法器322的计数器达到阈值T后，电路处于休眠状态。

本实施方式通过检测受控电路输入输出信号的活性状态，进而确定该信号对应的权重，并根据该权重来计算当前电路状态值来判断受控电路1的状态，当受控电路1处于状态时，则生成关闭控制信号控制电源门控开关关闭，从而关闭门控电源，减小电路非工作状态下由栅极漏电流和亚阈值漏电流引起的静态泄露功耗。同时当电路处于休眠状态时，通过检测输入信号的活性状态来确定是否由输入信号，如果有输入信号则生成相应的唤醒请求和唤醒控制信号来控制电源门控开关开启，即开启门控电源，唤醒受控电路。即本实施方式的方法根据受控电路1的输入输出信号的活性状态实时地自适应控制受控电路1的门控电源，并且用户可以通过对自适应门控电源控制器的信号权重和加法器322的计数器阈值的调整实现对电路低功耗程度的控制，从而从硬件方面实现了一种可配置的自适应门控电源控制器，降低电路非工作状态下的静态泄露功耗

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应门控电源控制器，其特征在于，包括：

输入输出信号检测单元，用于检测受控电路的输入输出信号的活性状态，并根据所述输入输出信号的活性状态确定当前电路信号权重值；

电路状态计算单元，与所述输入输出信号检测单元相连，用于根据所述权重值计算所述受控电路的当前状态值，并根据所述当前状态值判断所述受控电路是否处于休眠状态，如是，则生成相应的关闭控制信号控制受控电路和电源门控开关。

2.如权利要求1所述的自适应门控电源控制器，其特征在于，所述输入输出信号的活性状态为所述输入输出信号跳变的可能性。

3.如权利要求1所述的自适应门控电源控制器，其特征在于，还包括：

输入请求检测单元，与所述电路状态计算单元相连，用于对所述电路状态计算单元输出的关闭控制信号进行延时，并检测所述受控电路的输入信号，根据所述输入信号和所述关闭控制信号，判断所述受控电路是否有输入请求，如是，则生成相应的唤醒请求，并发送给所述电路状态计算单元；

所述电路状态计算单元根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号控制所述受控电路和电源门控开关。

4.如权利要求1所述的自适应门控电源控制器，其特征在于，所述输入输出信号检测单元包括：

寄存器，用于寄存上一时钟周期的信号；

信号比较器，与所述寄存器相连，用于接收所述受控电路的输入输出信号，并将所述输入输出信号与所述上一时钟周期对应的输入和输出信号进行对比，并输出对比结果；

优先级运算逻辑模块，与所述信号比较器相连，用于接收所述信号比较器输出的对比结果，并根据所述对比结果以及所述输入输出信号的优先级，生成相应的权重选择控制信号，并输出所述权重选择控制信号；

权重选择模块，与所述优先级运算逻辑模块相连，用于接收所述优先级运算逻辑模块输出的权重选择控制信号，并根据所述权重选择控制信号选择当前电路信号对应的权重，并输出至所述电路状态计算单元。

5.如权利要求2所述的自适应门控电源控制器，其特征在于，所述电路状态计算单元包括：

电路状态寄存器，用于保存当前电路状态值；

加法器，与所述电路状态寄存器和输入输出信号检测单元相连，用于将所述输入输出信号检测单元输出的权重与所述电路状态寄存器中当前存储的电路状态值相加，并将相加后的结果保存在所述电路状态寄存器中，作为当前电路状态值；

控制信号产生模块，与所述电路状态寄存器和输入请求检测单元相连，用于读取所述电路状态寄存器中存储的所述当前电路状态值，并根据所述当前电路状态值产生相应的关闭控制信号控制受控电路和电源门控开关；当所述受控电路处于休眠状态时，则用于接收所述输入请求检测单元输出的唤醒请求，并根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号控制所述受控电路和电源门控开关。

6.如权利要求5所述的自适应门控电源控制器，其特征在于，所述控制信号产生模块包括：

阈值比较器，与所述电路状态寄存器相连，用于读取所述电路状态寄存器内存储的当前电路状态值，并将其与所述阈值比较器内预先设置的阈值进行对比，并输出对比结果；

控制信号产生子模块，与所述阈值比较器和输入请求检测单元相连，用于接收所述阈值比较器输出的对比结果，并根据所述对比结果生成相应的控制信号，即当所述阈值比较器的对比结果为当前电路状态值大于等于所述阈值时，则所述控制信号产生子模块用于生成相应的关闭控制信号控制所述受控电路和电源门控开关；当所述受控电路处于休眠状态时，则用于接收所述输入请求检测单元发送的唤醒请求，并根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号控制所述受控电路和电源门控开关。

7.如权利要求6所述的自适应门控电源控制器，其特征在于，所述输入请求检测单元包括：延时模块和输入请求生成模块，所述延时模块，与所述控制信号产生子模块和信号比较器相连，用于接收所述控制信号产生子模块输出的关闭控制信号并对其延时，输出延时后的关闭控制信号至所述信号比较器；所述输入请求生成模块与所述信号比较器和延时模块相连，用于接收经过延时后的关闭控制信号和所述信号比较器输出的比较结果，当所述关闭控制信号到来后，根据所述比较结果产生唤醒请求，并发送至所述控制信号产生子模块。

8.一种自适应门控电源控制方法，其特征在于，包括步骤：

输入输出信号检测单元检测当前时钟周期的受控电路的输入输出信号的活性状态，并根据该输入输出信号的活性状态确定当前电路信号的权重值，并将该权重值发送给电路状态计算单元；

所述电路状态计算单元根据所述权重值计算所述受控电路的当前状态值，并判断所述受控电路是否处于休眠状态，如是，则生成相应的关闭控制信号，并发送给所述受控电路和门控电源开关；

所述门控电源开关响应所述关闭控制信号，即关闭门控电源，所述受控电路进入休眠状态。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，检测当前时钟周期的受控电路的输入输出活性状态包括步骤：

输入输出信号检测单元的信号比较器接收所述受控电路的输入输出信号；

所述信号比较器将所述输入输出信号与存储在寄存器中的上一时钟周期的信号相比较，如果两者相同，即所述输入输出信号没有跳变，并输出第一对比结果；否则，所述输入输出信号有跳变，输出第二对比结果。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

当所述受控电路经过最小休眠时间，输入请求检测单元判断所述受控电路是否有输入信号，如是，则所述输入请求检测单元生成相应的唤醒请求，并发送至电路状态计算单元，否则所述受控电路继续休眠；

所述电路状态计算单元根据所述唤醒请求生成相应的唤醒控制信号，并发送给所述受控电路和门控电源开关；

所述门控电源开关响应所述唤醒控制信号，即开启门控电源，所述受控电路恢复工作状态。

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