CN102301357B - 一种工作时钟切换方法、智能门控电路及系统 - Google Patents

一种工作时钟切换方法、智能门控电路及系统 Download PDF

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Abstract

一种工作时钟切换方法、智能门控电路和系统，所述方法包括：对主设备发送的信号进行检测；当检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高。本发明实施例解决了CPU访问从设备的时间过长的技术问题，提高访问效率，即在不影响总线架构和系统工作功耗的基础上，有效降低了CPU访问从设备的延迟。

Description

一种工作时钟切换方法、智能门控电路及系统
技术领域
本发明涉及总线技术领域，特别涉及一种工作时钟切换方法、智能门控电路及系统。
背景技术
在高级微控制器总线架构(AMBA，Advanced Microcontroller BusArchitecture)中，为了节约能耗，设备往往分为在快速总线(AHB or AXI Bus)下工作的快速总线设备，以及在慢速总线(APB Bus)工作下的慢速总线设备，速总线设备使用快速总线时钟(CLK_H)，APB Bus设备使用慢速总线时钟(CLK_L)。快速总线设备和慢速总线设备间架设有总线隔离桥设备(X2APBBrg)当快速总线设备，比如CPU，要访问慢速总线设备时，快速总线设备首先会发送指令信号给总线隔离桥设备处进行同步或异步处理，然后慢速总线设备才会在慢速时钟下接收并处理指令信号。由于慢速时钟和快速时钟的差异，快速总线设备对慢速总线设备的访问请求，会由于总线隔离桥的同步、异步操作，以及慢速总线设备在慢速时钟下的响应，而遇到较大的延迟。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种工作时钟切换方法、智能门控电路及系统，以解决CPU访问从设备的时间过长的技术问题，提高访问效率。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种工作时钟切换方法，所述方法包括：
对主设备发送的信号进行检测；
当检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高。
相应的，本发明实施例还提供一种智能门控电路，包括：
检测单元，用于对主设备发送的信号进行检测；
第一切换单元，用于在检测单元检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高。
相应的，本发明实施例再提供一种工作时钟切换系统，包括：主设备、从设备和隔离桥设备，隔离桥设备通过总线连接主设备和从设备，还包括：通过总线与主设备和从设备连接的智能门控电路，用于对主设备发送的信号进行检测；并在检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高。
由上述技术方案可知，本发明实施例中，当快速总线设备访问慢速总线设备时，通过提高慢速总线设备的工作时钟的频率来提高慢速总线设备对快速总线设备的访问的应答速度。同时，由于慢速总线设备的工作时钟频率提高，快速总线设备发出的访问命令在总线隔离桥设备中的同步或异步操作的速率也会提高，结合以上两点就使得快速总线设备对慢速总线设备的访问速度得到了提高。而且由于慢速总线设备在没有被快速总线访问的情况下，仍以较低的工作时钟维持，提高慢速总线设备的能耗并没有过分的增加。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种工作时钟切换方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种智能门控电路的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种工作时钟切换系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种工作时钟切换系统的应用实例的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种智能门控电路集成在隔离桥设备上的实现结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种智能门控电路集成在主设备上的实现结构示意图；
图7为本发明实施例提供的第一种工作时钟的切换时序图；
图8为本发明实施例提供的第二种工作时钟的切换时序图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1，为本发明实施例提供的一种工作时钟切换方法的流程图；所述方法包括：
步骤101：对主设备发送的信号进行检测；
步骤102：当检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高。
在可选择的实施例中，所述将所述从设备的工作时钟频率提高包括：将所述从设备的工作时钟由慢速总线时钟切换为快速总线时钟。
优选的，所述方法还可以进一步包括：
当检测到所述主设备对所述从设备的访问结束时，将所述从设备的工作时钟降低。
在可选择的实施例中，所述将所述从设备的工作时钟降低包括：将所述从设备的工作时钟从快速总线时钟降低为慢速总线时钟。
在本发明实施例中，所述主设备可以为快速总线设备，所述从设备为慢速总线设备。相应的，所述快速总线时钟可以为快速总线设备的默认工作时钟，所述慢速总线时钟可以为慢速总线设备的默认工作时钟。
在其他可选择的实施例中，所述主设备可以为默认工作时钟相对于从设备的默认工作时钟较快的设备。
进一步的，所述方法还可以进一步包括：根据总线信号的状态判断是否开始访问从设备，如果开始访问，则执行所述将访问从设备使用的慢速总线时钟切换为快速总线时钟，以从设备可以在快速总线时钟下处理主设备的访问请求。
其中，所述总线信号的状态包括：空闲状态或工作状态。
所述按照检测到总线信号的状态信息判断是否开始访问从设备具体包括：如果检测到总线信号的状态信息为工作状态，则说明系统(比如主设备或CPU)开始访问从设备，如果检测到总线信号的状态信息为空闲状态，则说明系统(比如主设备或CPU)没有开始访问从设备。
优选的，在上述实施例的基础上，所述方法还可以进一步包括：按照检测到总线信号的状态判断访问从设备是否结束，若否，继续使用快速总线时钟的工作时钟访问从设备；若是，执行所述将所使用的快速总线时钟的工作时钟切换为慢速总线时钟的工作时钟或关闭快速总线时钟的步骤。
其中，按照检测到总线信号的状态信息判断访问从设备是否结束，具体包括：如果检测到总线信号的状态信息为空闲状态，则说明访问从设备结束，如果检测到总线信号的状态信息为工作状态，则说明访问从设备没有结束。
本发明实施例中，当快速总线设备访问慢速总线设备时，通过提高慢速总线设备的工作时钟的频率来提高慢速总线设备对快速总线设备的访问的应答速度。同时，由于慢速总线设备的工作时钟频率提高，快速总线设备发出的访问命令在总线隔离桥设备中的同步或异步操作的速率也会提高，结合以上两点就使得快速总线设备对慢速总线设备的访问速度得到了提高。而且由于慢速总线设备在没有被快速总线访问的情况下，仍以较低的工作时钟维持，提高慢速总线设备的能耗并没有过分的增加。
相应的，本发明实施例还提供一种智能门控电路，其结构示意图详见图2，所述智能门控电路包括：检测单元21和第一切换单元22，其中，所述检测单元21，用于对主设备发送的信号进行检测；第一切换单元22，用于在检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高。
可选的，所述第一切换单元具体用于：在检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟由慢速总线时钟切换为快速总线时钟。
可选的，所述智能门控电路还可以包括：第二切换单元，用于在所述检测单元检测到所述主设备对所述从设备的访问结束时，将所述从设备的工作时钟降低。具体用于在检测单元检测到所述主设备对所述从设备的访问结束时，将所述从设备的工作时钟从快速总线时钟降低为慢速总线时钟或关闭快速总线时钟。
可选的，所述智能门控电路还可以包括：第一判断单元，用于按照检测单元检测到的信号的状态判断是否开始访问从设备，并将开始访问从设备的判断结果发送给所述第一切换单元；所述第一切换单元，还用于在接收到所述第一判断单元发送的开始访问从设备的判断结果时，将访问从设备使用的慢速总线时钟切换为快速总线时钟，以使从设备在快速总线时钟下处理主设备的访问请求。
可选的，在上述实施例的基础上，所述智能门控电路还可以包括：第二判断单元和继续使用单元，其中，所述第二判断单元，用于按照检测单元检测到的信号的状态判断访问从设备是否结束，并将不结束的判断结果发送给继续使用单元；将结束的判断结果发送给第二切换单元；所述继续使用单元，用于在接收到第二判断单元发送的不结束的判断结果时，继续使用快速总线时钟的工作时钟访问从设备；所述第二切换单元，还用于在接收到第二判断单元发送结束的判断结果时，将所述从设备的工作时钟从快速总线时钟降低为慢速总线时钟或关闭快速总线时钟。
所述智能门控电路中各个单元的功能和作用的实现过程详见上述方式方法中对应的实现过程，在此不再赘述。
本发明实施例中，通过检测系统中总线信号的状态信息来获取系统对从设备(比如慢速总线设备)的访问行为；之后，通过判断总线对慢速总线设备的访问行为，来控制慢速总线设备的工作时钟，也就是说，当判断到系统有访问慢速总线设备的状态下打开快速总线时钟的工作时钟，达到根据工作需求精确控制从设备(比如慢速总线设备)的工作时钟。即在不影响总线架构和系统工作功耗的基础上，有效降低了CPU访问从设备的延迟。
相应的，本发明实施例还提供一种工作时钟切换系统，其结构示意图详见图3，所述系统包括：主设备31、从设备32和隔离桥设备33，所述隔离桥设备33通过总线连接主设备31和从设备32，所述系统还包括：通过总线与主设备31和从设备32连接的智能门控电路34，用于对主设备发送的信号进行检测；并在检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高。其中，将所述从设备的工作时钟频率提高具体为：将所述从设备的工作时钟由慢速总线时钟切换为快速总线时钟。
优选的，所述智能门控电路包括的单元及其该单元的功能和作用详见上述，在此不再赘述。
优选的，所述智能门控电路可以集成在主设备上，也可以集成在从设备上，还可以集成在隔离桥设备上，当然，也可以独立部署。
为了便于本领域技术人员的理解，下面以具体的实例来说明。
还请参阅图4，为本发明实施例提供的一种工作时钟切换系统的应用实例的结构示意图，所述系统包括：主设备、从设备、隔离桥设备和智能门控电路(Smart_gt)，所述隔离桥设备通过总线连接主设备和从设备，智能门控电路通过总线与主设备和从设备连接。其中，在该实施例中，主设备为快速总线(AHB or AXI Bus)设备41；从设备为慢速总线(APB Bus)设备42；隔离桥设备为总线隔离桥(X2APB Brg)设备43为例，即通过总线连接主设备与从设备，从设备以连接连个慢设备45和46为例。
在该实施例中，所述主设备、从设备、隔离桥设备的功能的作用，对于本领域技术人员来说，已是熟知技术，在此不再赘述。
所述智能门控电路(Smart_gt)44用于对访问慢速总线设备42的总线信号进行检测，并在检测到开始访问慢速总线设备42时，将访问慢速总线设备42使用的慢速总线时钟中的工作时钟切换为访问快速总线设备41使用的快速总线时钟的工作时钟，以使用所述快速总线时钟的工作时钟开始访问慢速总线设备42。
其中，在该实施例中，Smart_gt44的输入信号至少包括：总线信号(Bus_signal)、快速总线时钟的工作时钟(CLK_H)。
Smart_gt44输出信号CLK_L是经过智能门控后输出到总线隔离桥设备43和慢速总线设备42的慢速总线时钟的工作时钟；
Smart_gt44通过对Bus_signal的检测，判断系统是否开始访问慢速总线设备42；如果Smart_gt44判断系统通过总线信号开始访问慢速总线设备42时，则将慢速总线时钟的工作时钟(CLK_L)切换到快速总线时钟的工作时钟(CLK_H)；如果判断系统通过总线信号没有访问慢速总线设备时，则使用低速总线时钟的工作时钟(CLK_L)或直接关闭低速总线时钟的工作时钟；
Smart_gt44通过对Bus_signal的检测，判断访问从设备是否结束，如果没有结束，继续使用快速总线时钟的工作时钟访问从设备；如果结束，则将所述将所使用的快速总线时钟的工作时钟切换为慢速总线时钟的工作时钟或关闭快速总线时钟。
由此可知，Smart_gt44可以通过精准的判断出系统通过总线信号访问慢速总线设备的工作需求，并根据该需求切换访问的工作时钟，可以大大节省功耗，并最大限度的提升系统访问低速总线设备的性能。
优选的，在该实施例中，所述智能门控电路可以集成在主设备上、从设备上或隔离桥设备，本实施例以智能门控电路集成在隔离桥设备上和集成在主设备(即快速总线设备)上为例，其智能门控电路集成在隔离桥设备上的实现结构示意图如图5所示，智能门控电路集成在主设备(即快速总线设备)上的实现结构示意图如图6所示。
优选的，在该实施例中，所述主设备、从设备和隔离桥设备可以集成在专用集成电路ASIC中，也可以集成在可编程逻辑器件中，或者独立部署。
优选的，在该实施例中，所述主设备集成在所述ASIC的内部，所述从设备集成在所述可编程逻辑器件；或者所述主设备集成在可编程逻辑器件的内部，所述从设备集成在所述ASIC的内部。
优选的，在该实施例中，所述主设备集成在所述ASIC的内部，所述从设备集成在ASIC的外部；或者所述主设备集成在所述ASIC的外部，所述从设备集成在ASIC的内部。
其中，在该实施例中，工作时钟的切换时序图如图7所示；
慢速总线设备的状态信号s1_state状态组成：空闲(s1_idle)状态，工作(s1_work)状态，S1_idle说明慢速总线设备处于空闲状态，此时不需工作；s1_work说明慢速总线设备处于工作状态；S1_state可以是通过检测总线信号的方式生成。
Smart_gt检测Bus_signal的行为判断慢速总线设备的状态为开始工作状态S1_work；其中，S1_work是通过解析Bus_signal的行为得到的，比如在系统中，只要检测到Bus_signal有访问慢速总线设备的寄存器的行为(APB_access)，这个时候Smart_gt就将工作时钟切换到快速总线时钟的工作时钟。
当Smart_gt检测到系统没有通过访问慢速总线设备的行为，即S1_state＝s1_idle时，表示系统不需要访问慢速总线设备，此时Smart_gt将工作时钟切换到慢速总线时钟的工作时钟；这是因为虽然系统不需要访问慢速总线设备时，但是有些系统中的慢速总线设备需要保持在工作状态，以能够实时上报中断等需求。也可以根据需求关闭工作时钟，本实施例不作限制。
当然，如果慢速总线设备在没有系统访问的时候，系统也不需要慢速总线的工作时钟，Smart_gt通过精准的判断系统在没有总线访问慢速总线设备时，可以完全关闭慢速总线的工作时钟，其工作时钟的切换时序图如图8所示。
从图7和图8可以看到，Smart_gt通过检测总线行为的工作行为，实现了慢速总线设备和慢速总线设备的工作时钟的精确控制，进而最大程度的节省了慢速总线和慢速总线设备不必须的电路翻转，达到了节省工作功耗的目的。同时在需要访问慢速总线设备时，切换到快速总线时钟的工作时钟，由于工作时钟频率的提升，缩短了系统访问慢速总线设备的时间。
综上所述，本发明实施例中，是在总线架构中增加带有智能门控功能电路(本文称为智能门控电路)来实现对总线隔离桥和慢速总线设备的工作时钟的控制，进而实现功耗节省的同时最大限度的提高系统对慢速总线设备的访问性能，智能门控功能电路可以简称为Smart_gt，举例来说，比如在总线隔离桥设备与快速总线设备之间增加Smart_gt电路，即，Smart_gt电路的位置也可以在总线隔离桥设备和快速总线设备之间，当然，Smart_gt电路也可以集成在隔离桥设备内部，也可以集成在快速总线设备内部等，实际设计的时候可以视实现代价而定。Smart_gt电路可以通过检测总线信号状态的工作状态，控制系统输入到总线隔离桥设备和慢速总线设备的工作时钟的切换，最终实现系统对慢速设备访问性能的提升。即本发明实施例就是通过在总线架构中增加智能门控电路的方式来达到功耗和性能均衡的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以保存在一个非易失性保存介质(例如，可以是只读存储器(ROM)，U盘，移动硬盘，随机存取存储器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，电路和方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，所描述系统，电路和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本申请的范围内，可以与其它系统，单元，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，电路或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个单元或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种工作时钟切换方法，其特征在于，包括：
对主设备发送的信号进行检测；
当检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高；
其中，所述主设备为快速总线设备，所述从设备为慢速总线设备；
所述将所述从设备的工作时钟频率提高包括：将所述从设备的工作时钟由慢速总线时钟切换为快速总线时钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当检测到所述主设备对所述从设备的访问结束时，将所述从设备的工作时钟降低。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述从设备的工作时钟降低包括：将所述从设备的工作时钟从快速总线时钟降低为慢速总线时钟或关闭快速总线时钟。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
按照检测到信号的状态判断是否开始访问从设备，若是，则执行所述将访问从设备使用的慢速总线时钟切换为快速总线时钟，以使从设备在快速总线时钟下处理主设备的访问请求。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
按照检测到信号的状态判断访问从设备是否结束，若否，继续使用快速总线时钟的工作时钟访问从设备；若是，执行所述将所述从设备的工作时钟从快速总线时钟降低为慢速总线时钟或关闭快速总线时钟的步骤。
6.一种智能门控电路，其特征在于，包括：
检测单元，用于对主设备发送的信号进行检测；
第一切换单元，用于在检测单元检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高；
其中，所述主设备为快速总线设备，所述从设备为慢速总线设备；
所述第一切换单元具体用于：在检测单元检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟由慢速总线时钟切换为快速总线时钟。
7.根据权利要求6所述的智能门控电路，其特征在于，还包括：
第二切换单元，用于在所述检测单元检测到所述主设备对所述从设备的访问结束时，将所述从设备的工作时钟降低。
8.根据权利要求7所述的智能门控电路，其特征在于，所述第二切换单元，具体用于在检测到所述主设备对所述从设备的访问结束时，将所述从设备的工作时钟从快速总线时钟降低为慢速总线时钟或关闭快速总线时钟。
9.根据权利要求6至8任一项所述的智能门控电路，其特征在于，还包括：
第一判断单元，用于按照检测单元检测到的信号的状态判断是否开始访问从设备，并将开始访问从设备的判断结果发送给所述第一切换单元；
所述第一切换单元，还用于在接收到所述第一判断单元发送的开始访问从设备的判断结果时，将访问从设备使用的慢速总线时钟切换为快速总线时钟，以使从设备在快速总线时钟下处理主设备的访问请求。
10.根据权利要求9所述的智能门控电路，其特征在于，还包括：第二判断单元和继续使用单元，其中，
所述第二判断单元，用于按照检测单元检测到的信号的状态判断访问从设备是否结束，并将不结束的判断结果发送给继续使用单元；将结束的判断结果发送给第二切换单元；
所述继续使用单元，用于在接收到第二判断单元发送的不结束的判断结果时，继续使用快速总线时钟的工作时钟访问从设备；
所述第二切换单元，还用于在接收到第二判断单元发送结束的判断结果时，将所述从设备的工作时钟从快速总线时钟降低为慢速总线时钟或关闭快速总线时钟。
11.一种工作时钟切换系统，包括：主设备、从设备和隔离桥设备，隔离桥设备通过总线连接主设备和从设备，其特征在于，还包括：通过总线与主设备和从设备连接的智能门控电路，用于对主设备发送的信号进行检测；并在检测到所述主设备向从设备发送访问信号时，将所述从设备的工作时钟频率提高；
所述智能门控电路如权利要求6至10任一项所述的智能门控电路。
12.根据权利要求11所述的工作时钟切换系统，其特征在于，所述智能门控电路集成在主设备上、从设备上或隔离桥设备。
13.根据权利要求11所述的工作时钟切换系统，其特征在于，所述主设备、从设备和隔离桥设备集成在专用集成电路ASIC中，或者集成在可编程逻辑器件中。
14.根据权利要求11所述的工作时钟切换系统，其特征在于，所述主设备集成在所述ASIC的内部，所述从设备集成在所述可编程逻辑器件；或者所述主设备集成在可编程逻辑器件的内部，所述从设备集成在所述ASIC的内部。
15.根据权利要求11所述的工作时钟切换系统，其特征在于，所述主设备集成在所述ASIC的内部，所述从设备集成在ASIC的外部；或者所述主设备集成在所述ASIC的外部，所述从设备集成在ASIC的内部。
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