CN103293373A - 电能计量装置及其电能计量芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电能计量装置及其电能计量芯片，其电能计量芯片通过控制单元控制选择单元选择数据输出到运算单元，控制运算单元进行相应的运算，输出运算结果写入到静态随机存储器；控制单元控制静态随机存储器的数据输出到工作寄存器或选择单元，进行下一步运算，最终得到运算完成后的结果数据。本发明的电能计量装置及其电能计量芯片，采用串行计算，提高了硬件复用率，采用静态随机存储器代替寄存器来存储数据，减少了存储系统的开销，由于寄存器需要挂在时钟网络上，所以减少寄存器的使用使得时钟网络更加简单，芯片面积减小，节省了成本；由于静态随机存储器的动态功耗和面积都要比寄存器的更小，同样降低了功耗，减小了面积。

Description

电能计量装置及其电能计量芯片

技术领域

本发明涉及到电能计量技术领域，特别涉及到电能计量装置及其电能计量芯片。 

背景技术

现在的电能计量芯片精度越来越高，功能越来越多，相应的数字算法越来越复杂，计算量也越来越大。但是，数字模块变复杂的同时，也带来了芯片面积和芯片功耗的增大。如图1所示，图1为传统的电能计量芯片的架构图，在传统的电能计量芯片的架构中，低通滤波器和高通滤波器需要执行多次乘法和多次加法，而乘法又需要多次加法来实现，而且为了满足精度的要求需要把计算位宽扩展到几十位，而且需要大量的寄存器来存储计算产生的一些中间结果。大量的大位宽加法器和大量的寄存器的使用导致了面积和功耗的上升。 

发明内容

本发明的主要目的为提供一种面积小、成本低且功耗低的电能计量装置及其电能计量芯片。 

本发明提出一种电能计量芯片，包括工作寄存器，具有外部数据输入端和结果输出端，还包括控制单元、运算单元、静态随机存储器和选择单元，其中： 

所述选择单元连接所述外部数据输入端，接收所述外部数据的输入；所述选择单元连接所述工作寄存器，接收所述工作寄存器的数据输入；所述选择单元连接所述静态随机存储器，接收所述静态随机存储器的数据输入；所述选择单元连接所述运算单元，输出数据到所述运算单元中进行运算； 

所述运算单元连接所述静态随机存储器，输出运算结果到静态随机存储器中存储；所述工作寄存器连接所述静态随机存储器，接收所述静态随机存 储器读出的数据；所述静态随机存储器连接所述结果输出端，输出其存储的运算结果； 

所述控制单元连接所述选择单元，用于输出控制信号到所述选择单元，控制所述选择单元选择输出到所述运算单元的数据；所述控制单元连接所述运算单元，用于输出控制信号到所述运算单元，控制所述运算单元选择进行相应的运算；所述控制单元连接所述静态随机存储器，用于输出控制信号和地址信号到所述静态随机存储器，控制所述静态随机存储器读出相应地址存储的数据。 

优选地，所述控制单元包括译码器和只读内存模块，所述译码器分别与所述选择单元、运算单元和静态随机存储器连接；所述只读内存模块与译码器连接，接收所述译码器输出的控制信号和地址信号，并根据接收到的控制信号和地址信号输出数据到所述译码器。 

优选地，所述只读内存模块替换为随机存储器模块，所述控制单元还包括闪存模块和控制电路；所述随机存储器模块还连接所述闪存模块；所述控制电路连接所述闪存模块，输出控制信号、地址信号和数据到所述闪存模块；所述控制电路连接所述随机存储器模块，输出地址信号和控制信号到所述随机存储器模块。 

优选地，所述选择单元包括第一选择器和第二选择器，其中： 

所述第一选择器分别连接所述外部数据输入端和静态随机储存器，接收所述外部数据的输入和所述静态随机存储器读出的数据；所述第一选择器连接所述运算单元，输出数据到所述运算单元中进行运算；所述第一选择器连接所述译码器，接收所述译码器输出的控制信号； 

所述第二选择器分别连接所述工作寄存器和静态随机存储器，接收所述工作寄存器输出的数据和所述静态随机存储器读出的数据；所述第二选择器连接所述运算单元，输出数据到所述运算单元中进行运算；所述第二选择器连接所述译码器，接收所述译码器输出的控制信号。 

优选地，还包括第三选择器，所述工作寄存器通过所述第三选择器与所述静态随机存储器连接，所述第三选择器分别连接所述运算单元和静态随机储存器，接收所述运算单元输出的中间运算结果和所述静态随机存储器读出的数据；所述第三选择器连接所述工作寄存器，输出数据到所述工作寄存器 中；所述第三选择器连接所述译码器，接收所述译码器输出的控制信号。 

本发明还提出一种电能计量装置，包括如上所述的电能计量芯片。 

本发明的电能计量装置及其电能计量芯片，采用串行计算，大大的提高了硬件复用率，采用静态随机存储器代替寄存器来存储数据，减少了存储系统的开销，由于寄存器需要挂在时钟网络上，所以减少寄存器的使用使得时钟网络更加简单，芯片的面积减小，且节省了成本；又由于静态随机存储器的动态功耗和芯片面积都要比寄存器的更小，因此降低了功耗，又减小了芯片面积。 

附图说明

图1是传统的电能计量芯片的架构图； 

图2是本发明电能计量芯片第一实施例的结构示意图； 

图3是本发明电能计量芯片第二实施例的结构示意图； 

图4是本发明电能计量芯片第三实施例的结构示意图； 

图5是本发明电能计量芯片第四实施例的结构示意图。 

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。 

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

如图2所示，图2为本发明电能计量芯片第一实施例的结构示意图。 

该实施例提到的电能计量芯片，包括工作寄存器10、控制单元20、运算单元30、静态随机存储器40和选择单元50，具有外部数据输入端和结果输出端，其中： 

选择单元50连接外部数据输入端，接收外部数据的输入；选择单元50连接工作寄存器10，接收工作寄存器10的数据输入；选择单元50连接静态 随机存储器40，接收静态随机存储器40的数据输入；选择单元50连接运算单元30，输出数据到运算单元30中进行运算； 

运算单元30连接静态随机存储器40，输出运算结果到静态随机存储器40中存储；工作寄存器10连接静态随机存储器40，接收静态随机存储器40读出的数据；静态随机存储器40连接结果输出端，输出其存储的运算结果； 

控制单元20连接选择单元50，用于输出控制信号到选择单元50，控制选择单元50选择输出到运算单元30的数据；控制单元20连接运算单元30，用于输出控制信号到运算单元30，控制运算单元30进行相应的运算；控制单元20连接静态随机存储器40，用于输出控制信号和地址信号到静态随机存储器40，控制静态随机存储器40读出相应地址存储的数据。 

本实施例中，选择单元50的作用是：选择其接收到的所有数据中的几路数据进行输出；选择单元50选择输出哪几路数据，这个是根据接收到的控制单元20的控制信号确定的，即是由控制单元20决定。运算单元30的作用是：由控制单元20输出的控制信号控制，对接收到的数据进行相应的运算（比如加法、乘法等），并将运算结果输出给静态随机存储器40。静态随机存储器40用于存储运算单元30运算中所有的运算结果，并且为运算单元30提供数据。工作寄存器10用于暂时存储数据，为选择单元50提供数据来源。控制单元20的作用：控制选择单元50对选择单元50接收到的数据进行选择输出；控制运算单元30执行相应的运算；控制静态随机存储器40的数据的读和写：通过输出地址信号到静态随机存储器40，控制运算单元30输出到静态随机存储器40的运算结果的写入存储地址以及控制静态随机存储器40读出相应地址的数据输出到选择单元50或工作寄存器10或结果输出端。 

本实施例电能计量芯片具体的工作流程为：电能计量芯片上电后，控制单元20控制选择单元50选择输出到运算单元30的数据；控制单元20控制运算单元30将接收到的数据进行相应的运算，运算结果输出到静态随机存储器40；控制单元20控制静态随机存储器40将接收到的运算结果储存到特定地址；控制单元20输出控制信号和地址信号到静态随机存储器40，控制静态随机存储器40读出相应地址的数据进行结果输出或输入到选择单元50或输入到工作寄存器10中；然后控制单元20再控制选择单元50从接收到的外部数据、静态随机存储器40读出的数据以及工作寄存器10输出的数据中的选 择数据输出到运算单元30进行下一步运算；如此循环进行运算，在所有运算完成，控制单元20控制静态随机存储器40将结果数据从结果输出端输出，每一次的运算算法由控制单元20来控制确定，控制单元20根据多次运算的组合实现各种算法。 

本实施例的电能计量芯片，采用串行计算，大大的提高了硬件复用率，采用静态随机存储器40代替寄存器来存储数据，减少了存储系统的开销，由于寄存器需要挂在时钟网络上，所以减少寄存器的使用使得时钟网络更加简单，芯片的面积减小，且节省了成本；又由于静态随机存储器40的动态功耗和芯片面积都要比寄存器的更小，因此降低了功耗，又减小了芯片面积。 

参照图3，本实施例基于第一实施例，在本实施例中，控制单元20包括译码器21和rom（Read-Only Memory，只读内存）模块22，译码器21分别与选择单元50、运算单元30和静态随机存储器40连接；rom模块22与译码器21连接，接收译码器21输出的控制信号和地址信号，并根据接收到的控制信号和地址信号输出数据到译码器21。选择单元50包括第一选择器51和第二选择器52，其中：第一选择器51分别连接外部数据输入端和静态随机储存器，接收外部数据的输入和静态随机存储器40读出的数据；第一选择器51连接运算单元30，输出数据到运算单元30中进行运算；第一选择器51连接译码器21，接收译码器21输出的控制信号；第二选择器52分别连接工作寄存器10和静态随机存储器40，接收工作寄存器10输出的数据和静态随机存储器40读出的数据；第二选择器52连接运算单元30，输出数据到运算单元30中进行运算；第二选择器52连接译码器21，接收译码器21输出的控制信号。 

本实施例中，第一选择器51分别接收外部数据和静态随机存储器40输出的数据，由译码器21输出的控制信号到第一选择器51，控制选择输出接收到的数据中的一个或多个数据到运算单元30。第一选择器51可为一路输出或多路输出，根据具体运算需求选用。外部数据输入端为总线输入，包括多个数据输入。第二选择器52分别接收工作寄存器10输出的数据和静态随机存储器40输出的数据，由译码器21输出的控制信号到第二选择器52，控制选择输出接收到的数据中的一个或多个数据到运算单元30。译码器21输出控制 信号到运算单元30，控制运算单元30进行相应的运算，输出运算结果到静态随机存储器40。译码器21发送地址信号和控制信号到静态随机存储器40，控制静态随机存储器40将接收到的运算结果写入相应的地址存储；译码器21也发送地址信号和控制信号到静态随机存储器40，控制静态随机存储器40读出相应地址的数据输出到工作寄存器10或第二选择器52或结果输出端。rom模块22中存有实现计算算法的程序，在电能计量芯片上电后，译码器21读取并执行rom中的程序，来实现计算算法。在将电能计量芯片用于不同的项目中时，只需根据项目算法编写出不同的程序，把程序综合到rom模块22中即可，其他硬件单元无需改变。 

参照图4，本实施例基于第一和第二实施例，rom模块22替换为ram（random access memory，随机存储器）模块23，控制单元20还包括闪存模块24和控制电路25；ram模块23还连接闪存模块24；控制电路25连接闪存模块24，输出控制信号、地址信号和数据到闪存模块24；控制电路25连接ram模块23，输出地址信号和控制信号到ram模块23。 

本实施例中，控制单元20的实现流程是：闪存模块24中存有实现计算算法的程序，电能计量芯片上电后，控制电路25将闪存模块24中的程序读到ram模块23中，然后译码器21开始读取并执行ram模块23里的程序，实现计算算法。使用本实施例中的控制单元20的电能计量芯片，在用与不同的项目中时，只需要修改闪存里的程序即可，硬件电路不用修改，而且能够通过控制电路25重新下载程序到闪存模块24的方式修改算法，灵活性好。 

进一步地，参照图5，本实施例基于第三实施例，当然也可以基于第一实施例或第二实施例，这里以基于第三实施例为例。本实施例电能计量芯片还包括第三选择器60，工作寄存器10通过第三选择器60与静态随机存储器40连接，第三选择器60分别连接运算单元30和静态随机储存器40，接收运算单元30输出的中间运算结果和静态随机存储器40读出的数据；第三选择器60连接工作寄存器10，输出数据到工作寄存器10中；第三选择器60连接译码器21，接收译码器21输出的控制信号。本实施例中第三选择器60的工作方式和前述第一选择器51或第二选择器52的原理相同，具体的可以参照前述实施例，在此不做赘述。 

本实施例中，对于有些不需要存储到静态随机存储器40中的中间运算结果（即第一选择器51和第二选择器52不需要用到的中间运算结果），直接将该中间运算结果通过第三选择器60输入到工作寄存器10中，当然第三选择器60的选择输出还是通过译码器21输出控制信号控制。这样可以有效的减少一些不必要存储的中间运算结果的存储，减小静态随机存储器30所需的存储空间大小。 

当然，本发明中控制单元20还可以选用其他方式实现，比如全定制方式，即是根据需求综合处相应的控制逻辑。或者只采用闪存模块24，不使用ram模块23，直接通过闪存模块24提供数据。 

本发明还提出一种电能计量装置，包括电能计量芯片，该电能计量芯片可包括前述图2至图5所示实施例中所有技术方案，其详细结构可参照前述实施例，在此不做赘述。 

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 

Claims (6)

1.一种电能计量芯片，包括工作寄存器，其特征在于，具有外部数据输入端和结果输出端，还包括控制单元、运算单元、静态随机存储器和选择单元，其中：

所述选择单元连接所述外部数据输入端，接收所述外部数据的输入；所述选择单元连接所述工作寄存器，接收所述工作寄存器的数据输入；所述选择单元连接所述静态随机存储器，接收所述静态随机存储器的数据输入；所述选择单元连接所述运算单元，输出数据到所述运算单元中进行运算；

所述运算单元连接所述静态随机存储器，输出运算结果到静态随机存储器中存储；所述工作寄存器连接所述静态随机存储器，接收所述静态随机存储器读出的数据；所述静态随机存储器连接所述结果输出端，输出其存储的运算结果；

所述控制单元连接所述选择单元，用于输出控制信号到所述选择单元，控制所述选择单元选择输出到所述运算单元的数据；所述控制单元连接所述运算单元，用于输出控制信号到所述运算单元，控制所述运算单元选择进行相应的运算；所述控制单元连接所述静态随机存储器，用于输出控制信号和地址信号到所述静态随机存储器，控制所述静态随机存储器读出相应地址存储的数据。

2.根据权利要求1所述的电能计量芯片，其特征在于，所述控制单元包括译码器和只读内存模块，所述译码器分别与所述选择单元、运算单元和静态随机存储器连接；所述只读内存模块与译码器连接，接收所述译码器输出的控制信号和地址信号，并根据接收到的控制信号和地址信号输出数据到所述译码器。

3.根据权利要求2所述的电能计量芯片，其特征在于，所述只读内存模块替换为随机存储器模块，所述控制单元还包括闪存模块和控制电路；所述随机存储器模块还连接所述闪存模块；所述控制电路连接所述闪存模块，输出控制信号、地址信号和数据到所述闪存模块；所述控制电路连接所述随机存储器模块，输出地址信号和控制信号到所述随机存储器模块。

4.根据权利要求2或3所述的电能计量芯片，其特征在于，所述选择单元包括第一选择器和第二选择器，其中：

所述第一选择器分别连接所述外部数据输入端和静态随机储存器，接收所述外部数据的输入和所述静态随机存储器读出的数据；所述第一选择器连接所述运算单元，输出数据到所述运算单元中进行运算；所述第一选择器连接所述译码器，接收所述译码器输出的控制信号；

所述第二选择器分别连接所述工作寄存器和静态随机存储器，接收所述工作寄存器输出的数据和所述静态随机存储器读出的数据；所述第二选择器连接所述运算单元，输出数据到所述运算单元中进行运算；所述第二选择器连接所述译码器，接收所述译码器输出的控制信号。

5.根据权利要去4所述的电能计量芯片，其特征在于，还包括第三选择器，所述工作寄存器通过所述第三选择器与所述静态随机存储器连接，所述第三选择器分别连接所述运算单元和静态随机储存器，接收所述运算单元输出的中间运算结果和所述静态随机存储器读出的数据；所述第三选择器连接所述工作寄存器，输出数据到所述工作寄存器中；所述第三选择器连接所述译码器，接收所述译码器输出的控制信号。

6.一种电能计量装置，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的电能计量芯片。

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