CN114020138B - 微控制单元芯片及降低电量消耗的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请关于一种微控制单元芯片及降低电量消耗的方法,涉及微控制单元设计领域,该微控制单元芯片包括中央处理器CPU、电力控制器和程序存储器;CPU与电力控制器以及程序存储器通信连接;电力控制器与程序存储器通信连接。在MCU芯片中,通过进行电力控制器的设置,并将电力控制器分别与CPU以及程序存储器连接,在电力控制器接收到中断信号时,可以通过CPU将该信号转换为睡眠信号并回复至电力控制器中,电力控制器基于该信号对于程序控制器进行休眠控制,以使程序存储器在进入休眠状态的过程中,仅接收到来自电力控制器的控制信号,而无需在接收CPU的控制信号的同时对于该信号进行同步寄存,降低了MCU无法正常操作的风险。
Description
技术领域
本申请涉及微控制单元设计领域,特别涉及一种微控制单元芯片及降低电量消耗的方法。
背景技术
在开发50MHz以下的低速微控制单元(Microcontroller Unit,MCU)芯片时,通常不设置额外的缓存内存,而是内置程序存储器,直接在存储器中安装应用程序,以直接访问的方式设计MCU。此时,为了减少MCU的电力消耗,将使用多种方式的设计方法。
相关技术中,采用将芯片内部的程序存储器休眠的方式,减少MCU的电力损耗,在该休眠方式中,中央处理器(Central Processing Unit,CPU)在接收到指示将程序存储器进行休眠的中断信号后,会基于该信号生成控制指令,并控制数据存储器进行休眠。
然而,相关技术中,通过此方式对于数据存储器进行休眠控制的过程中,在对于数据存储器进行休眠或唤醒时,数据存储器将会有状态切换的响应时间,而CPU对其的即时控制命令将无法被数据存储器正常读取,在此情况下,MCU即存在无法正常操作的风险。
发明内容
本申请关于一种微控制单元芯片及降低电量消耗的方法,能够降低MCU无法正常操作的风险。该技术方案如下:
一方面,提供了一种MCU芯片,该芯片包括中央处理器(Central ProcessingUnit,CPU)、电力控制器和程序存储器;
所述CPU与所述电力控制器以及所述程序存储器通信连接;
所述电力控制器与所述程序存储器通信连接。
另一方面,提供了一种降低电量消耗的方法,该方法应用于MCU芯片中,该方法包括:
通过电力控制器接收休眠中断信号,所述休眠中断信号用于指示所述MCU芯片进入休眠状态;
将所述休眠中断信号转发至CPU中;
通过所述CPU基于所述休眠中断信号生成睡眠信号,并将所述睡眠信号发送至所述电力控制器;
基于所述睡眠信号,向所述程序存储器发送失效控制信号,所述失效控制信号用于控制所述程序存储器进入休眠状态。
本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
在MCU芯片中,通过进行电力控制器的设置,并将电力控制器分别与CPU以及程序存储器连接,并由电力控制器进行另程序存储器进行休眠的信号的接收,在电力控制器接收到中断信号时,可以通过CPU将该信号转换为睡眠信号并回复至电力控制器中,电力控制器基于该信号对于程序控制器进行休眠控制,以使程序存储器在进入休眠状态的过程中,仅接收到来自电力控制器的控制信号,而无需在接收CPU的控制信号的同时对于该信号进行同步寄存,降低了MCU无法正常操作的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了相关技术中MCU芯片的结构示意图;
图2示出了相关技术中程序存储器中的时序逻辑;
图3示出了本申请一个示例性实施例提供的一种MCU芯片的结构示意图;
图4示出了本申请一个示例性实施例提供的一种降低电量消耗的方法的流程图;
图5示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种MCU芯片的结构示意图;
图6示出了本申请一个示例性刚实施例提供的另一种降低电量消耗的方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
首先,对本申请中出现的名词进行解释:
MCU,又称单片微型计算机或者单片机,是把中央处理器的频率与规格做是对方缩减,并将内存、计数器、通用串行总线、输入/输出转换等周边接口整合在单一芯片上的芯片级计算机,其广泛应用于不同工业设备当中。
相关技术中,请参考图1,MCU芯片100中包括CPU110、程序存储器120与数据存储器130。在相关技术中,程序存储器120即为非挥发性存储器,数据处理器130即为挥发性存储器,并对应采取外部中断源或内部中断源的形态。CPU110、程序存储器120以及数据存储器130通过总线140连接,并可对应智能功能模块150以及功能模块160的对应功能。在此情况下,CPU110采用外部中断源或内部中断源的形式接收中断信号170,以驱动其他模块执行对应命令。
在此情况下,请参考图2,将程序存储器中的访问信号公式化,激活信号201可以呈现为高电平状态和低电平状态。当其处于低电平状态时,程序存储器将会被访问,在经过响应时间之后,激活信号即会根据获取MCU的工作过程中产生的数据,并分配相应的地址进行寄存。在激活区间206及激活区间208内,程序存储器正常工作,在非激活区间207内,程序存储器不进行工作。然而,在此情况下,在响应时间段204以及响应时间段205内,程序存储器无法正常对于数据进行寄存。
针对上述情况,本申请提供了一种MCU芯片。请参考图3,该MCU芯片300包括CPU310、电力控制器320和程序存储器330。CPU310与电力控制器320以及程序存储器330通信连接,且电力控制器320与程序存储器330通信连接。
基于图3所示的MCU芯片,图4示出了本申请一个示例性实施例提供的一种降低电量消耗的方法的流程图,以该方法应用于MCU芯片中为例进行说明,该方法包括:
步骤401,通过电力控制器接收休眠中断信号,休眠中断信号用于指示MCU芯片进入休眠状态。
在本申请实施例中,由电力控制器进行中断信号的接收,而非由CPU进行对应的中断信号的接收。
在本申请实施例中,使MCU芯片进入休眠状态,也即指示使程序存储器进入休眠状态。
步骤402,将休眠中断信号转发至CPU中。
在电力控制器接收到休眠中断信号之后,电力控制器即将该型号转发至CPU中,由CPU进行信号的处理,并对应生成控制指令
步骤403,通过CPU基于休眠中断信号生成睡眠信号,并将睡眠信号发送至电力控制器。
步骤404,基于睡眠信号,向程序存储器发送失效控制信号,失效控制信号用于控制程序存储器进入休眠状态。
步骤403至步骤404所示的过程即为对于程序存储器的控制过程,在CPU接收到休眠中断信号后,其机会对应生成睡眠信号,并将睡眠信号转发至电力控制器中,电力控制器基于睡眠信号生成对于程序存储器直接控制的失效控制信号,在程序存储器接收到失效控制信号时,即进入休眠状态。
综上所述,本申请实施例提供的方法,在MCU芯片中,通过进行电力控制器的设置,并将电力控制器分别与CPU以及程序存储器连接,并由电力控制器进行另程序存储器进行休眠的信号的接收,在电力控制器接收到中断信号时,可以通过CPU将该信号转换为睡眠信号并回复至电力控制器中,电力控制器基于该信号对于程序控制器进行休眠控制,以使程序存储器在进入休眠状态的过程中,仅接收到来自电力控制器的控制信号,而无需在接收CPU的控制信号的同时对于该信号进行同步寄存,降低了MCU无法正常操作的风险。
在本申请的一些实施例中,MCU芯片内部用于计时的振荡电路模块所产生的振荡信号,将会在工作过程当中被记录至系统存储器中,即使程序存储器进入休眠状态,由于系统内的振荡电路的动作,MCU内部的能耗均较高。请参考图5,在本申请一个示例性实施例提供的一种MCU芯片中,该MCU芯片500包括CPU510,电力控制器520、程序存储器530、振荡电路模块540、时钟切换逻辑模块550、与门电路模块560和系统控制器570。
请参考图4,CPU510与电力控制器520以及程序存储器530通信连接,电力控制器520与程序存储器530通信连接。电力控制器520分别与与门电路模块560的第一输入端和系统控制器570通信连接;与门电路模块560的输出端与时钟切换逻辑模块550串联,振荡电路模块540与系统控制器570通过与门电路模块560以及时钟切换逻辑模块550通信连接。
对应该MCU芯片,图6示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种降低电量消耗的方法的流程示意图,请参考图6,该过程包括:
步骤601,通过电力控制器接收休眠中断信号,休眠中断信号用于指示MCU芯片进入休眠状态。
在本申请实施例中,当MCU芯片进入休眠状态时,系统控制器与程序存储器都需要以较低的能耗进行工作。
步骤602,将休眠中断信号转发至CPU中。
步骤603,通过CPU基于休眠中断信号生成睡眠信号,并将睡眠信号发送至电力控制器。
步骤604,基于睡眠信号,向程序存储器发送失效控制信号,失效控制信号用于控制程序存储器进入休眠状态。
步骤601至步骤604所示的过程与图3所示的实施例内容相同,在此不作赘述。
步骤605,通过电力控制器接收唤醒中断信号,唤醒中断信号指示唤醒处于休眠状态的程序存储器。
步骤606至步骤608所示的过程即为在程序存储器进入休眠状态后,将程序存储器进行唤醒的过程。
在该过程中,电力控制器接收到用于唤醒MCU芯片的唤醒中断信号。在本申请实施例中,其即实现为唤醒程序存储器的唤醒中断信号。
步骤606,响应于程序存储器进入休眠状态,控制电力控制器向程序存储器发送使能信号,以指示程序存储器进入待机状态。
在MCU自身判断程序存储器进入休眠状态后,其即控制电力控制器向程序存储器发送使能信号,该使能信号用于指示程序存储器进入待机状态,也即,进入工作状态之前的准备状态。
步骤607,响应于程序存储器处于待机状态的时间达到时间阈值,唤醒程序存储器。
在本申请实施例中,在程序存储器所准备的待机时间达到时间阈值时,即指示程序存储器可进入工作状态,此时,程序存储器即被唤醒。
步骤608,响应于程序存储器被唤醒,通过电力控制器向CPU发送唤醒中断信号。
在本申请实施例中,当程序存储器被唤醒后,电力控制器基于唤醒中断进行格式转化,并将其转发至CPU当中,在此情况下,CPU即可直接将数据向已被唤醒的程序存储器进行同步寄存,不会产生因程序存储器还未完成寄存,导致MCU内部执行程序逻辑错误的情况。
步骤609,响应于MCU芯片处于运行状态,控制振荡电路模块以主振荡频率工作,并通过时钟切换逻辑模块向系统控制器发送主振荡频率时钟信号。
在本申请实施例中,除了对程序存储器进行休眠控制和唤醒控制以及两种模式之外,由于MCU芯片中还包括振荡电路模块,该振荡电路模块会以正常工作下的主振荡频率,使MCU芯片中的所有模块同步。在MCU芯片处于休眠状态的情况下,同步过程的能耗也相对较大。在此情况下,在常规工作的过程中,即通过时钟切换逻辑模块向系统控制器以主振荡频率发送主振荡频率工作信号。
步骤610,响应于CPU基于休眠中断信号生成睡眠信号,控制电力控制器通过与门电路模块的第一输入端发送使能时钟信号,并向系统控制器发送低振荡频率时钟信号。
而在对应MCU芯片进入休眠状态的过程中,由于以主振荡频率对芯片中的所有模块进行同步,会产生较大的能耗,故在电力控制器与门逻辑电路的一个输入端连接的情况下,其将会输入低电平的使能时钟信号,该使能时钟信号会使通过与门逻辑电路的另一个输出端进行传输的主振荡频率信号无法工作,也即,无法进行高电平的主振荡频率信号的输出。
此时,电力控制器将会向系统控制模块进行低振荡频率时钟信号的发送。系统控制模块机会通过低振荡频率时钟信号进行MCU芯片内的所有模块的工作频率同步。
在此情况下,当MCU芯片从休眠状态切换回工作状态时,电力控制器即停止向与门电路模块的第一输入端进行使能时钟信号的发送。在此情况下,振荡电路模块以主振荡频率发出的信号即可以重新通过与门电路模块,并发送至系统控制器中,指示系统控制器激活。
综上所述,本申请实施例提供的方法,在MCU芯片中,通过进行电力控制器的设置,并将电力控制器分别与CPU以及程序存储器连接,并由电力控制器进行另程序存储器进行休眠的信号的接收,在电力控制器接收到中断信号时,可以通过CPU将该信号转换为睡眠信号并回复至电力控制器中,电力控制器基于该信号对于程序控制器进行休眠控制,以使程序存储器在进入休眠状态的过程中,仅接收到来自电力控制器的控制信号,而无需在接收CPU的控制信号的同时对于该信号进行同步寄存,降低了MCU无法正常操作的风险。
在程序存储器对应进入休眠状态时,通过与门电路的设置,使振荡电路模块中发出的主振荡信号被隔断,系统控制器中接收到电力控制器发送的低振荡频率时钟信号,使系统控制器的工作能耗也对应得到降低,进一步降低了MCU处于休眠模式时的芯片整体工作能耗。
上述仅为本申请的可选实施例,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种微控制单元MCU芯片,其特征在于,所述MCU芯片包括中央处理器CPU、电力控制器和程序存储器;
所述CPU与所述电力控制器以及所述程序存储器通信连接;
所述电力控制器与所述程序存储器通信连接;
所述MCU芯片还包括振荡电路模块、时钟切换逻辑模块、与门电路模块和系统控制器;
所述电力控制器分别与所述与门电路模块的第一输入端和所述系统控制器通信连接;
所述与门电路模块的输出端与所述时钟切换逻辑模块串联,所述振荡电路模块与所述系统控制器通过所述与门电路模块以及所述时钟切换逻辑模块通信连接。
2.一种降低电量消耗的方法,其特征在于,所述方法应用于如权利要求1所述的MCU芯片中,所述方法包括:
通过电力控制器接收休眠中断信号,所述休眠中断信号用于指示所述MCU芯片进入休眠状态;
将所述休眠中断信号转发至CPU中;
通过所述CPU基于所述休眠中断信号生成睡眠信号,并将所述睡眠信号发送至所述电力控制器;
基于所述睡眠信号,向所述程序存储器发送失效控制信号,所述失效控制信号用于控制所述程序存储器进入休眠状态。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述向所述程序存储器发送失效控制信号之后,包括:
通过所述电力控制器接收唤醒中断信号,所述唤醒中断信号指示唤醒处于休眠状态的所述程序存储器;
响应于所述程序存储器进入所述休眠状态,控制所述电力控制器向所述程序存储器发送使能信号,以指示所述程序存储器进入待机状态;
响应于所述程序存储器处于所述待机状态的时间达到时间阈值,唤醒所述程序存储器;
响应于所述程序存储器被唤醒,通过所述电力控制器向所述CPU发送所述唤醒中断信号。
4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述MCU芯片还包括振荡电路模块、时钟切换逻辑模块、与门电路模块和系统控制器;
所述电力控制器分别与所述与门电路模块的第一输入端和所述系统控制器通信连接;
所述与门电路模块的输出端与所述时钟切换逻辑模块串联,所述振荡电路模块、与所述系统控制器通过所述与门电路模块以及所述时钟切换逻辑模块通信连接;
所述方法,还包括:
响应于所述MCU芯片处于运行状态,控制所述振荡电路模块以主振荡频率工作,并通过所述时钟切换逻辑模块向所述系统控制器发送主振荡频率时钟信号;
响应于所述CPU基于所述休眠中断信号生成睡眠信号,控制所述电力控制器通过所述与门电路模块的第一输入端发送使能时钟信号,并向所述系统控制器发送低振荡频率时钟信号。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 214000 room 1004, building 1, No. 50, xiuxi Road, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant after: Yinxin Micro (Jiangsu) Technology Co.,Ltd. Address before: 214000 room 1004, building 1, No. 50, xiuxi Road, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant before: Yinxinwei (Wuxi) Technology Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |