CN1151420C - 减小功率消耗的方法和使用该方法的便携式电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供能够有效地使用用于便携式电子装置的电池而不降低乐曲、声效应等声发射的质量的方法和装置。按照本发明，为了既实现便携式电子装置的更长电池寿命又实现声发射的更好质量，便携式电子装置中CPU的工作时钟和图像绘画的处理等待时间被动态地控制。在没有声发射时，CPU以低时钟运行，而如果有声发射请求，则CPU被切换到以高时钟运行(ST7)，并且在声发射结束时，再次使CPU以低时钟运行。由于改变CPU的时钟还改变屏幕绘画的速度，所以通过在时钟高时使得处理等待较长(ST6和ST4)而低时钟时使得处理等待较短，使得人们感觉不到任何明显的时钟变化。

Description

减小功率消耗的方法和使用该方法的 便携式电子装置

技术领域

本发明涉及方法、便携式电子装置和娱乐系统，在它们每一个中，通过改变CPU的工作时钟可以节省功率消耗。

背景技术

被用于插入信息装置或诸如以游戏机为代表的娱乐系统的其它主机器中的传统的存储卡装置等(从机器)具有用于将其连接到信息装置的主单元(主机器)的接口和用于存储数据的非易失性存储元件。

图1A示出这样的传统的存储卡装置的关键部件的组成例子。传统的存储卡10具有用于控制其操作的控制单元11、用于将所述卡装置连接到设置在信息装置的一个槽缝中的端子的连接器12、和用于存储数据的非易失性存储器16。连接器12和非易失性存储器16由控制单元11连接。

例如，控制单元11可以是微处理器(图中标注的那样)。例如，诸如EEPROM(电可擦写可编程只读存储器)的快速存储器被用作非易失性存储器16。微处理器有时还用于信息装置的连接接口，作为解释协议的控制装置。

图1B示出传统的存储卡10的控制单元11中的控制元件。

这样，传统的存储卡具有：用于与信息装置等的主单元连接的主单元连接接口；以及存储器接口，用于向非易失性存储器输入数据和从非易失性存储器输出数据。

诸如家用视频游戏装置的传统的视频游戏装置具有将游戏数据等存储在辅助存储器的功能。该存储卡装置也被用作这样的视频游戏装置的辅助存储器。

图2示出使用存储卡作为辅助存储器的传统的视频游戏装置的例子。这种传统的视频游戏装置1的主单元2具有：盘装载单元3，它被容纳在大致长方形的外壳中并且在其中央安放光盘，光盘是可记录的介质，其上存储有视频游戏应用程序；用于任意复位游戏的复位开关4；电源开关6；以及例如两个槽缝7A和7B。

用作辅助存储器的存储卡10装在槽缝7A和7B中，例如玩视频游戏装置1的游戏结果等被从控制单元(CPU)19送出，并被写入非易失性存储器16。未画出的多操作装置(控制器)也能连接到所述槽缝7A和7B，使多个玩游戏者可以同时玩竞争游戏等。

人们可以进一步向利用作为主机器的娱乐系统的存储卡槽缝连接的从机器提供执行游戏和其他程序的功能。即，有人认为在至少部分诸如游戏的程序将从主机器被下载之后，该程序本身将被执行，并且如果程序是游戏的话，它将获得允许游戏中的字符增长等功能。这样的便携式电子装置(从机器)可以没有修改地用作便携式信息终端，并且通过与其它装置的通信使更容易，它的应用范围能被扩展，从而导致对新需求的刺激。

与主机器分开后，这样的便携式电子装置使用AC(交流)适配器、电池等、执行图像处理和音频处理等的中央处理器(CPU)。具体地说，如果便携式电子装置被便携地使用，则使用电池。对于这种情况下的便携式电子装置来说，重要的是如何有效地利用有限的电池。

同时，在那些使用其中扬声器是由CPU经由数/模转换器(DAC)来驱动的系统的便携式电子装置中，如果要发出乐曲或声效应，需要至少两倍于被发送频率的频率，因此人们认为，没有相当高的工作时钟要发出高质量的声音是困难的。

可是如上所述，为了利用其中直接连接有CPU和DAC的便携式电子装置来发出高质量的声音，CPU的工作时钟必须做得很高，由此引起高功率消耗的问题。

发明内容

本发明针对上述问题而提出，为了上述问题的解决，本发明提供一种方法和装置，它可以有效地使用便携式电子装置的电池而不降低所发送的音乐、声效应和其它声音的质量。

按照本发明的第一方面，提供一种减小功率消耗的方法，其中在CPU的指令下驱动扬声器，当要输出音频声音时，通过声发射请求改变CPU的工作时钟。可以通过声发射请求将工作时钟或者改变到高速方式或者改变到中速方式，否则它被设置到低速方式。

按照本发明的第二方面，提供一种便携式电子装置，它包括：由CPU经由数/模转换器来驱动扬声器，其中声发射请求被输入到连接到所述CPU的总线控制器；以及按照所述总线控制器的输入来控制的时钟改变装置，并且工作时钟是可变的。

按照本发明的第三方面，提供一种娱乐系统，它包括：娱乐装置，后者具有程序执行功能和可拆卸地安装在所述娱乐装置上并包括用于电连接到所述娱乐装置的接口的便携式电子装置，其中便携式电子装置包含由CPU经由数/模转换器驱动的扬声器，声发射请求被输入到连接所述CPU的总线控制器；以及按照所述总线控制器的输入来控制的时钟改变装置，其中工作时钟是可变的。

附图说明

图1示出传统的存储卡配置的例子，

图2示出使用存储卡作为辅助存储器的传统的视频游戏装置的例子，

图3是解释本发明方法的流程图，

图4A、4B和4C分别是本发明的便携式电子装置的前视图、平面图和后视图，

图5是本发明的便携式电子装置的方框图，

图6示出本发明的便携式电子装置的控制单元配置，

图7是本发明的娱乐系统的平面图，

图8是本发明的娱乐系统的透视图，和

图9示出在便携式电子装置的CPU时钟频率按照本发明被修改的情况下的CPU时钟频率和工作时间的关系。

具体实施方式

此后将详细描述本发明。

将描述按照本发明的第一方面的方法。

为了便携式电子装置的长电池寿命和声发射质量两者，动态地控制CPU的工作时钟。即，当没有声发射时，CPU以低时钟运行，而如果存在作为改变CPU时钟诱因的声发射请求(激发)，则CPU将被切换到以高时钟运行，并且当声发射结束时，CPU将再次以低时钟运行。此外，由于简单地改变CPU时钟还将改变屏幕绘图速度，因此进行这样的处理、使得人们感觉不到任何明显的时钟变化，其方法如下：如果钟时高，则使得处理等待较长时间；相反，如果时钟低，则使得处理等待较短时间。

在本说明书中，“处理等待”意指用于保持屏幕绘图不变的处理时间，也称为“中断延迟”。

这里，如果是将在下文描述的便携式电子装置的情况，声发射请求可以是启动时的声发射请求或通过按操作键等指定的声发射请求。在具有诸如光标的指示装置的便携式电子装置的情况下，人们可以列举作出声发射请求的一些例子，例如用光标点击目标时发出声音。此外，在例如具有内置时钟装置的便携式电子装置的情况下可以指定发出报警声音的声发射请求。

在下面，将参考图3的流程图具体描述本发明的第一方面。参考图3，图中示出这样的过程，其中，在可拆卸地连接到游戏机的便携式电子装置上玩游戏时，改变CPU时钟频率和图像绘画速度。

对于便携式电子装置，如步骤1(ST1)所示，例如CPU处理用于移动游戏字符的键输入、诸如绘制背景图像和字符的屏幕处理、和诸如音乐和声效应的声发射信息的控制。在步骤2(ST2)，判断在这样的控制期间是否有新的声发射请求。

在步骤2(ST2)，如果没有新的声发射请求，则在步骤3(ST3)判断声发射目前是否正在发生，如果是的话，则在步骤4(ST4)，保持目前的处理等待，并且继续步骤1(ST1)中的键输入和屏幕处理等。

如果没有新的声发射请求，则在步骤3(ST3)判定目前有没有声发射，CPU时钟在步骤5(ST5)被切换到低速方式。

此外，例如在便携式电子装置中，CPU的时钟通常运行在从32kHz到8MHz的范围。

如果CPU时钟被切换到低速，因为仅将它切换到低速还将改变屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕绘画以保持屏幕绘画恒定，使得CPU时钟没有明显的变化。这一处理在步骤6(ST6)和在步骤4(ST4)执行。更具体地说，在步骤6(ST6)，执行诸如时间中断处理的中断处理，并且把屏幕绘画处理时间设置为短时间。然后在步骤4(ST4)，执行这样的控制，使得处理等待变成短时间。具体地说，设置图像绘画所需要的规定的中断时间，根据中断持续时间，使这一中断时间间隔与CPU的时钟一致地缩短。这种处理完成后，继续步骤1(ST1)中的键输入和屏幕处理等。

回到步骤2，现将解释如果存在新的声发射请求会发生什么。

如果存在声发射请求，在步骤2(ST2)之后，人们进行到步骤7(ST7)，并且CPU时钟被切换到高速方式。此时，在下面描述的便携式电子装置的情况下，声发射请求可为启动时的声发射请求或由操作键被按下引起的声发射请求，并且在游戏的情况下，声发射请求可为播放游戏程序中请求的声效应或乐曲的请求。

如上所述，当有声发射请求时，CPU时钟被切换到高速。可是因为这种向高速的切换还改变屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕绘画以便屏幕绘画保持恒定而没有明显的CPU时钟变化。这种处理在步骤8(ST8)和步骤4(ST4)执行。即，在步骤8(ST8)，执行诸如时间中断处理的中断处理，并且屏幕绘画处理时间被设置为长时间。然后在步骤4(ST4)，执行这样的控制以便处理等待变成长时间。具体地说，设置屏幕绘画所需要规定的中断时间，并且根据中断时间使这一中断时间间隔与CPU时钟一致地变长。执行这种处理之后，继续步骤1(ST1)中的键输入和屏幕处理等。

如上所述，在本发明的方法中，按照声发射请求改变CPU时钟并且这样控制绘画速度，使得不存在明显的变化。在本发明的方法中，CPU时钟和绘画速度不必按照上述过程由软件控制。控制也可由机械装置执行。

在本发明的方法中，也可以按两级或更多级来改变CPU时钟。例如可以按两级或三级来执行。例如，如果时钟按两级改变的话，时钟频率可设置为512kHz和4MHz或者如果时钟按三级变化的话，为512kHz、4MHz和1MHz。通过这样以三级设置时钟，可按照声发射请求设置适当的时钟频率，并且可根据声发射请求和CPU的负担之间的关系设置适当的时钟频率。

而且，在本发明的方法中，还可以把声发射请求列为改变CPU时钟的诱因(激发)，但当出现执行包含繁重处理的屏幕绘画的必要性时，CPU的时钟可能改变。在这种情况下，可以根据功率消耗和CPU负担之间的关系按三级改变时钟来选择适当的时钟频率。

下面将描述本发明的第二实施例。

将描述本发明的第二方面。

示于图4A到图4C和图5、图6中的便携式电子装置具有由CPU经由数/模转换器驱动的扬声器。声发射请求被输入到连接CPU的总线控制器，按照到达总线控制器的输入信号控制时钟改变单元，并且改变工作时钟。

更具体地说，将描述便携式电子装置的配置。图4A到图4C示出便携式电子装置400，它是本发明的便携式电子装置的实施例。作为可拆卸的便携式电子装置，便携式电子装置400构成图7和图8中所示的娱乐系统的一部分。

如图4A到图4C中所示，便携式电子装置400包括外壳401并且具有用于各种信息的输入的操作单元420、包括液晶显示器(LCD).等的显示单元430、以及用于通过例如红外线、借助无线通信单元进行通信的窗口440。

衬底安装在包括上外壳401a和下外壳401b的外壳401内，衬底上安装存储元件等。外壳401作成这样的形状、以便允许插入到诸如下面描述的视频游戏装置的娱乐系统的主单元的规定的槽缝中。

窗口440设置在外壳401的另一端，它做成大致半圆形。LCD显示器430占据构成外壳401的一部分的上外壳401a的大约一半的区域，并位于靠近窗口440的位置。

具有一个或更多用于执行事件输入并作出各种选择的操作键421、422的操作单元420以和窗口440相同的方式形成在上外壳401a中，并占据和窗口所在部分相对的一侧的大约一半区域。操作单元420也位于盖410上，后者以可以相对于外壳401旋转的方式被支撑。这里，操作键421、422排列成从盖410的上表面侧到下表面侧布置并穿过盖410。操作键421、422可以相对于盖410的上表面部分移入或移出并且由盖410支撑。

在外壳401内的便携式电子装置400装有一个在与盖410相对的位置上的衬底，并且在所述便携式电子装置衬底的顶部还有开关按压单元。在盖410闭合的情况下，开关按压单元的位置保持在对应于操作键421、422的位置。这样当操作键421、422被按时，开关按压单元压到诸如薄片开关的按压开关上。

如图5中所示，便携式电子装置400具有：控制单元441；连接器442；输入单元443；显示器(LCD)444；时钟功能单元445；非易失性存储器446；扬声器447；作为数据发送和接收装置的无线通信单元448和无线接收单元449；电池450；构成电源存储装置的电源端子451和二极管452。

例如使用微处理器来构成控制单元441。如图6所示，控制单元441包括作为程序存储装置的程序存储器441a、CPU核心单元441b、总线控制单元441c、和时钟改变单元441d。

在按照本发明改变CPU时钟时，任何经由总线控制器441c输入到时钟改变单元441d的诸如键操作441e和RTC(实时时钟)441f的激发信息(产生声发射请求的信息)以及CPU时钟都被时钟改变单元441d改变。由RTC 441f产生的声发射请求的例子是固定时间的报警输出指令。PLL(锁相环)可用于时钟改变单元441d。石英晶体(crystal)也可以用作时钟改变单元441d。可是，所述石英将置于控制单元441的外面。

连接器442用于连接到另一个信息装置的槽缝。例如，连接器442具有用于向例如视频游戏装置发送数据以及从视频游戏装置接收数据的数据通信功能。

输入单元443具有用于操作存储的程序的操作键等。

显示器444具有液晶显示器(LCD)等，它是用于显示各种信息的显示装置。

这样构成时钟功能单元445、以便显示时间，例如它可以在显示器430上执行时间显示。

非易失性存储器446是用于存储各种数据的元件。例如，诸如快速存储器的半导体存储元件可用作非易失性存储器446，其中存储的数据即使电源断开也经久不消。

因为便携式电子装置400有电池450，所以静态随机存取存储器(SRAM)可用作非易失性存储器446，它允许数据高速输入输出。

而且，电池的提供使得有可能甚至在从视频游戏装置的主单元中卸下的情况下也能独立地操作便携式电子装置400。

例如电池450可以是可充电的蓄电池。当便携式电子装置400插入到视频游戏装置时，电池450由视频游戏装置供电。在这一情况下，电源端子451经由反向电流保护二极管452连接到电池450的连接端子，并在便携式电子装置400连接到视频游戏装置主单元时向其供电。

无线通信单元448是通过红外线等与另一个存储卡等进行通信的部分。

无线接收单元449是具有天线和解调电路等的部分。即，它是接收通过无线广播发送的各种数据的部分。这种无线接收单元449可以具有用于暂时存储所接收的广播数据的存储器。

扬声器447是按照程序等发送声音的声发射装置。

所有上述部件连接到控制单元441并在控制单元441的控制下操作。

例如，如果接通便携式电子装置400的电源，则示于图5的控制单元441(微处理器)总体上执行便携式电子装置400的操作确认和其它初始化，然后执行存储在程序存储器441a中的应用程序。通过执行这一应用程序，控制单元441根据来自玩游戏者的输入操作来控制显示器444、扬声器447等并因此控制图像显示和声效应及音乐的产生。

在本发明的便携式电子装置中，通过控制单元441来执行本发明的上述方法。这一过程之后将被描述。在下面的描述中，图3示出的每一个步骤被列入括号中。

在执行存储在程序存储器中的程序期间，例如通过控制单元441判断是否有新的声发射请求(ST2)。如果没有新的输入信息，则判断目前是否正发送声音(ST3)，如果正发送声音，则保持目前的处理等待(ST4)，并且继续键输入和屏幕处理等(ST1)。

如果判断目前没有发送声音，则CPU时钟被切换到低速方式(ST5)。如上所述，通过可用于便携式电子装置400的诸如锁相环或石英振荡器的时钟改变单元441d，执行CPU向低速方式的转换。

而且，例如在便携式电子装置中，CPU的时钟通常运行在从32kHz到8MHz的范围。

如果CPU的时钟切换到低速，因为仅将它切换到低速还将改变屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕绘画以便保持它恒定而没有明显的CPU时钟改变。在这一处理中，执行诸如时间中断处理的中断处理，并且屏幕绘画时间被设置到短时间(ST6)。然后执行这样的控制以便处理等待变成短时间(ST4)。具体地说，设置图像绘制所需的规定的中断时间，并且与中断时间相比较、使得中断时间间隔与CPU时钟一致地变短。在执行这一处理之后，继续键输入和屏幕处理等(ST1)。

接着将描述存在声发射请求的情况。

如果存在声发射请求，则CPU时钟被切换到高速方式。向高速方式的切换由诸如PLL或石英振荡器的时钟控制单元441d执行。这里，声发射请求可以是由压下操作健引起的声发射请求，或者所述声发射请求可以是播放游戏程序中请求的声效应或乐曲的请求。

如上所述，在存在声发射请求时CPU时钟被切换到高速。可是因为切换到高速还改变屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕绘画以便屏幕绘画保持恒定而没有明显的CPU时钟变化。在这一处理中，首先进行诸如时间中断处理的中断处理，并且把屏幕绘画时间设置到长时间。然后这样进行控制、使得处理等待变成长时间(ST8和ST4)。具体地说，设置图像绘制所需的规定的中断时间，并且与所述中断时间相比较、使得中断时间间隔与CPU时钟一致地变长。执行这种处理之后，继续键输入和屏幕处理等(ST1)。

如上所述，本发明提供一种装置，它按照声发射请求改变CPU时钟，并控制绘画速度使得没有明显的变化。在本发明的便携式电子装置中，能够像上述过程那样由硬件来控制CPU时钟和绘画速度，但也能通过软件装置来控制它们。

在本发明的电子装置中，也可以按两级或更多级改变CPU时钟频率。两级或三级更好。具体地说，如果按两级改变所述时钟频率，则可在512kHz和4MHz变化，或者如果按三级改变所述时钟频率，则可在512kHz、4MHz和1MHz变化。

在本发明的电子装置中，还可以把声发射请求列为改变CPU时钟的诱因，但是在出现进行包含繁重的处理的屏幕绘画的必要性时，可以改变CPU时钟。

下面将描述本发明的第三方面。

本发明的娱乐系统具有：娱乐装置，它具备程序执行功能和可拆卸地安装在所述娱乐装置上的便携式电子装置；以及用于电连接到所述娱乐装置的接口。在娱乐系统中，这样构成便携式电子装置以便扬声器由CPU经由数/模转换器驱动，声发射请求被输入到与CPU连接的总线控制器，按照输入到总线控制器的输入信号来控制时钟改变单元，并且工作时钟是可变的。

下面将描述本发明的娱乐系统的配置。

如图7和图8所示，本发明的娱乐系统包括视频游戏装置301和便携式电子装置400，后者能接到视频游戏装置301和脱离视频游戏装置301并与视频游戏装置301进行数据通信。在该娱乐系统中，视频游戏装置301作为主机器，而便携式电子装置400作为从机器。

如图7和图8所示，视频游戏装置301读取记录在记录介质上的应用程序并根据用户(玩游戏者)的指令执行程序。例如，在游戏过程中，主要执行游戏的进程、显示和音频控制。

视频游戏装置301的主单元302具有：盘装载单元303；用于任意复位视频游戏的复位开关304；电源开关305；用于执行安装光盘操作的盘操作开关306；和两个槽缝307A和307B，其中所述盘装载单元被容纳在大致长方形的壳中，其中央装载诸如CD-ROM的光盘，后者是用来提供视频游戏和其它应用程序的记录介质。

在视频游戏装置301中，应用程序不仅由记录介质提供，而且经由通信电路提供。

便携式电子装置400和控制器320可连接到槽缝307A和307B。存储卡系统也能连接到槽缝307A和307B。

控制器320具有第一和第二操作单元321和322、左键323L和右键323R、启动键324、选择键325、可模拟操作的操作单元331和332、选择操作单元331和332的操作方式的操作方式选择器开关333、和用于显示被选操作方式的显示单元334。在控制器320内还设置振动装置(未示出)。振动装置按照例如视频游戏的进程来振动控制器320。控制器320由连接器326电连接到主单元302的槽缝307B。

例如通过将两个控制器320连接到槽缝307A和307B，两个玩游戏者可以分享这一游戏系统。例如可以由两个玩游戏者玩竞争游戏。槽缝307A和307B不限于这里的例子中两个的情形。

在以这一方式构成的娱乐系统中，便携式电子装置400可拆卸地连接到该娱乐系统。

像上面所描述的寻样构成视频游戏装置301和便携式电子装置400的外形。

本发明的娱乐系统具有上面所讨论的配置的便携式电子装置400，并且在该便携式电子装置中，可以象上述解释的那样改变CPU时钟。

按照本发明，在便携式电子装置400的情况下，等待时的功率消耗可减小到例如大约六分之一(从3.2mA到550μA)。

而且，利用本发明的便携式电子装置400测量了相对于CPU时钟频率变化的连续工作时间变化。下面的表1给出结果：

表1：工作频率与工作时间的关系

工作频率(kHz )	功率消耗(mA)	连续工作时间(hr)
			32	0.46	330.0
62.5	0.82	180.0
			125	1.10	120.0
250	1.38	90.0
			500	1.70	65.0
1000	2.10	45.0
			2000	3.20	19.0
4000	5.50	4.0

表1示出工作频率(Hz)、电流消耗(mA)和连续工作时间(hr)。例如，在工作频率为500kHz、1MHz、和4MHz的情况下，电流消耗和连续工作时间分别是1.70mA、65.0(hr)；2.10mA、45(hr)；和5.50mA、4.0(hr)。即，显然，在500kHz的工作频率和4Mhz的工作频率之间存在高达16倍的工作时间差异。

对于本发明，例如通过按照声发射请求来改变CPU的时钟频率，用于便携式电子装置的电池寿命能显著地延长，而没有降低诸如声音效应和音乐的声发射的质量。

Claims (8)

1.一种减小功率消耗方法，用于减小提供音频声音和显示输出的电子装置的功率消耗，该方法包括如下步骤：

根据CPU指令驱动扬声器，和

当要输出音频声音时，根据一个声发射请求改变所述CPU的工作时钟，同时控制屏幕绘画以保持屏幕绘画恒定从而没有明显的CPU时钟变化。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于：在要输出音频声音时根据声发射请求改变所述CPU工作时钟的步骤中，所述时钟按照声发射请求被设置到高速方式，而在其他情况下被设置到低速方式。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于：所述控制屏幕绘画以保持屏幕绘画恒定的步骤是通过以下方式完成的：

当工作时钟被设置到高速方式，进行时间中断处理，使得屏幕绘画处理的时间周期设置为长时间；

当工作时钟被设置到低速方式，进行时间中断处理，使得屏幕绘画处理的时间周期设置为短时间。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于：按多级方式设置所述高速方式。

5.一种用于通过CPU借助数/模转换器驱动扬声器并控制显示输出的便携式电子装置，包括：

一个总线控制器，与所述CPU连接，其中把声发射请求输入到该总线控制器；

一个时钟改变装置，按照所述总线控制器的输入控制，以改变所述CPU的工作时钟；以及

一个按照工作时钟的改变控制屏幕绘画以保持屏幕绘画恒定从而没有明显的CPU时钟变化的装置。

6.按照权利要求5的便携式电子装置，其特征在于：所述按照工作时钟的改变控制屏幕绘画的装置根据一个声发射请求使所述时钟设置到高速方式，而在其他情况下设置到低速方式。

7.按照权利要求6的便携式电子装置，其特征在于：所述按照工作时钟的改变控制屏幕绘画的装置用于：

当工作时钟被设置到高速方式，进行时间中断处理，使得屏幕绘画处理的时间周期设置为长时间；

当工作时钟被设置到低速方式，进行时间中断处理，使得屏幕绘画处理的时间周期设置为短时间。

8.按照权利要求6的便携式电子装置，其特征在于：按多级方式设置所述高速方式。

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