CN1656435A - 处理器的空闲状态 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，所讨论的方法适用于将可编程处理器设置在功率空闲状态以及将处理器返回到工作状态。

Description

处理器的空闲状态
                              背景
本发明涉及将可编程处理器设置在空闲状态中。
可编程处理器，例如适用于计算机或数字信号处理系统中的微处理器，都可以具有每秒执行百万次电子操作的能力。在某些应用中，处理器也可以在给定的时间中只执行很少的操作，但处理器却仍旧是满功率以及准备执行所需的操作。例如处理器与电池供电器件一起工作时，就不希望有功率消耗。
                           附图说明
图1是说明流水线可编程处理器实例的方框图。
图2是说明实例执行流水线的示意图。
图3是说明将处理器设置在空闲状态中的处理流程图。
图4是空闲处理程序的逻辑图。
图5是说明将处理器从空闲状态返回的处理流程图。
图6是说明将处理器从空闲状态返回的处理流程图。
                          具体实施方式
在某些场合下，希望处理器的操作可以暂停。当处理器的操作暂停时，提供给处理器的功率会减小，从而提高能源的效率并延长电池的功率。以下所讨论的技术可以提供产生适用于处理器的空闲状态的方法，在空闲状态中，处理器只执行较少的操作或没有处理操作，不接受用于要执行的指令，和/或忽略中断。所讨论的另一种技术适用于处理器“叫醒”它的空闲状态使之返回到它的工作状态。
图1是说明可编程处理器10的方框图，可编程处理器10具有执行流水线14和控制单元12。控制单元12控制着指令和数据在一个时钟周期中通过流水线14的流动。例如，在指令的处理过程中，控制单元12可以指使流水线14的各个部件对指令进行译码，并执行相应的操作，这些操作可以包括，例如将结果重写在存储器中。处理器10的许多操作都是受时钟控制的，并且是由时钟控制器15提供时钟信号。
标明为“空闲输出”17连线连接着流水线14和空闲控制器11，图1中示为控制单元12部分。空闲控制器11可以产生空闲状态。此外，空闲控制器11也可以插入(assert)空闲输出位17，用以表示空闲状态。空闲输出17的插入可以延迟流水线14，也可以引起流水线14操作的暂停。操作的暂停可以是将处理器10设置在空闲状态的部分。下文中将对空闲控制器11和空闲输出17作更加详细的描述。
在某些应用中，可编程处理器10与主处理器18一起工作。处理器10可以是主处理器18的从属部件或是其一部件。在其它应用中，可编程处理器10也可以不与其它处理器18一起工作。图1中所表示的系统只是用于说明的目的，并不限制本发明的范围。此外，这些应用可以包括图1所未显示的其它部件，例如，静态随机存取存储器、总线控制器、中断控制器以及输入一输出器件。
主处理器18可以检测空闲输出17。通过检测空闲输出17，主处理器18检测处理器10是处于工作状态还是处于空闲状态。主处理器18可以进一步采用插入叫醒信号84的方式来叫醒处理器10。
存储于指令高速缓冲存储器16中的指令可以装入到流水线14的第一级，并能通过后续各级的处理。各级都可以与其它级几乎同时进行处理。在系统的一个时钟周期中，数据可以在流水线14的各级之间传输。指令的结果可以以高速连续的方式出现在流水线14的末端。
图2说明了举例的流水线14。例如，流水线可以有五级：指令获取(IF)、指令译码(DEC)、地址运算(AC)、执行(EX)以及写回(WB)。指令可以在第一级(IF)中由获取单元20从存储器中获取或者从指令缓冲器16中获取，并且在第二级(EDC)期间在地址寄存器24中进行译码22。在下一个时钟周期，该结果传输到第三级(AC)，在第三级中，数据地址发生器26计算用于执行操作的任何存储器地址。在执行级(EX)中，执行单元28可以进行操作，例如，两个数的相加或相乘。在最后一级(WB)中，将该结果再写回到数据存储器中或者写回到数据寄存器30中。
包括了可编程处理器10的应用可以遇到处理器10没有要执行的任务也没有消耗功率的状况。在这种状况下，有利于处理器10进入到低功率的空闲模式。空闲模式的启动可以通过，例如，用户指令处理器10进入到低功率状态，或者，通过主处理器18在处理器10已经不再有要执行的任务的一段时间之后指令处理器10进入到低功率状态，但是本发明的范围并不仅仅限制在这一方面。图3说明了处于工作状态(50)的处理器10可以进入到低功率空闲模式的处理。当提示空闲状态(52)时，例如，可由用户或者由主处理器18来提出，处理器10可以禁止中断(54)。禁止中断的一种方法是执行CLI(清除中断)的指令，该指令改变了中断控制器所使用的中断屏蔽。由于执行了CLI指令，处理器10可以忽略中断，同时进入到空闲状态。处理器10也可以在处于空闲状态的同时忽略中断。
处理器10随后将其置于已知的空闲状态(56)。设置于已知空闲状态的处理器10允许处理器10在该已知状态的最后时刻退出空闲模式，而不需要执行复位的操作。图3显示了一种将处理器10设置于空闲状态的方法(56)。空闲请求可以通过向流水线14发送空闲指令来提出(52)。正如以下所讨论的那样，空闲指令可以产生空闲标志位80的设置(见图4)(58)。空闲标志位80可以提示该处理器10进入到了空闲状态。空闲标志位80可以存储于存储器器件，例如寄存器102(见图4)。
空闲指令的后面可以在流水线14中是系统同步(SSYNC)指令(60)。一般来说，SSYNC指令可以指定所有等待的处理操作必须在下一个操作开始之前完成。因此，SSYNC指令允许已经在流水线14中的指令出现，但是可以暂停流水线14从指令高速缓冲器16中获取新的指令，直至接受到系统的确认82(见图1和图4)。系统的确认82可以表示所有等待的系统操作都已经完成。换句话说，通过流水线14发送SSYNC信号可以暂停该信号之后的流水线14，使得IF级、DEC级以及AC级不再工作，同时允许在该信号之前所等待的指令能完成它的执行。例如，在SSYNC指令之前的一条指令是请求系统总线不要暂停，而是允许完成该执行，从而保存总线的协议。SSYNC可以在EX级暂停，直至系统确认SSYNC指令。
SSYNC指令可以执行与处于空闲状态的处理器10无关的操作，但是当执行与设置空闲标志位80的空闲指令组合指令(58)时，SSYNC指令就会产生空闲状态，正如以下所显示的。SSYNC指令可以产生处理器10所已知的状态，因为SSYNC指令暂停了流水线14，直至完成在SSYNC指令之前的所有操作。此外，当SSYNC指令到达WB级之前，SSYNC指令可以“删除”或者取消流水线中的所有或者部分操作。
系统确认信号82可以用于指示处理器10和诸如主处理器18和总线控制器，之类的其它系统部件已经执行了上文中所叙述的SSYNC指令。一旦处理器10接受到系统确认信号82，SSYNC指令通常会进入WB级，并且完成其操作。然而，因为空闲指令已经设置了空闲标志位80(58)，所以流水线14可以维持着暂停，并且SSYNC指令保留在EX级中。系统确认信号82可以由空闲控制器11来接受(62)。此外，可以检测空闲标志位80的状态(64)，从而在空闲输出17处插入(assert)空闲输出信号(66)。只要插入了空闲输出17，则流水线14可以维持着暂停的状态。因为流水线14处于暂停状态，所以SSYNC指令可以暂停在EX级中，而不可以进入到WB级。
空闲控制器11可以清除空闲标志位(68)。空闲控制器11的逻辑电路可以执行空闲标志位80的检测(64)，设置空闲输出17(66)以及清除空闲标志位80(68)，正如以下所讨论的那样。此外，主处理器18可以检测空闲输出17，进而可以检测处理器10是否处于空闲状态，以及关闭提供给处理器10的时钟(70)。除了将时钟关闭之外，主处理器18可以减小提供给处理器10的功率(70)，例如，将电源电压设置成“空闲模式的电压等级”。空闲模式电压电平一般都小于处理器10能正常工作的“工作模式的电压电平”，但是还足以维持寄存器的工作状态。因为功率的消耗是与电压的平方成比例的，所以在本特殊的实施例中，从工作模式电压电平(例如，1.3伏)降低到空闲模式电压电平(例如，0.7伏)就可以节省相当可观的功率。处理器10可以采用时钟关闭和功率电源降低的方式处于低功率的空闲模式。
图4是根据本发明实施例的空闲控制器11的逻辑图。图4说明了实现上述讨论方法所采用的技术。当处理器10正在工作时，图中所有位都不能得到确认。空闲标志位80可以不设置，以及空闲输出管脚17可以不确认。当空闲指令进入到WB级时，一数据位可以在标号96处得到确认。该位可以即由诸如寄存器102的存储元件来锁存。在下一个时钟周期中，寄存器102可以设置空闲标志位80。因为或门98的反馈，可以使得空闲标志位80保持着该确认信息，直至空闲输出17得到确认之后。
当空闲标志位80确认与门(80)接受到了SSYNC的确认信号，就可以产生高数据位，该数据位锁存于寄存器94。在下一个时钟周期中，可以设置空闲输出17。高的空闲输出17可以反相之后传输到与门100，这就将没有确认的位设置于寄存器102中，从而可以在随后的一个时钟周期中清除掉空闲标志位80。由于或门90的反馈可以使空闲输出17保持着高，直至呼叫信号84被确认之后。在呼叫信号84被确认之前，处理器10就可以始终保持着空闲。
图5说明了一种适用于处理器返回到工作状态方法的实施例。主处理器18可以恢复向处理器10提供时钟，也可以将功率电源恢复到工作电平，例如，通过将功率电源设置在工作模式的电压电平(110)上。主处理器18也可以产生叫醒信号84(112)。正如图4所示，叫醒信号84可以反相之后传输到与门92，对可能锁存于寄存器94中的数据位作出去断言(deassert)，在随后的时钟周期中清除掉空闲输出位17(114)。
清除掉空闲输出17可以使流水线14避免暂停。因为已经发出了系统的确认信号82，SSYNC指令进入到WB级，删除掉了流水线14中的所有操作(116)这时，通过获取在指令高速缓冲器16中紧跟SSYNC指令后的指令，使得进入流水线14的指令流又重新开始工作(118)。紧跟SSYNC指令后的指令一般是STI(恢复中断)的指令，它恢复中断屏蔽(120)。随后，流水线14以程序的顺序来处理指令(122)，这就是说，一旦叫醒之后，处理器10可以在处理器10进入空闲模式时所离开的位置重新开始工作。
在处于空闲模式的时候，处理器10可以忽略中断。处理器10也可以忽略在时钟恢复之前所接受到的中断(110)。在时钟恢复之后，可以采集中断，但可以不工作，直至中断恢复(120)。在中断恢复(120)之后，可以由处理器10的中断控制器以常规的方法来处理中断。
图6说明了另一种使处理器恢复到工作状态的实施例。图6类似于图5，除了主处理器18产生中断(126)。中断可以发生在图6所示的在时钟恢复(110)之后和中断屏蔽恢复(120)之前的任意一级。正如以上所提到的，当控制是由中断控制器传输到中断服务程序(124)时，可以采集中断但在中断恢复(120)之前不可以工作。因此，处理器10可以执行中断服务程序(124)的指令，而不是以程序的次序来执行处理指令。
已经讨论了本发明的一些实施例。上述实施例以及其它实施例都在下列权利要求的范围之中。

Claims (30)

1.一种方法，包括：
禁止对处理器中断；
将处理器设置于空闲状态；以及
在输出端插入表示空闲状态的信号。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，进一步包括禁止对处理器的时钟信号输入。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，进一步包括降低对处理器的供电。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，进一步包括：
设置空闲标志；
处理系统同步指令，所述系统同步指令引起确认信号的产生；以及
一旦检测到空闲标志和确认信号之后，将处理器设置成空闲状态。
5.如权利要求4所述方法，其特征在于，所述处理系统同步指令使得处理器能在产生确认信号之前进入已知状态。
6.权利要求1所述方法，其特征在于，所述处理器包括流水线，该方法进一步包括删除掉在流水线中的所有操作。
7.权利要求1所述方法，其特征在于，进一步包括接受叫醒信号。
8.一种装置，它包括：
执行流水线；以及
与所述执行流水线相耦合的空闲控制器；
其中，所述空闲控制器可用于根据与系统同步信号一起的空闲指令来暂停执行流水线。
9.权利要求8所述装置，其特征在于，所述空闲控制器包括输出端，所述空闲控制器可用于根据与系统同步确认信号一起的空闲指令，在输出端对信号作出断言。
10.如权利要求9所述装置，其特征在于，所述输出端与存储器件相耦合。
11.如权利要求8所述装置，所述空闲控制器包括叫醒输入端，所述空闲控制器可用于根据在叫醒输入端所接受到的信号来中止执行流水线的暂停。
12.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述空闲控制器用于根据空闲指令来设置空闲标志位，以及根据系统同步确认来清除所述空闲标志位。
13，一种系统，它包括：
第一处理器，所述第一处理器用于进入空闲状态，和提供空闲输出信号；
第二处理器，它与所述第一处理器相耦合；
用于向所述第一处理器提供时钟信号的时钟；以及
静态随机存取存储器，它与所述第一处理器相耦合；
其中，所述第二处理器根据检测到的空闲输出信号，使提供给所述第一处理器的时钟信号不工作。
14.如权利要求13所述系统，其特征在于，所述第一处理器包括执行流水线和与所述执行流水线相耦合的空闲控制器。
15.如权利要求13所述系统，其特征在于，所述第一处理器用于忽略在空闲状态时从第二处理器发出的中断。
16.如权利要求13所述系统，其特征在于，所述第二处理器用于向所述第一处理器提供叫醒信号，以及，当所述第一处理器检测到叫醒信号时，所述第一处理器用于退出空闲状态。
17.一种方法，它包括：
向处理器提供时钟信号，其中，所述处理器处于空闲状态，且不响应于中断；
通知处理器，让它能退出空闲状态；以及
恢复处理器对中断的响应。
18.如权利要求17所述方法，其特征在于，它进一步包括在正常工作电平时，向所述处理器供电。
19.如权利要求17所述方法，其特征在于，它进一步包括：
向处理器提供中断；以及
在所述处理器对已经恢复中断作出响应之后，将控制转移到中断服务程序中。
20.如权利要求17所述方法，其特征在于，所述处理器包括执行流水线，该方法进一步包括删除掉在执行流水线中的所有操作。
21.如权利要求20所述方法，其特征在于，进一步包括在删除之后获取一条指令。
22.如权利要求21所述方法，其特征在于，所获取的指令恢复所述处理器对中断的响应。
23.如权利要求17所述方法，其特征在于，所述处理器提供空闲输出信号，该方法进一步包括删除掉空闲输出信号。
24.一种方法，它包括：
以第一模式来操作处理器；
禁止对处理器的中断；以及
将所述处理器设置在第二模式，
其中，在第二模式中的处理器功耗小于第一模式中的处理器功耗。
25.如权利要求24所述方法，其特征在于，进一步包括禁止对所述处理器的时钟信号输入。
26.如权利要求24所述方法，其特征在于，进一步包括减小对处理器的供电。
27.如权利要求24所述方法，其特征在于，所述处理器包括执行流水线，以及，当所述处理器处于第二模式时，所述执行流水线不进行任何操作。
28.如权利要求24所述方法，其特征在于，进一步包括当所述处理器处于第二模式时发出输出信号。
29.如权利要求24所述方法，其特征在于，进一步包括：
当所述处理器处于第二模式时，向所述处理器发出输入信号；
使所述处理器返回到第一模式；以及
使提供处理器的中断。
30.如权利要求29所述方法，其特征在于，所述处理器包括执行流水线，使所述处理器返回到第一模式进一步包括删除在执行流水线中的所有操作。
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