DE102011003405A1

DE102011003405A1 - Mehrkernprozessor und diesen verwendenden Bordeigene elektronische Steuereinheit

Info

Publication number: DE102011003405A1
Application number: DE102011003405A
Authority: DE
Inventors: Tetsuaki Aichi-pref Wakabayshi; Soichiro Aichi-pref Arai
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2011-08-04
Anticipated expiration: 2031-02-01
Also published as: DE102011003405B8; US9222430B2; JP5432749B2; US20110191620A1; DE102011003405B4; JP2011159129A

Abstract

Ein Mehrkernprozessor (1, 2) gemäß der Erfindung weist eine Vielzahl von Kernen (A, B, C) auf. Die Vielzahl von Kernen ist konfiguriert, mit einem Betriebstakt mit einer sich periodisch mit der gleichen Periode (T) ändernden Frequenz zu arbeiten, und eine Änderungsphase einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern der Vielzahl von Kernen ist zwischen der Vielzahl von Kernen um einen vorbestimmten Betrag verschoben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen eine Vielzahl von Kernen tragenden Mehrkernprozessor und eine diesen verwendende bordeigene elektronische Steuereinheit.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zum Beispiel beschreibt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2007-47966 ( JP-A-2007-47966 ) eine Verringerung des Energieverbrauchs bzw. der Leistungsaufnahme in einem Modus niedrigen Energieverbrauchs bzw. geringer Leistungsaufnahme eines elektronischen Bauelements, das einen Übergang in einen Bereitschaftsmodus vornehmen wird, wobei das elektronische Bauelement eine Großintegration bzw. einen hohen Integrationsgrad (LSI: ”Large Scale Integration”) verwendet, die/der eine Vielzahl von Kernen einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) einbezieht. In einem solchen elektronischen Bauelement ist eine CPU mit einem normalen Betriebsmodus und einem Modus niedrigen Energieverbrauchs bzw. geringer Leistungsaufnahme ausgestattet, kann eine an die CPU zugeführte Taktfrequenz verändert werden, können die CPUs den Betriebsmodus von einander erfassen, und können die CPUs einander bezüglich einer Betriebsmodus-Änderungsanforderung benachrichtigen.
Zum Beispiel beschreibt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2007-43554 ( JP-A-2007-43554 ) ein Verfahren für eine Gegenmaßnahme gegen elektromagnetische Interferenz (EMI) in einem Substrat einer elektronischen Schaltung mit einer darauf installierten anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) (integrierten Schaltung), wobei auf einer an die Energiequellenanschlüsse von dem ASIC zugeführten Energiequellenspannung Welligkeiten bzw. Brummen überlagert wird, womit die Stabilität einer Betriebsfrequenz einer Logikschaltungsfrequenz und einer Energiequellenleitung innerhalb von dem ASIC herabgesetzt wird und eine Jitter- bzw. Zitterkomponente der Betriebsfrequenz der inneren Schaltung von dem ASIC erhöht wird, wodurch EMI (Strahlungsrauschen) von dem ASIC und dem Substrat der elektronischen Schaltung verringert wird.
Ein bordeigenes bzw. -seitiges elektronisches System ist durch eine Vielzahl von elektronischen Steuereinheiten (ECU) aufgebaut, und praktisch alle ECUS tragen einen Mikrocomputer (ein Rechenbauelement, in dem die Verarbeitungsinhalte auf einfache Weise durch Software verändert werden können). Ein Mikrocomputer beinhaltet einen (auch CPU genannten) Kern, der die Software verarbeitet. In den letzten Jahren hat sich die Taktfrequenz, die den Kern zum Arbeiten veranlasst, in Folge einer Forderung nach einer schnellen Erhöhung der Verarbeitungskapazität in starkem Maße erhöht, und wurde sie zu einem Hauptfaktor von durch die ECU erzeugtem Strahlungsrauschen. Insbesondere wird in einem Mehrkern- bzw. Multicore-Prozessor, der eine Vielzahl von Kernen trägt, ein Rauschen großer Stärke auf einer Frequenz erzeugt, die durch Division oder Multiplikation der Betriebsfrequenz erhalten wird, da eine große Anzahl von Kernen vorhanden ist, die auf einer hohen Frequenz arbeiten.
Hinsichtlich des Strahlungsrauschens ist in 1 für zwei Signale S1, S2 eine Frequenz auf der Abszisse aufgetragen und eine Rauschsignalstärke auf der Ordinate aufgetragen. Wie es gemäß 1 gezeigt ist, weist das Signal S1 einen durchschnittlichen Pegel der Signalstärke auf, der niedriger ist als derjenige des Signals S2, aber ist das Spitzensignal auf der Eigenfrequenz gleich oder größer einem Bestimmungsschwellenwert. In diesem Fall erzeugt das Signal S2 eine geringere Wirkung auf das akustische System, da kein Spitzensignal vorhanden ist.
Hinsichtlich eines Energieverbrauchs bzw. einer Leistungsaufnahme zeigt 2 ein Beispiel einer Änderung von durch einen Mikrocomputer verbrauchter Energie bzw. aufgenommener Leistung gegenüber der Zeit. Wenn eine Energie- bzw. Leistungsänderung wie gemäß 2 gezeigt vorliegt, sollte der Energiequelle-IC in der elektronischen Steuereinheit so ausgelegt sein, dass er eine Energieversorgungsfähigkeit aufweist, die den Spitzenwerten (die bei einer Softwareverarbeitung einer konstanten Periode erzeugt werden) zu Zeitpunkten t_a1,a2,a3 genügt. Außerdem ist die Fähigkeit zur Änderungsaufnahme bzw. -anpassung erforderlich, die es möglich macht, solche Energie- bzw. Leistungsänderungen aufzunehmen bzw. sich an diese anzupassen, und dies führt zu erhöhten Kosten.
Diese Probleme sind hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass der Kern auf einer konstanten Frequenz arbeitet, und die Auswirkung hiervon wird im Fall mehrerer Kerne erheblich.
Eine weitere mögliche Gegenmaßnahme beinhaltet eine Veränderung der Kernbetriebsfrequenz im Zeitverlauf. Ein Problem, das auftritt, wenn im Fall mehrerer Kerne die Betriebsfrequenz jedes Kerns im Zeitverlauf in einer ähnlichen Art und Weise verändert wird, besteht darin, dass sich die Wirkung proportional zu der Anzahl der Kerne verstärkt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt einen Mehrkernprozessor, der es möglich macht, das Problem eines Strahlungsrauschens und dergleichen durch eine geeignete Änderung der Betriebsfrequenz von jedem Kern im Zeitverlauf zumindest teilweise zu beheben, und eine diesen verwendende bordeigene elektronische Steuereinheit bereit.
Der erste Aspekt der Erfindung bezieht sich auf einen Mikroprozessor. Der Mikroprozessor ist mit einer Vielzahl von Kernen versehen, die Vielzahl von Kernen sind dazu konfiguriert, mit einem Betriebstakt mit einer sich periodisch mit der gleichen Periode ändernden Frequenz zu arbeiten, und eine Änderungsphase einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern der Vielzahl von Kernen ist zwischen der Vielzahl von Kernen um einen vorbestimmten Betrag verschoben.
Gemäß der Erfindung wird ein Mehrkernprozessor erhalten, der es möglich macht, das Problem eines Strahlungsrauschens und dergleichen durch geeignete Änderung der Betriebsfrequenz von jedem Kern im Zeitverlauf zumindest teilweise zu beheben.
KURZE BESCHREIBUNG VON ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Vorteile und technische sowie gewerbliche Bedeutung dieser Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, bei denen gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen gleiche bzw. ähnliche Elemente bezeichnen, und bei denen gilt:
1 ist eine Darstellung, bei der für zwei Signale S1, S2 eine Frequenz auf der Abszisse aufgetragen ist und eine Rauschsignalstärke auf der Ordinate aufgetragen ist;
2 veranschaulicht ein Beispiel, wie sich ein Mikrocomputer-Energieverbrauch bzw. eine -leistungsaufnahme mit der Zeit ändert;
3A zeigt einen symmetrischen Mehrfachkern und 3B zeigt einen asymmetrischen Mehrfachkern;
4 zeigt ein Beispiel einer Kernbetriebsfrequenz;
5A bis C zeigen Signalverlaufsformen in dem Fall, in dem der gemäß 4 gezeigte Änderungsmodus der Kernbetriebsfrequenz in ähnlicher Weise auf alle drei Kerne angewandt wird;
6A bis C zeigen Signalverlaufsformen in dem Fall, in dem der gemäß 4 gezeigte Änderungsmodus der Kernbetriebsfrequenz gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf alle drei Kerne angewandt wird;
7 zeigt ein Beispiel einer internen und externen Schaltungskonfiguration eines Mikrocomputers gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsbetriebs von jedem Kern des gemäß 7 gezeigten Mikrocomputers veranschaulicht;
9 zeigt ein weiteres Beispiel eines Änderungsmodus einer Betriebsfrequenz von jedem Kern;
10 zeigt ein Beispiel einer internen und einer externen Schaltungskonfiguration eines Mikrocomputers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
11 zeigt eine Signalverlaufsform eines Änderungsmodus der Betriebsfrequenz von zwei anderen Kernen, wenn sich der dritte Kern in einem Ruhemodus befindet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Nachstehend werden das erste und das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
3A zeigt einen symmetrischen Mehrfachkern als einen Typ von Mikrocomputer mit einer Mehrkernkonfiguration (Mehrkernprozessor). 3B zeigt einen asymmetrischen Mehrfachkern. Bei den Mehrfachkernen dieser Typen ist es wünschenswert, dass drei Kerne (CPU-Kerne) A, B, C eine Gleichwertigkeit von Kernfähigkeiten bzw. -eigenschaften aufweisen. Die Erfindung kann auf Mehrkernprozessoren jedes Typs angewandt werden, einschließlich des vorgenannten symmetrischen Typs, des vorgenannten asymmetrischen Typs und Analogien von diesen. Die drei Kerne A, B, C, wie sie in der Figur gezeigt sind, werden nachstehend als Anwendungsobjekte der Erfindung erläutert. Die Erfindung kann jedoch gleichermaßen auf zwei Kerne oder vier und mehr Kerne angewandt werden.
4 zeigt ein Beispiel einer Kernbetriebsfrequenz. Bei dem gemäß 4 gezeigten Beispiel ist die Kernbetriebsfrequenz beispielhaft so eingestellt, dass sie sich sinusförmig innerhalb eines Bereichs von ± 1 MHz um 100 MHz als Mitte herum ändert. Die Konfiguration, bei der die Kernbetriebsfrequenz auf diese Art und Weise im Zeitverlauf geändert wird, macht es möglich, die Stärke eines Strahlungsrauschens, das auf einer Frequenz erzeugt wird, die durch Division oder Multiplikation der Kernbetriebsfrequenz erhalten wird, im Vergleich zu der Konfiguration zu verringern, bei der die Kernbetriebsfrequenz jederzeit fest ist.
5A bis C zeigen Signalverlaufsformen in dem Fall, in dem der gemäß 4 gezeigte Änderungsmodus der Kernbetriebsfrequenz in ähnlicher Weise auf alle Kerne A, B, C angewandt wird. Somit zeigen 5A bis C Signalverlaufsformen in dem Fall, in dem alle Kerne A, B, C mit einer Taktfrequenz arbeiten, die sich mit der gleichen Phase ändert. 5A zeigt eine Signalverlaufsform (Signalverlaufsformen für die Kerne A, B, C sind identisch und somit einander überlagert) eines Änderungsmodus der Betriebsfrequenz von Kernen A, B, C. 5B zeigt eine Rauschfrequenz, die durch den Mikrocomputer zu einem bestimmten Zeitpunkt (bei dem vorliegenden Beispiel einem Bereich A gemäß 5A) erzeugt wird, und deren Stärke (relativen Wert). 5C zeigt eine Zeitfolge-Signalverlaufsform von Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme im Zeitverlauf, die identisch zu derjenigen in 5A ist. In 5C ist Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme durch eine Signalverlaufsform normierten Energieverbrauchs bzw. normierter Leistungsaufnahme dargestellt.
Wie es gemäß 5A bis C gezeigt ist, tritt das Rauschsignal in den drei Kernen A, B, C auf der gleichen Frequenz auf, wenn die Änderungsmodi der Betriebsfrequenz von allen Kernen A, B, C identisch sind. Daher ist die Rauschsignalstärke (Gesamtsumme) eine Überlagerung von Rauschstärken (Spitzen), die in den drei Kernen A, B, C auf der gleichen Frequenz erzeugt werden, wie es gemäß 5B gezeigt ist.
Der Energieverbrauch bzw. die Leistungsaufnahme (Gesamtsumme), der/die durch den Betrieb aller drei Kerne A, B, C verursacht wird, ändert sich abhängig von der Gesamtsumme von Betriebsfrequenzen aller Kerne A, B, C. Falls der Änderungsmodus der Betriebsfrequenzen aller Kerne A, B, C gleich ist, ändert sich daher der Energieverbrauch bzw. die Leistungsaufnahme, der/die durch den Betrieb aller Kerne A, B, C verursacht wird, in einem Modus, der ähnlich zu demjenigen der Betriebsfrequenz der Kerne A, B, C ist, wie es gemäß 5C gezeigt ist. Wie es hierin vorstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert ist, ist es in diesem Fall notwendig, die Energieversorgungsfähigkeit so auszulegen, dass sie dem Spitzenwert von Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme genügt. Außerdem ist die Fähigkeit zur Änderungsaufnahme bzw. -anpassung erforderlich, die es möglich macht, solche Energie- bzw. Leistungsänderungen aufzunehmen bzw. sich an diese anzupassen, und dies führt zu erhöhten Kosten.
6A bis C zeigen Signalverlaufsformen in dem Fall, in dem der gemäß 4 gezeigte Änderungsmodus der Kernbetriebsfrequenz gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf die Kerne A, B, C angewandt wird. 6A zeigt eine Signalverlaufsform des Änderungsmodus der Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C. 6B zeigt eine Rauschfrequenz, die durch den Mikrocomputer zu einem bestimmten Zeitpunkt (bei dem vorliegenden Beispiel einem Bereich B gemäß 6A) erzeugt wird, und die Stärke (den relativen Wert) der Rauschfrequenz. 6C zeigt eine Zeitfolge-Signalverlaufsform von Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme im Zeitverlauf, die identisch zu derjenigen gemäß 6A ist. In 6C ist Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme durch eine Signalverlaufsform normierten Energieverbrauchs bzw. normierter Leistungsaufnahme dargestellt.
Als das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der gemäß 4 gezeigte Änderungsmodus der Kernbetriebsfrequenz angewandt, indem die Kerne A, B, C mit einer äquidistanten Phasenverschiebung versehen werden, wie es gemäß 6A gezeigt ist. Somit ändern sich die Betriebsfrequenzen von Kernen A, B, C in dem gleichen Modus wie dem gemäß 4 gezeigten Änderungsmodus der Betriebsfrequenz, aber unterscheiden sich ihre Phasen voneinander. Somit sind Phasen des Änderungsmodus der Betriebsfrequenz des Kerns A, des Änderungsmodus der Betriebsfrequenz des Kerns B und des Änderungsmodus der Betriebsfrequenz des Kerns C um 2π/3 verschoben, wie es gemäß 6A gezeigt ist.
Wie es gemäß 6B gezeigt ist, treten in diesem Fall Rauschsignale in den drei Kernen A, B, C auf grundsätzlich getrennten Frequenzen auf. Zu einem bestimmten Zeitpunkt tritt ein Rauschsignal auf der gleichen Frequenz in zwei Kernen aus den drei Kernen A, B, C auf, aber tritt zu der gleichen Zeit in einem weiteren Kern ein Rauschsignal auf einer Frequenz auf, die sich von dieser gleichen Frequenz unterscheidet. Daher ist es durch Verschieben der Änderungsphasen der Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C mit Bezug aufeinander, wie es gemäß 6A bis C gezeigt ist, möglich zu verhindern, dass sich die Rauschsignale auf den Betriebsfrequenzen einander überlagern, wie es gemäß 6B gezeigt ist (siehe 5B). Durch Verschieben der Betriebsfrequenz von jedem Kern A, B, C zusätzlich zum Durchführen einer Frequenzänderung ist es somit möglich, das Überlappen von Signalstärken zu vermeiden, die in Folge von Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C erzeugt werden, und die Rauschspitze zu verringern.
Es ist auch eine Konfiguration möglich, bei der die Betriebsfrequenz jedem der drei Kerne A, B, C zufällig zugeordnet wird, aber bei einer solchen Konfiguration können die Betriebsfrequenzen zu einem unerwarteten Zeitpunkt miteinander übereinstimmen, wodurch eine Spitze erzeugt wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird dieser Sachverhalt dadurch angegangen, dass die Betriebsfrequenz so geändert bzw. variiert wird, dass normalerweise eine konstante Phasenverschiebung für jeden der drei Kerne A, B, C bereitgestellt wird. Als Folge hiervon wird verhindert, dass die Betriebsfrequenzen der drei Kerne A, B, C miteinander zusammenfallen und eine Spitze erzeugen.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es hierin vorstehend beschrieben ist, ändert sich der Energieverbrauch bzw. die Leistungsaufnahme (Gesamtsumme), der/die durch den Betrieb aller Kerne A, B, C verursacht wird, abhängig von der Gesamtsumme von Betriebsfrequenzen aller Kerne A, B, C. Wenn die Änderungsphasen der Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C mit Bezug aufeinander äquidistant verschoben werden, ist die Gesamtsumme der Betriebsfrequenzen aller Kerne A, B, C konstant, und hängt sie nicht von der Zeit ab. Daher ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Energieverbrauch bzw. die Leistungsaufnahme, der/die durch den Betrieb aller Kerne A, B, C verursacht wird, konstant, und hängt er/sie nicht von der Zeit ab, wie es gemäß 6C gezeigt ist. Als Folge hiervon treten keine spitzenartigen oder pulsierenden Änderungen bzw. Schwankungen in Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme auf, und kann ein hierin vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschriebenes Problem verhindert werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden, wie es hierin vorstehend beschrieben ist, Betriebsfrequenzen in dem gleichen Bereich, aber in der Phase verschoben, in den drei Kernen A, B, C verwendet. Als Folge hiervon kann die Symmetrie von Fähigkeiten bzw. Eigenschaften der Kerne A, B, C (Gleichwertigkeit von Kernfähigkeiten bzw. -eigenschaften) aufrechterhalten werden. Es kann auch ein Verfahren des Einstellens der Betriebsfrequenz von jedem Kern auf einen anderen Wert (zum Beispiel 105 MHz für Kern A, 100 MHz für Kern B und 95 MHz für Kern C) oder des Änderns des Werts als eine Mittenfrequenz in Betracht gezogen werden, aber mit einem solchen Verfahren wird ein Unterschied zwischen den Verarbeitungsfähigkeiten bzw. -eigenschaften der Kerne A, B, C auftreten und geht die Gleichwertigkeit von Kernfähigkeiten bzw. -eigenschaften verloren, die ein spezielles Merkmal der Kerne A, B, C des symmetrischen Mehrfachkerns und des asymmetrischen Mehrfachkerns (siehe 3) ist. Dies bedeutet, dass Einschränkungen bezüglich der Anordnung bzw. Einrichtung von Anwendungen (welcher Kern aus den Kernen A, B, C für eine Verarbeitung verwendet wird) gesetzt sind.
7 zeigt ein Beispiel einer internen und einer externen Schaltungskonfiguration eines Mikrocomputers (Mehrkernprozessors) 1 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Der Mikrocomputer 1 ist mit Subsystemen 20A, 20B, 20C, die die jeweils einen der drei Kerne A, B, C umfassen, einer Schwingungsschaltung 12, einer Multiplikationsschaltung 15, und drei Frequenzspreizern 16A, 16B, 16C versehen. Ein Schwingkreis 14, der außerhalb bereitgestellt ist, ist mit der Schwingungsschaltung 12 verbunden. Der Schwingkreis 14 kann auch innerhalb des Mikrocomputers 1 bereitgestellt sein. Der Ausgang der Schwingungsschaltung 12 ist mit der Multiplikationsschaltung 15 verbunden, und der Ausgang der Multiplikationsschaltung 15 ist mit den drei Frequenzspreizern 16A, 16B, 16C verbunden.
Die Multiplikationsschaltung 15 ist zum Beispiel durch einen Phasenregelkreis (PLL: „phase locked loop”) aufgebaut und multipliziert eine Frequenz f_org (interne Taktfrequenz) eines in der Schwingungsschaltung 12 erzeugten Taktquellensignals. Somit gilt f_PLL = d × f_org. Hierbei steht f_PLL für eine Frequenz des Taktsignals von der Multiplikationsschaltung 15 und ist d eine Konstante. In dem Fall einer niedrigen Frequenz kann die Multiplikationsschaltung 15 weggelassen werden, aber in dem Fall einer Frequenz von gleich oder größer mehreren Dutzend Megahertz (MHz) ist diese Schaltung notwendig, um die durch die Schwingungsschaltung 12 erzeugte Frequenz zu multiplizieren.
Die Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C sind entsprechend den Subsystemen 20A, 20B, 20C der Kerne A, B, C bereitgestellt. Die Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C sind bereitgestellt, um die Frequenz zyklisch zu ändern bzw. zu variieren. Somit ändern bzw. variieren die Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C die Frequenz von Taktsignalen von der Multiplikationsschaltung 15 zyklisch. Bei dem in der Figur gezeigten Beispiel führen die Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C zyklische Änderungen in den folgenden Formen durch. f_A(T) = f_PLL × {1 + e × sin(g × T)}. f_B(T) = f_PLL × {1 + e × sin(g × T + 2π/3)}. f_C(T) = f_PLL × {1 + e × sin(g × T + 4π/3)}.
Hierbei stellt f_A(T) eine Frequenzänderungsform in dem Frequenzspreizer 16A dar, das heißt die Frequenzänderungsform der Betriebsfrequenz des Kerns A, stellt f_B(T) eine Frequenzänderungsform in dem Frequenzspreizer 16B dar, das heißt die Frequenzänderungsform der Betriebsfrequenz des Kerns B, und stellt f_C(T) eine Frequenzänderungsform in dem Frequenzspreizer 16C dar, das heißt die Frequenzänderungsform der Betriebsfrequenz des Kerns C. Weiterhin sind e, g Konstanten. In den Wandlungsgleichungen der vorstehend beschriebenen Frequenzwandler 16A, 16B, 16C ist f_PLL als eine Mittenfrequenz genommen und ändert sich die Frequenz sinusförmig mit der gleichen Amplitude (= f_PLL × e). In diesem Fall werden die Phasen der Sinuskurven zwischen f_A(T), f_B(T), und f_C(T) um 2π/3 verschoben. Somit führen gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C eine zyklische Änderung von Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C durch, bei der die Änderungsphasen der Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C mit Bezug aufeinander um 2π/3 verschoben werden.
8 ist ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsbetriebs der Kerne A, B, C des gemäß 7 gezeigten Mikrocomputers 1 veranschaulicht.
Bei dem gemäß 8 gezeigten Beispiel ist ein Fall angenommen, in dem eine Unterbrechungszeit bzw. -zeitvorgabe vorliegt, die als ein Basis- bzw. Referenzpunkt einer zyklischen Verarbeitung von 1 ms dient, und die zyklische Verarbeitung von 1 ms, die danach beginnt, zum Beispiel derart ist, dass in diesem Moment (genau gesagt, nach der Unterbrechung und bevor die Verarbeitung beginnt) gilt: (Betriebsfrequenz f_B des Kerns B) > (Betriebsfrequenz f_A des Kerns A) > (Betriebsfrequenz f_C des Kerns C). In diesem Fall folgt auch die Startzeit der Verarbeitung, die gestartet wird, dieser Reihenfolge. Wenn sich die Frequenz mit 100 MHz ± 5% ändert, beträgt das Intervall nach der Unterbrechung und bevor die Verarbeitung startet 50 Takte, und sind die Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C in diesem Moment wie folgt: Betriebsfrequenz f_A = 100 MHz, Betriebsfrequenz f_B = 102,5 MHz, Betriebsfrequenz f_C = 97,5 MHz, und beträgt die maximale zeitliche Differenz zu dem Verarbeitungsstart 25 ns, obwohl eine Differenz zwischen dem Kern B und dem Kern C besteht. Solch eine extrem geringe Differenz verursacht keine Probleme hinsichtlich einer Verarbeitungsgenauigkeit. Die Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C ändern sich während der Verarbeitung, wie es hierin vorstehend beschrieben ist. Die Verarbeitungszeit ist im Allgemeinen viel länger als die Frequenzänderungsperiode, und daher werden die Verarbeitungsfähigkeiten bzw. -eigenschaften der Kerne A, B, C über die Verarbeitungszeit gemittelt und werden sie im Wesentlichen identisch. Daher folgt die Verarbeitungsendzeit der Kerne A, B, C der Reihenfolge, die im Wesentlichen identisch zu derjenigen der Startzeit (siehe Bereich X gemäß 8) ist, und ist die Differenz bei der Endzeit im Wesentlichen gleich der Differenz bei der Startzeit, wie es in dem Bereich Y gemäß 8 gezeigt ist. Daher wird, selbst wenn die Änderungsphasen von Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C verschoben sind, wie es hierin vorstehend beschrieben ist, keine Wirkung auf den Verarbeitungsbetrieb erzeugt. Mit anderen Worten muss ein Software-Entwickler nicht speziell auf die Änderungsphasenverschiebung von Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C Acht geben. Um der Einfachheit der Betrachtung bzw. Würdigung der vorstehend beschriebenen Wirkung willen, die durch die Änderungsphasenverschiebung von Betriebsfrequenzen hervorgerufen wird, ist bei dem gemäß 8 gezeigten Beispiel angenommen, dass die Verarbeitung von allen Kernen A, B, C identisch ist (gleiche Verarbeitungsinhalte von Software), aber ist die Wirkung der Änderungsphasenverschiebung von Betriebsfrequenzen in ähnlicher Weise im Wesentlichen selbst dann vorhanden, wenn die Verarbeitungsinhalte der Kerne A, B, C unterschiedlich sind.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden weiterhin die Kerne A, B, C des Mikrocomputers 1 grundsätzlich zu jedem Zeitpunkt mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben, aber, wenn die Überprüfung einer Entwurfsstufe, die Bedenken verursachen kann, mit dem niedrigsten Wert und dem höchsten Wert der Änderungsfrequenz durchgeführt wird, kann, in der gleichen Art und Weise wie in dem Fall, in dem die Frequenz eines einzigen Kerns geändert wird, auch die Konfiguration überprüft werden, bei der die Kerne A, B, C mit unterschiedlichen Frequenzen arbeiten. Dies ist der Vorteil der Verwendung der Konfiguration, bei der die Kerne A, B, C innerhalb des gleichen Frequenzbereichs nur zeitlich verschoben werden.
Die folgenden Wirkungen können mit dem Mikrocomputer 1 des vorstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsbeispiels dargestellt werden.
Wie es hierin vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, mit Bezug auf N (bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel gilt N = 3) Kerne aus den mehreren Kernen, die Rauschstärke zu verringern und auch die Symmetrie (gleichmäßige Verteilung) der Verarbeitungsfähigkeiten bzw. -eigenschaften (mit Abhängigkeit von der Frequenz) der N Kerne zu gewähren, sowie einen Abgleich von Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme zu gewährleisten, indem eine Frequenzänderung von jedem Kern zeitlich um 2π/N verschoben wird, während regelmäßige Änderungen innerhalb eines Bereichs mit einer Mittenfrequenz von ± ΔF (bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist die Mittenfrequenz 100 MHz ± 1 MHz) bewirkt werden.
Genauer gesagt ist es durch Verschieben der Phase einer Frequenzänderung von jedem Kern zusätzlich zum Durchführen einer Frequenzänderung möglich, das Überlappen von Signalstärken zu vermeiden, die in Folge der Frequenzen der Kerne erzeugt werden, und die Spitze zu verringern (siehe 5B und 6B). Da die Phasenverschiebungsbeträge zwischen den Kernen gleich sind, nimmt ferner die Gesamtsumme von Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme, die proportional zu der Frequenz ist, einen konstanten Wert an (siehe 6C) und kann der Energiequelle-IC effizient ausgelegt werden. Da die Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C in den gleichen Frequenzänderungsmodi eingestellt werden und nur Phasen von diesen unterschiedlich sind, kann die Fähigkeits- bzw. Eigenschaftssymmetrie der Kerne A, B, C aufrechterhalten werden. Da die Konfiguration, bei der nur eine Frequenzänderung durchgeführt wird, nur durch Addition einer Phasenverschiebung modifiziert wird, ohne dass die Software-Entwurf beeinträchtigt wird (siehe 8), ist ferner keine spezielle Überprüfung für eine Halbleitergestaltung bzw. -auslegung erforderlich.
9 zeigt einen Änderungsmodus einer Betriebsfrequenz von Kernen A, B, C des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden die Wandlungsgleichungen der vorstehend beschriebenen Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C sinusförmig (sin(T)) mit einer konstanten Periode geändert, aber es sind auch zufällige Frequenzänderungen möglich. Zum Beispiel kann die Frequenz in einem Modus geändert werden, wie er gemäß 9 gezeigt ist. In diesem Fall kann die gleiche Wirkung wie vorstehend beschrieben durch eine Phasenverschiebung entsprechend 1/N (N ist die Anzahl von Kernen; sie ist bei dem in der Figur gezeigten Beispiel 3) der Frequenzänderungsperiode erhalten werden.
10 zeigt ein Beispiel einer internen und einer externen Schaltungskonfiguration eines Mikrocomputers (Mehrkernprozessors) 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem Mikrocomputer des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist eine Konfiguration angenommen, bei der ein derartiger Zustand vorhanden ist, dass die Kerne A, B, C nicht konstant bzw. durchgängig arbeiten. Somit umfasst der Mikrocomputer 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zusätzlich zu dem Betriebszustand, in dem alle Kerne A, B, C arbeiten, einen Betriebszustand, in dem nur einer der Kerne A, B, C arbeitet und die zwei anderen Kerne ruhen bzw. schlafen, und/oder einen Zustand, in dem nur zwei Kerne aus den Kernen A, B, C arbeiten und ein verbleibender Kern ruht bzw. schläft. Zum Beispiel kann der Mikrocomputer 2 zwischen einem Betrieb einer asymmetrischen Mehrfachverarbeitung (AMP) und einem Betrieb einer symmetrischen Mehrfachverarbeitung (SMP) umgeschaltet werden, und tritt während des AMP-Betriebs ein Zustand ein, in dem zumindest einer der Kerne A, B, C ruht bzw. schläft. Wenn eine Funktion (Aufgabe oder dergleichen), die einem speziellen Kern zugeordnet ist, während des AMP-Betriebs nicht ausgeführt wird, ruht bzw. schläft dieser spezielle Kern typischerweise.
Der Mikrocomputer 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem gemäß 7 gezeigten Mikrocomputer 1 hauptsächlich darin, dass eine Ruhesteuerschaltung 18 bereitgestellt ist und die Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C mit Phasenregistern (Phasen-Reg) 19A, 19B, 19C versehen sind. Komponenten, die ähnlich zu denjenigen des Mikrocomputers 1 sind, sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet, und die Erläuterung von diesen wird hier ausgelassen.
Die Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C führen zyklische Änderungen in den folgenden Formen durch: f_A(T) = f_PLL × {1 + e × sin(g × T + α1)}, f_B(T) = f_PLL × {1 + e × sin(g × T + α2)}, f_C(T) = f_PLL × (1 + e × sin(g × T + α3)}, wobei α1, α2, α3 durch die Werte der Phasenregister 19A, 19B, 19C bestimmt sind.
Die Ruhesteuerschaltung 18 bestimmt den Betriebszustand von jedem Kern A, B, C (ob er arbeitet oder ruht/schläft) und steuert die Werte α1, α2, α3 der Phasenregister 19A, 19B, 19C entsprechend dem Bestimmungsergebnis. Der Betriebszustand der Kerne A, B, C kann zum Beispiel auf einfache Weise auf Grundlage von Informationen von Software bestimmt werden.
Die Werte α1, α2, α3 der Phasenregister 19A, 19B, 19C haben eine Funktion des Anpassens des Phasenverschiebungsbetrags der entsprechenden Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C. Somit wird der Phasenverschiebungsbetrag der Frequenzspreizer 16A, 16B, 16C durch die Werte α1, α2, α3 der entsprechenden Phasenregister 19A, 19B, 19C bestimmt. Die Werte α1, α2, α3 der entsprechenden Phasenregister 19A, 19B, 19C werden durch die vorstehend beschriebene Ruhesteuerschaltung 18 gesteuert (überschrieben).
Wenn zum Beispiel die Kerne A, B, C arbeiten, schreibt die Ruhesteuerschaltung 18 die Phasenverschiebungsbeträge 0, 2π/3, 4π/3 in die Werte α1, α2, α3 der entsprechenden Phasenregister 19A, 19B, 19C. Als Folge hiervon ändern sich die Betriebsfrequenzen der Kerne A, B, C (Frequenzen von Taktsignalen) mit den Änderungsphasen, die mit Bezug aufeinander um die 2π/3-Phase verschoben sind, wie es gemäß 6A gezeigt ist.
Indessen, wenn zum Beispiel die Kerne A, B arbeiten und der Kern C ruht, schreibt die Ruhesteuerschaltung 18 Phasenverschiebungsbeträge 0, π in die Werte α1, α2 der Phasenregister 19A, 19B. Zu der gleichen Zeit wird das Taktsignal an den Kern C angehalten. Das Taktsignal an den Kern C kann auch durch „Clock Gating” bzw. Taktabschaltung angehalten werden. Wahlweise kann das Taktsignal an den Kern C durch Blockieren einer Energieversorgung mit „Power Gating” bzw. Energieabschaltung angehalten werden. Als Folge hiervon, wie es gemäß 11 gezeigt ist, ändern sich die Betriebsfrequenzen der Kerne A, B (Frequenzen von Taktsignalen) mit den Änderungsphasen, die mit Bezug aufeinander um die π-Phase verschoben sind. Daher kann in diesem Fall auch die Wirkung erhalten werden, die ähnlich zu der gemäß 6A gezeigten ist. Somit kann die durch Kernfrequenzen verursachte Spitze verringert werden und kann ein konstanter Energieverbrauch bzw. eine konstante Leistungsaufnahme erhalten werden.
Gleichermaßen schreibt, wenn zum Beispiel die Kerne A, C arbeiten und der Kern B ruht, die Ruhesteuerschaltung 18 Phasenverschiebungsbeträge 0, π in die Werte α1, α3 der Phasenregister 19A, 19C. Zu der gleichen Zeit wird das Taktsignal an den Kern B angehalten. Als Folge hiervon ändern sich die Betriebsfrequenzen der Kerne A, C (Frequenzen von Taktsignalen) mit den Änderungsphasen, die mit Bezug aufeinander um die π-Phase verschoben sind. Daher kann in diesem Fall, in der gleichen Art und Weise wie in dem durch 6A veranschaulichten Fall, die durch Kernfrequenzen verursachte Spitze verringert werden und konstanter Energieverbrauch bzw. konstante Leistungsaufnahme erhalten werden.
Gleichermaßen schreibt, wenn zum Beispiel die Kerne B, C arbeiten und der Kern A ruht, die Ruhesteuerschaltung 18 Phasenverschiebungsbeträge 2π/3, 5π/3 in die Werte α2, α3 der Phasenregister 19B, 19C. Zu der gleichen Zeit wird das Taktsignal an den Kern A angehalten. Als Folge hiervon ändern sich die Betriebsfrequenzen der Kerne B, C (Frequenzen von Taktsignalen) mit den Änderungsphasen, die mit Bezug aufeinander um die π-Phase verschoben sind. Daher kann in diesem Fall, in der gleichen Art und Weise wie in dem durch 6A veranschaulichten Fall, die durch Kernfrequenzen verursachte Spitze verringert werden und konstanter Energieverbraucht bzw. konstante Leistungsaufnahme erhalten werden.
Zusätzlich zu den Wirkungen, die ähnlich zu denjenigen sind, die durch den Mikrocomputer 1 des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt werden, stellt der vorstehend beschriebene Mikrocomputer 2 des zweiten Ausführungsbeispiels die folgende Wirkung dar.
Wie es hierin vorstehend ausgeführt ist, können die verschiedenen vorstehend beschriebenen Wirkungen selbst dann, wenn sich die Betriebszustände der Kerne A, B, C geändert haben, durch geeignetes Ändern bzw. Variieren des Verschiebungsbetrags von Änderungsphasen der Betriebsfrequenzen der arbeitenden Kerne gemäß dem Betriebszustand der Kerne A, B, C beibehalten werden. Somit kann selbst dann, wenn sich die Betriebszustände der Kerne A, B, C geändert haben, ein Zustand beibehalten werden, in dem die Änderungsphasen der Betriebsfrequenzen der arbeitenden Kerne um den gleichen Betrag verschoben sind, und können somit die Wirkungen aufrechterhalten werden, wie etwa eine Verhinderung einer Überlagerung der Frequenzinduzierten Rauschsignale und eine Stabilisierung von Energieverbrauch bzw. Leistungsaufnahme.
Die Mikrocomputer 1, 2 der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können in einer bordeigenen bzw. -seitigen elektronischen Steuereinheit (ECU) einbezogen sein, die zum Steuern eines Fahrzeugs konfiguriert ist. In diesem Fall können die Kerne A, B, C die Funktionen eines Systems aus verschiedenen bordeigenen bzw. -seitigen Systemen (zum Beispiel einem Umgebungsüberwachungssystem unter Verwendung einer Umgebungsüberwachungskamera, einem Parkhilfesystem, einem Navigationssystem und dergleichen) zusammenwirkend ausführen, oder können sie die Funktionen jedes separaten Systems unabhängig ausführen.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind vorstehend erläutert, aber die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können verschiedenartig geändert oder modifiziert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel ist bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Phasenverschiebung zwischen den Kernen auf 2π/3 mit Bezug auf die drei Kerne A, B, C eingestellt, aber kann im Allgemeinen, wenn die Anzahl von Kernen N beträgt, der Phasenverschiebungsbetrag zwischen den Kernen durch 2π·m/N dargestellt werden. Hierbei ist m eine positive Ganzzahl, die die Bedingung m ≠ N × l (l = 0, 1, 2, 3...) erfüllt. Wenn zum Beispiel N = 3 gilt, kann für m gelten: m = 1, 2, 4, 5, 7, 8..., und kann daher der Phasenverschiebungsvertrag zwischen den Kernen einer der Folgenden sein: 2π/3, 4π/3, 8π/3, 10π/3, 14π/3, 16π/3....
Ein Mehrkernprozessor (1, 2) gemäß der Erfindung weist eine Vielzahl von Kernen (A, B, C) auf. Die Vielzahl von Kernen ist konfiguriert, mit einem Betriebstakt mit einer sich periodisch mit der gleichen Periode (T) ändernden Frequenz zu arbeiten, und eine Änderungsphase einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern der Vielzahl von Kernen ist zwischen der Vielzahl von Kernen um einen vorbestimmten Betrag verschoben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-47966 [0002, 0002]
JP 2007-43554 [0003, 0003]

Claims

Mehrkernprozessor mit: einer Vielzahl von Kernen (A, B, C), wobei: die Vielzahl von Kernen konfiguriert ist, mit einem Betriebstakt mit einer sich periodisch mit der gleichen Periode (T) ändernden Frequenz zu arbeiten; und eine Änderungsphase einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern der Vielzahl von Kernen zwischen der Vielzahl von Kernen um einen vorbestimmten Betrag verschoben ist.
Mehrkernprozessor gemäß Anspruch 1, wobei: die Anzahl der Vielzahl von Kernen eine Ganzzahl (N) ist und gleich oder größer 2 ist; und die Änderungsphase einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern um eine Phase verschoben ist, die einer Zeit entspricht, die durch Dividieren der Periode (T) durch die Anzahl der Vielzahl von Kernen erhalten wird.
Mehrkernprozessor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: eine Mittenfrequenz während den Änderungen einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern der Vielzahl von Kernen zwischen der Vielzahl von Kernen gleich ist; und eine Änderungsamplitude einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern der Vielzahl von Kernen zwischen der Vielzahl von Kernen gleich ist.
Mehrkernprozessor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Änderungsmodus einer Frequenz des Betriebstakts von jedem Kern der Vielzahl von Kernen zwischen der Vielzahl von Kernen gleich ist.
Mehrkernprozessor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verschiebungsbetrag einer Änderungsphase einer Frequenz des Betriebstakts zwischen den Kernen während eines Betriebs gemäß einer Betriebsbedingung der Vielzahl von Kernen geändert wird.
Bordeigene elektronische Steuereinheit mit: dem Mehrkernprozessor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektronische Steuereinheit konfiguriert ist, an einem Fahrzeug installiert zu werden und das Fahrzeug zu steuern.