JP2002049610A - マイクロコンピュータの動作クロック設定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロコンピュータ（マイコン）の動作ク
ロックを、マイコンが実行する制御処理に影響を与える
ことなく切り換えることができるようにする。 【解決手段】 マイコンの起動時には、動作クロックを
高速に設定する(S110)ことにより、制御を速やかに開始
できるようにし、その後、制御が一旦終了してアイドル
状態になると(S130-YES)、次のウェイクアップ時に動作
クロックが低速になるように設定した後(S140)、動作ク
ロックを停止させてマイクロコンピュータをスリープ状
態にする(S150)。そして、その後のスリープ状態からの
復帰時（ウェイクアップ）には、動作クロックを高速に
する必要があるか否かを判定し(S160)、必要があれば動
作クロックを高速に設定し(S170)、高速にする必要がな
ければ再度スリープ状態に切り換える(S150)。この結
果、マイコンが高速動作から低速動作に切り換えられる
のを防止し、制御を良好に実行できることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロコンピュ
ータの処理負荷に応じてマイクロコンピュータの動作ク
ロックを切り換える動作クロック設定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マイクロコンピュータの消費
電力を低減したり、発熱を抑えるために、マイクロコン
ピュータの動作クロックを、マイクロコンピュータの処
理負荷に応じて切り換える動作クロック設定装置が知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の動作
クロック設定装置は、例えば、特開平６−１２４１５０
号公報に記載のように、マイクロコンピュータの処理負
荷が大きい場合には動作クロックを高速に設定し、処理
負荷が小さい場合には動作クロックを低速に設定するよ
うに構成されていたことから、マイクロコンピュータの
動作クロックを高速から低速に切り換えた際に、マイク
ロコンピュータの処理動作に遅れが生じ、マイクロコン
ピュータによる制御を安定して実行できなくなるという
問題があった。

【０００４】つまり、マイクロコンピュータは、一般
に、各種装置の制御に用いられるが、こうした制御のた
めのソフトウェアは、マイクロコンピュータの動作クロ
ック（所謂システムクロック）に同期して時間を計時す
る計時用タイマにより、制御周期やタイミングを判断
し、制御のための演算処理を行うように構成されてい
る。

【０００５】一方、システムクロックを高速から低速或
いは低速から高速へと切り換えた場合、システムクロッ
クの周波数は、その切換タイミングで即座に切り変わる
わけではなく、ある時間幅の遅れ（ラグタイム）が生じ
る。そして、システムクロックを高速から低速に切り換
えたときのラグタイムは、システムクロックを低速から
高速に切り換えた場合に比べて著しく大きくなる。

【０００６】また、システムクロックの低速から高速へ
の切り換えは、通常、マイクロコンピュータが制御用ソ
フトウェアに従い各種制御を停止している状態から制御
を開始するときに行われることから、システムクロック
の切り換えに遅れが生じても制御の開始が遅れるだけで
あり、制御に支承を来すことはないが、システムクロッ
クの高速から低速への切り換えは、マイクロコンピュー
タが制御用ソフトウェアに従い各種制御を実行している
ときに行われる可能性がある。

【０００７】そして、このように、マイクロコンピュー
タが制御用のソフトウェアに従い動作しているときに、
システムクロックが高速から低速に切り換えられると、
上記ラグタイムによって制御周期やタイミングに大きな
ずれを生じ、制御によっては、リアルタイム性を確保で
きなくなって、正常な制御を実行できなくなるのであ
る。

【０００８】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
のであり、マイクロコンピュータの動作クロックをマイ
クロコンピュータの処理負荷に応じて切り換える装置に
おいて、動作クロックを、マイクロコンピュータが実行
する制御処理に影響を与えることなく最適に切り換える
ことができるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１記載のマイクロコンピュータの動
作クロック設定装置においては、マイクロコンピュータ
の起動後には、起動時設定手段が、動作クロックを高速
にしてマイクロコンピュータを高速動作させる。また、
マイクロコンピュータが高速動作しているときに、マイ
クロコンピュータの処理負荷が低下してマイクロコンピ
ュータがアイドル状態に入ると、クロック停止手段が、
動作クロックを停止してマイクロコンピュータをスリー
プ状態に移行させる。

【００１０】また、マイクロコンピュータがスリープ状
態から動作状態に復帰する際の動作クロックには、低速
駆動手段が低速を設定し、更に、マイクロコンピュータ
が低速動作しているときに、マイクロコンピュータの処
理負荷が大きくなると、高速駆動手段が、動作クロック
を高速に設定してマイクロコンピュータを高速動作させ
る。

【００１１】そして、本発明の動作クロック設定装置に
おいて、マイクロコンピュータの高速動作からの動作ク
ロックの切換は、動作クロックを停止するスリープ状態
への移行に制限されており、高速動作から低速動作への
移行は禁止されている。この結果、本発明の動作クロッ
ク設定装置によれば、マイクロコンピュータの起動後、
或いは、スリープ状態からの復帰後に動作クロックが高
速に設定された際には、その後、マイクロコンピュータ
にて実行すべき一連の処理が全て終了するまでの間、動
作クロックが変化することはない。

【００１２】よって、本発明によれば、マイクロコンピ
ュータが、制御用のソフトウェアに従い動作していると
きに、動作クロックの切り換えに伴い制御周期やタイミ
ングにずれを生じて、安定した制御を実行できなくなる
のを防止できる。また、マイクロコンピュータのスリー
プ状態からの復帰時（ウェイクアップ時）には、動作ク
ロックを低速に設定し、その後、処理負荷が高くなった
ときにだけ、動作クロックを高速に切り換えるようにし
ているので、不要な電力消費を抑制し、また、マイクロ
コンピュータの発熱も抑制できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用されたマイクロコン
ピュータ（以下単にマイコンという）１０の構成を表す
ブロック図である。

【００１４】本実施例のマイコン１０は、例えば、自動
車に搭載されて、自動車各部を制御するために用いられ
るものであり、図１に示すように、予め設定された制御
用のソフトウェアに従い各種制御処理を実行するＣＰＵ
２，車両制御用のソフトウェアやＣＰＵ２が各種制御処
理を実行するのに必要な各種データが予め記憶されたＲ
ＯＭ４、ＣＰＵ２が各種制御処理を実行する際に用いる
データを一時的に格納するためのＲＡＭ６，制御対象と
なる自動車各部の状態や乗員からの指令を表す検出信号
を入力すると共にＣＰＵ２での演算結果に応じた制御信
号を各種アクチュエータ出力する入出力部８、を中心に
構成されており、これら各部は、互いにバスラインにて
接続されている。

【００１５】また、マイクロコンピュータ１０には、自
己の動作クロック（以下、システムクロックという）を
生成する動作クロック生成回路として、外部の発振器２
０から入力される一定周波数Ｆ０の基準クロックをＮ分
周する分周器１２と、この分周器１２にて分周されたク
ロックの周波数（＝Ｆ０／Ｎ）をＭ倍に逓倍する逓倍器
１４とが備えられ、逓倍器１４から出力される一定周波
数Ｆ１（＝Ｆ０×Ｍ／Ｎ）の信号をシステムクロックと
してマイクロコンピュータ０の内部回路（ＣＰＵ２等）
に供給するようにされている。

【００１６】そして、システムクロックの周波数Ｆ１を
決定する分周器１２の分周値Ｎ及び逓倍器１４の逓倍値
Ｍは、ＣＰＵ２が後述の動作クロック設定用のプログラ
ムを実行することにより切り換えられ、これによって、
システムクロックの周波数Ｆ１が、例えば、Ｆ１＝８Ｍ
Ｈｚの基準速度から、Ｆ１＝１６ＭＨｚの高速、或い
は、Ｆ１＝４ＭＨｚの低速へと切り換えられる。また、
分周器１２又は逓倍器１４は、ＣＰＵ２側からその動作
を停止させることにより、システムクロックを周波数Ｆ
１＝０の停止状態へと切り換えることができるようにさ
れている。

【００１７】次に、ＲＯＭ４に記憶された車両制御用の
ソフトウェアは、図２（ａ）に示すように、複数のアプ
リケーション（図に示すアプリＡ，アプリＢ，アプリ
Ｃ，アプリＤ，アプリＥ）から構成されている。また、
ＲＯＭ４には、ＣＰＵ２がこれら各アプリケーションを
実行することにより生じる各アプリケーション毎の制御
状態を管理する状態管理部としての機能を実現する状態
管理用プログラムも記憶されている。

【００１８】この状態管理部は、ＣＰＵ２が状態管理用
プログラムを定期的に実行することにより実現されるも
のであり、図２（ｂ）に示すように、車両制御用の各ア
プリケーションを順に呼び出し、各アプリケーションか
ら各種要求を取り込むことにより、各アプリケーション
による制御状態を検出すると共に、各アプリケーション
に他のアプリケーションの現在の制御状態（現状態）を
通知する。また、各アプリケーションは、状態管理部か
ら呼び出しがあると、制御を開始するとか、制御を停止
するというような制御状態を表す要求を出力し、更に、
制御のための処理負荷が大きくなるのでシステムクロッ
クを上げよというスピードアップ要求や、例えば、現在
外部からの検出信号の入力待ちであるのでシステムクロ
ックを停止させてスリープ状態に移行するのは禁止せよ
というようなスリープ禁止要求も出力する。

【００１９】この結果、各アプリケーション側では、マ
イコン１０による全体の制御状態を把握して、自己の制
御状態を切り換えることができ、状態管理部側では、各
アプリケーションによる制御状態に基づき、現在マイコ
ン１０を高速動作させるべき状態か、低速動作させるべ
き状態か、或いはスリープ状態できる状態かを判断でき
る。そして、状態管理部では、こうした判断結果に従い
システムクロックを基準速度から高速、停止、低速の何
れかに切り換える。

【００２０】つまり、状態管理部は、単に各アプリケー
ションによる制御状態を管理するだけでなく、システム
クロックを制御状態に応じて切り換える、本発明の動作
クロック設定装置として機能する。そして、本実施例で
は、こうした状態管理部としての機能を実現する状態管
理用プログラムは、システムクロックを、図３，図４に
示す如く切り換えるように構成されている。以下、図
３，図４を用いて状態管理部の動作を説明する。

【００２１】尚、図３はシステムクロックの変化を表す
説明図であり、（ａ）は、システムクロックの遷移を表
す状態遷移図、（ｂ）はシステムクロックの時間的変化
の一例を表すタイムチャートである。また、図４は、状
態管理部としての機能を実現するためにＣＰＵ２が状態
管理用プログラムに従い実行する処理を表すフローチャ
ートである。

【００２２】まず、マイコン１０に電源が投入された直
後（パワーオンリセット時）やＣＰＵ２が再起動（リセ
ット）された直後（ＣＰＵリセット時）には、分周器１
２の分周値や逓倍器１４の逓倍値Ｍは初期値に設定され
ることから、システムクロックは周波数Ｆ１＝８ＭＨｚ
の基準速度になり、ＣＰＵ２は、システムクロックが基
準速度の状態で、マイコン１０内の各部（ＲＡＭ６や入
出力部８、或いは図示しないレジスタ等）を初期化する
初期化処理を実行するが、図４に示すように、ＣＰＵ２
は、この初期化処理を実行しているとき（詳しくは初期
化処理が終了する直前）に、Ｓ１１０（Ｓはステップを
表す）にて、システムクロックが周波数Ｆ１＝１６ＭＨ
ｚの高速となるように、分周器１２の分周値及び逓倍器
１４の逓倍値Ｍを設定する。

【００２３】この結果、図３に示すように、ＣＰＵ２が
初期化処理を完了して、上記各アプリケーションを実行
する通常の制御処理に移行する際には、システムクロッ
クは高速に切り換えられ、ＣＰＵ２は高速動作で、上記
各アプリケーションに基づく制御処理を開始することに
なる。

【００２４】そして、ＣＰＵ２が上記各アプリケーショ
ンに基づく制御処理を実行しているときには、図４に示
すように、Ｓ１２０にて定期的に制御状態を監視し、Ｓ
１３０にて、上記各アプリケーションに基づく全ての制
御処理が一旦終了して制御待ち状態（つまりアイドル状
態）になったか否かを判定する。

【００２５】そして、Ｓ１３０にて、全ての制御処理が
終了したと判定されるまでは、上記Ｓ１２０及びＳ１３
０の処理を繰り返し実行し、Ｓ１３０にて、全ての制御
処理が終了したと判定されると（換言すればＣＰＵ２に
よる制御処理がアイドル状態になると）、Ｓ１４０に
て、システムクロックが周波数Ｆ１＝４ＭＨｚの低速と
なるように、分周器１２の分周値及び逓倍器１４の逓倍
値Ｍを設定し、続くＳ１５０にて、システムクロックを
停止させることで、マイコン１０をスリープ状態に切り
換える。

【００２６】こうして、マイコン１０がスリープ状態に
入ると、予め設定されたウェイクアップ時間が経過する
か、或いは、外部からウェイクアップ要求が入力される
まで、スリープ状態が継続し、予め設定されたウェイク
アップ時間が経過するか、或いは、外部からウェイクア
ップ要求が入力されると、マイコン１０は、図示しない
ウェイクアップ回路によって自動的に復帰（ウェイクア
ップ）する。

【００２７】そして、このときの分周器１２の分周値Ｎ
及び逓倍器１４の逓倍値Ｍは、システムクロックが低速
になるように設定されていることから、マイコン１０の
ウェイクアップ時には、システムクロックは周波数Ｆ１
＝４ＭＨｚの低速になり、マイコン１０は低速で動作す
ることになる。

【００２８】次に、このようにマイコン１０が動作を開
始すると、上記各アプリケーションに基づく制御処理が
起動されることから、マイコン１０のウェイクアップ後
には、Ｓ１６０にて、各アプリケーションに基づく制御
処理からスピードアップ要求又はスリープ禁止要求がな
され、システムクロックを高速にする必要があるか否か
を判定する。

【００２９】そして、Ｓ１６０にて、システムクロック
を高速にする必要があると判断されると、Ｓ１７０に
て、システムクロックが周波数Ｆ１＝１６ＭＨｚの高速
となるように、分周器１２の分周値及び逓倍器１４の逓
倍値Ｍを設定した後、上述のＳ１２０に移行し、逆に、
Ｓ１６０にて、システムクロックを高速にする必要はな
いと判断されると、Ｓ１５０に移行して、マイコン１０
を再度スリープ状態に移行させる。

【００３０】この結果、マイコン１０が一旦スリープ状
態に入り、ウェイクアップしたときには、図３に示すよ
うに、マイコン１０は低速で動作し、各アプリケーショ
ンによる制御処理が起動されるが、このとき、各制御処
理が処理負荷の大きい通常制御に移行しなければ、再び
スリープ状態に戻り、何れかの制御処理が処理負荷の大
きい通常制御に移行するときにだけ、システムクロック
が高速に切り換えられて、マイコン１０が高速動作する
ことになる。

【００３１】以上説明したように、本実施例のマイコン
１０においては、パワーオンリセット或いはＣＰＵリセ
ットによる起動後には、システムクロックが高速に設定
されて、車両制御のための制御処理が高速で実行される
が、その後、各制御処理が一旦終了してアイドル状態に
なると、システムクロックが停止されて、マイコン１０
はスリープ状態となる。

【００３２】また、スリープ状態からの復帰時（ウェイ
クアップ時）には、システムクロックが低速に設定され
た状態で各制御処理が実行され、そのとき各制御処理か
らクロックアップの要求がなければ、再び、システムク
ロックが停止されて、スリープ状態に入り、クロックア
ップの要求があったときにだけ、システムクロックが高
速に切り換えられる。

【００３３】よって、本実施例によれば、マイコン１０
が起動された直後には、各制御処理を高速に実行して、
車両制御を速やかに開始することができると共に、スリ
ープ状態からの復帰時（ウェイクアップ時）には、動作
クロックを低速に設定するので、不要な電力消費を抑制
し、また、マイクロコンピュータの発熱も抑制できる。

【００３４】そして、特に、本実施例では、図３（ａ）
から明らかなように、システムクロックを低速に設定す
るのは、スリープ状態からの復帰時だけであり、システ
ムクロックを高速から低速に切り換えることはないの
で、システムクロックの切り換えに伴い、各制御処理で
の制御周期やタイミングにずれを生じて、安定した車両
制御を実行できなくなるのを防止することができる。

【００３５】尚、本実施例においては、図４に示したフ
ローチャートにおけるＳ１１０の処理が本発明の起動時
設定手段に相当し、Ｓ１４０の処理が本発明の低速駆動
手段に相当し、Ｓ１５０の処理が本発明のクロック停止
手段に相当し、Ｓ１７０の処理が本発明の高速駆動手段
に相当する。

【００３６】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の態様を採ることができる。例えば、上記実施例で
は、マイコン１０は車両制御のためのものであるとして
説明したが、本発明は、車両制御に限らず、各種装置を
制御するマイクロコンピュータであれば、上記実施例と
同様に適用して、同様の効果を得ることができる。

【００３７】また、上記実施例では、ＣＰＵ２が実行す
る制御用のソフトウェアは複数のアプリケーションから
なり、システムクロックを高速・低速・停止に切り換え
は、これら各アプリケーションによる制御状態を管理す
る状態管理部としての状態管理用プログラムをＣＰＵ２
が実行することにより実現されるものとして説明した
が、制御用のソフトウェアは一つであってもよく、ま
た、システムクロックの切り換えについても、その制御
用ソフトウェアをＣＰＵ２が実行することにより実現さ
れるようにしてもよい。

【００３８】また、上記実施例では、システムクロック
を生成する動作クロック生成回路はマイコン１０に内蔵
されており、しかも、その回路は、分周器１２と逓倍器
１４とから構成されているものとして説明したが、動作
クロック生成回路は、マイコン１０とは別体で構成され
ていてもよく、また、分周器１２又は逓倍器１４だけで
動作クロック生成回路を構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例のマイクロコンピュータの概略構成を
表すブロック図である。

【図２】 実施例のマイクロコンピュータにおいて実行
されるソフトウェアの構造及び状態管理部の動作を説明
する説明図である。

【図３】 ＣＰＵが状態管理部としてのプログラムを実
行することにより変化するシステムクロックの状態を表
す説明図である。

【図４】 ＣＰＵが実行する状態管理部としての処理を
表すフローチャートである。

【符号の説明】

２…ＣＰＵ、４…ＲＯＭ、６…ＲＡＭ、８…入出力部、
１０…マイクロコンピュータ（マイコン）、１２…分周
器、１４…逓倍器、２０…発振器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロコンピュータの処理負荷に応じ
   て、マイクロコンピュータの動作クロックを、少なくと
   も高速・低速・停止の何れかに切り換えるマイクロコン
   ピュータの動作クロック設定装置であって、 マイクロコンピュータの起動後、前記動作クロックを高
   速にして、マイクロコンピュータを高速動作させる起動
   時設定手段と、 マイクロコンピュータが高速動作しているときに、マイ
   クロコンピュータの処理負荷が低下し、マイクロコンピ
   ュータがアイドル状態に入ると、前記動作クロックを停
   止してマイクロコンピュータをスリープ状態に移行させ
   るクロック停止手段と、 マイクロコンピュータが前記スリープ状態にあるとき
   に、スリープ状態から動作状態に復帰する際の前記動作
   クロックを低速に設定して、マイクロコンピュータを低
   速動作させる低速駆動手段と、 マイクロコンピュータが低速動作しているときに、マイ
   クロコンピュータの処理負荷が大きくなると、前記動作
   クロックを高速に設定して、マイクロコンピュータを高
   速動作させる高速駆動手段と、 を備え、マイクロコンピュータの高速動作から低速動作
   への移行を禁止したことを特徴とするマイクロコンピュ
   ータの動作クロック設定装置。