JP2003015787A - 非活動状態時の電力低減のために、走査に基づいて状態を保存及び復元する方法及びシステム - Google Patents

非活動状態時の電力低減のために、走査に基づいて状態を保存及び復元する方法及びシステム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】非活動状態時における電力の低減。 【解決手段】非活動状態時に電力を低減するための、走
査に基づく状態の保存及び復元の方法とシステム。集積回路
(130)は非活動状態時電力低減マネーシ゛ャ(160)、通常の回路
要素、及び走査回路要素(150)を有する。スリーフ゜信号を受
信すると、走査回路要素(150)を用いることにより、通
常の回路要素の状態がアクセスされる。次に、この状態が、
メモリ(270)に記憶される。電源が、通常の回路要素から切
り離される。ウェイクアッフ゜時には、通常の回路要素が電源(2
00)に再接続される。走査回路要素(150)を用いることに
より、回路状態がメモリ(270)からアクセスされ、通常の回路要
素に戻される。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、電力管理
に関し、とりわけ、非活動状態時の電力低減のために、
走査に基づいて状態を保存し、状態を復元する方法とシ
ステムに関する。 【0002】 【従来の技術】バッテリ駆動の装置は、バッテリを再充
電しなければならなくなるか、さもなければ枯渇したバ
ッテリを新しいバッテリに交換しなければならなくなる
までに、バッテリの電力を節約して、装置の動作期間を
延長するため、ある種の電力管理を一般に行う。 【0003】例えば、相補型金属酸化膜半導体(CMO
S)回路を含むバッテリ駆動の装置は、CMOS集積回
路(一般に、「チップ」とも呼ばれる)に供給されるシ
ステムクロック信号を停止することにより、非活動期間
中、バッテリの消耗を低減することができる。クロック
を停止することにより、チップの状態を失うことなく、
電力消費が低減される。状態は、クロックが再開される
場合に、チップの現行プロセス及び動作の再開に必要と
される、クロック停止時における単なる現在の情報であ
る。 【0004】活動が再開すると(例えば、ユーザが入力
信号の供給を開始すると)、チップの動作は、クロック
を開始するだけで、再開する。伝統的に、約1μmのゲ
ート長を特徴とするCMOS製造プロセスの場合、クロ
ックが停止されると、漏れによる電流消費(すなわち、
漏洩電流)は極めて少ない(例えば約1ナノアンペ
ア)。この少ない漏洩電流は、バッテリ電源を利用する
多くの携帯用途において許容できる。 【0005】回路密度を高める必要のあるより複雑な回
路が出現し、処理速度を増すことが必要になるにつれ
て、ゲート長をサブミクロンレベルに短縮しようという
のが、半導体メーカにおける趨勢である。例えば、0.
25μmのCMOSプロセスと0.18μmのCMOS
プロセスによって、回路密度が高まり、処理速度が増す
ことになる。 【0006】あいにく、高速化と回路の高密度化に関す
るトレードオフの1つは、これらのプロセスでは、一般
に、ゲート長が1μmを超えるプロセスに比べて、クロ
ックの停止時に、約10マイクロアンペアのかなり多い
漏洩電流が生じるということである。 【0007】ユーザが、1日中、装置を非活動状態にし
ておく状況について考察してみることにする。ユーザが
装置に戻ると、漏洩電流が多いため、装置は完全に電源
が枯渇している。バッテリの消耗は、装置が非活動期間
中に全く利用されなくても、また、装置が非活動期間中
にスリープモードであったとしても生じることになる。
こうした状況がユーザにとって許容できないのは明らか
である。 【0008】従って、これらサブミクロンプロセスで製
造される回路の場合、ただ単にクロックを停止するだけ
ではもはや十分ではない。代わりに、電力を節約するた
めに、電源からチップを完全に切り離さなければならな
い。チップが電源から完全に切り離される場合、漏洩電
流はなくなり、それによって電力が節約される。しか
し、電源を切り離す前に、電源が切断されても状態情報
を記憶することが可能な記憶装置に、チップの状態情報
を最初に保存することが重要である。状態情報を保存す
る理由の1つは、ユーザの期待を満たすことにある。ユ
ーザは、装置に戻ると、最後に装置を利用した時に存在
したのと同じアプリケーション及びデータファイルの存
在を見いだすものと期待する。これに関して、非活動期
間が終了すると、装置は、状態情報を利用して、非活動
期間前の装置の状態を自動的に復元するのが望ましい。 【0009】さもなければ、ユーザは、装置を非活動期
間前に存在した状態に手動で復元しなければならなくな
る。例えば、ユーザは、1)装置を手動でパワーアップ
し、2)装置のハードウェア及びソフトウェアが再ブー
トするのを待ち、3)開かれていたアプリケーションを
思い出し、4)手動でこれらの各アプリケーションを開
き、5)開かれていたデータファイルを思い出し、6)
各データファイルを手動で開かなければならない。明ら
かに、この手動の方法は、退屈で、時間を浪費し、非効
率的であり、一般に、大部分のユーザにとって許容でき
ない。 【0010】状態情報を保存し、復元するための従来技
術による手法の1つは、下記のステップを実施する特殊
なソフトウェアの利用が必要である。まず、オペレーテ
ィングシステムによって、特殊ソフトウェアが実行さ
れ、状態情報がメモリに保存される。非活動期間が後続
する。次に、活動が再開すると、装置が初めてパワーア
ップされるかのように、ハードウェアの再ブート及びソ
フトウェアの再ブートが実施される。最後に、オペレー
ティングシステムによって、特殊ソフトウェア命令が実
行され、前に保存された状態情報が装置のチップに戻さ
れる。 【0011】明らかに、このソフトウェアベースの手法
は、退屈で、時間を浪費するものであり、ユーザが最後
にそのままにしておいた装置の状態へのスピーディな、
ほぼ瞬時の復帰というユーザの期待を満たすことができ
ない可能性がある。この手法によれば、応答時間が、完
全なオフ状態からオンになる装置の応答とほぼ同じぐら
い遅くなる。 【0012】従って、オペレーティングシステムによる
特殊なソフトウェア命令の実行を必要とすることなく、
状態情報を迅速に、かつ効率よく保存する機構を設ける
ことが望ましい。さらに、ハードウェアの再ブート、ソ
フトウェアの再ブート、及びオペレーティングシステム
による特殊ソフトウェア命令の実行を必要とすることな
く、状態情報を迅速かつ効率よく装置のチップに戻す機
構を設けることが望ましい。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】上記に基づき、前述の
欠点を克服する、非活動状態時の電力を低減するために
状態保存及び復元の方法及びシステムが依然として必要
とされている。 【0014】 【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態によ
れば、非活動状態時の電力低減のために、本発明の走査
に基づく状態の保存及び復元の機構を備えた回路が提供
される。この回路は、走査回路要素、定電力を受電する
定電力領域、及び遮断可能な電力を受電する切換電力領
域を備えている。非活動状態時電力低減マネージャは、
スリープ信号を受信し、それに応答して、通常モードク
ロックを停止するためにクロック停止信号をアサート
し、走査に基づく状態の保存を実施して、電源パッドか
ら切換電力領域を切り離すために用いられる電力制御信
号をアサートするために、定電力領域に配置されてい
る。 【0015】また、非活動状態時電力低減マネージャ
は、ウェイクアップ信号も受信し、それに応答して、切
換電力領域を電源パッドに接続するために用いられる電
力制御信号をディアサートし、走査に基づく状態の復元
を実施し、通常モードクロックを再開するためにクロッ
ク停止信号をディアサートする。 【0016】この回路は、非活動状態時電力低減マネー
ジャに結合されて、電力制御信号を受信し、それに応答
して、切換電力領域から選択的に電力を除去する集積化
電源スイッチを含むことができる。 【0017】回路は、状態情報を記憶するためのメモリ
(例えば、揮発性または不揮発性メモリ)も含むことが
できる。非活動状態時電力低減マネージャは、メモリに
アドレス信号及びメモリ制御信号を供給し、メモリから
状態情報を読み取り、メモリに状態情報を書き込むメモ
リ操作を管理する。 【0018】本発明の一実施形態によれば、非活動状態
時における電力低減のための、走査に基づく状態の保存
及び復元システムが提供される。非活動状態のある集積
回路には、通常の回路要素と走査回路要素が含まれる。
スリープ信号を受信すると、走査回路要素を用いること
により、通常の回路要素の状態がアクセスされる。次
に、この状態が、メモリに記憶される。電源が、通常の
回路要素から切り離される。ウェイクアップ時には、通
常の回路要素が電源に再接続される。走査回路要素を用
いることにより、回路状態がメモリからアクセスされ、
通常の回路要素に戻される。 【0019】本発明の一実施形態によれば、走査回路要
素及び切換電力部分を備えた回路に関する非活動状態時
電力低減方法が提供される。まず、スリープ信号を受信
する。このスリープ信号に応答して、通常モードクロッ
クが、停止させられる。次に、走査回路要素を用いて、
状態保存が実施される。回路の切換電力部分が電源から
切り離される。ウェイクアップ信号を受信する。このウ
ェイクアップ信号に応答して、回路の切換電力部分が、
電源に再接続される。次に、走査回路要素を用いて、状
態復元が実施される。通常モードクロックが再開され
る。 【0020】 【発明の実施の形態】本発明は、一例として示され、制
限のために示されるわけではない。添付の図面におい
て、同じ参照番号は、同様の要素を指す。 【0021】非活動状態時電力低減のための、走査に基
づく状態の保存及び復元の方法及びシステムについて述
べることにする。以下の記述においては、説明の目的
で、本発明の完全な理解を提供するために、多くの特定
の詳細が記載される。しかし、当業者には明らかなよう
に、本発明は、これらの特定の詳細がなくとも、実施可
能である。他の例の場合、本発明が不必要に曖昧になる
のを回避するため、良く知られた構造及び装置はブロッ
ク図の形態で示されている。 【0022】本発明の一態様では、テスト回路要素(例
えば、走査回路要素)を使用して回路の記憶素子からの
状態情報にアクセスし、テスト回路要素を使用して回路
の記憶素子に状態情報を戻す。このようにして、回路の
一部から電源を切り離し、状態情報を失うことなく、非
活動期間中の電力消費を低減することができる。 【0023】本発明の走査に基づく状態の保存及び復元
の機構によれば、チップのパワーダウン前に、集積回路
(今後は「チップ」とも呼ばれる)の状態を迅速にメモ
リに記憶し、次に、チップの再ブートを伴わずに、迅速
にチップに戻すことが可能になる。チップの状態は、チ
ップ内の記憶素子の単なる2進数値(例えば、1または
0)にすぎない。記憶素子は、例えば、フリップフロッ
プまたはレジスタとすることが可能である。 【0024】チップのパワーダウン(例えば、パワーダ
ウンモードへの移行)前に、チップの制御が、本発明の
非活動状態時電力低減機構に渡される。非活動状態時電
力低減機構は、走査に基づく状態の保存及び走査に基づ
く状態の復元を実施する。好適には、非活動状態時電力
低減機構は、パワーダウン中に電力が除去されないチッ
プの小セクションに設けられる。 【0025】システム停止が要求されると、非活動状態
時電力低減機構は、状態保存操作及び状態復元操作が実
施される状態保存モードで起動される。次に、非活動状
態時電力低減機構は、チップに対する通常モードクロッ
クを停止して、チップを節電モードにする。非活動状態
時電力低減機構は、走査制御線を制御して、チップの記
憶素子(例えば、レジスタまたはフリップフロップ)の
値をスキャンアウトする。次に、この状態情報はメモリ
に記憶される。 【0026】走査に基づく状態の保存操作の実施後に、
非活動状態時電力低減機構によって、チップから電力が
除去される。状態復元操作中、非活動状態時電力低減機
構は、チップに対する電力を回復する。次に、状態情報
が走査されて、チップの記憶素子に戻される。 【0027】典型的な携帯用装置100 図1は、本発明の非活動状態時電力低減マネージャ(In
active State Power Reduction Manager:ISPRM)
160を実施することが可能な例示的な携帯用装置10
0を示したブロック図である。携帯用装置100には、
1つ以上のバッテリ(例えば、バッテリ120)を備え
たバッテリパック110のような電源が含まれる。 【0028】携帯用装置100には、集積回路130
(例えば、特定用途向け集積回路)も含まれる。回路1
30は、一般に、論理設計を実現するように構成された
数千のトランジスタを備えている。回路130は電力管
理を必要とする。例えば、回路130は、サブミクロン
プロセスによって製造され得る。係る製造プロセスが使
用される場合、チップ130内の各トランジスタは、通
常モードクロックの停止期間中でさえ、電力損失につな
がる大きな漏洩電流を生じる可能性がある。 【0029】回路130には、集積回路130により処
理されているいくつかの情報を記憶する記憶素子140
も含まれる。記憶素子140は、例えば、フリップフロ
ップまたはレジスタとすることが可能である。回路13
0は、さらに詳細に後述される走査回路要素150も有
する。 【0030】ISPRM160回路130には、非活動
期間中、回路130の電力管理を行う非活動状態時電力
低減マネージャ(ISPRM)160も含まれる。非活
動状態時電力低減マネージャ(ISPRM)160は、
スリープ信号242及びウェイクアップ信号190を受
信する。ISPRAM160は、スリープ信号242に
応答して、通常モードクロックを停止し、走査に基づく
状態の保存を実施し、チップ130の大部分から電力を
除去する。非活動状態時電力低減マネージャ(ISPR
M)160は、電力200から回路130の大部分を切
り離すことによって、回路130のその部分におけるト
ランジスタを介した漏洩電流を低減または排除し、その
結果、非活動期間中、電力が節約される。ISPRM1
60は、ウェイクアップ信号190に応答して、チップ
130に対する電力を回復し、走査に基づく状態の復元
を実施し、次に、通常モードクロックを再開する。 【0031】本発明のISPRM160は、クロック停
止信号262、電力制御信号264、走査制御信号26
6、及び状態保存モード信号268のような信号を利用
して、上述の機能を実施する。これらの信号について
は、さらに詳細に後述する。 【0032】前述のように、本発明の非活動状態時電力
低減マネージャ(ISPRM)160は、走査に基づく
状態保存及び状態復元を実施する。とりわけ、本発明の
非活動状態時電力低減マネージャ(ISPRM)160
は、走査回路要素150を使用して、状態情報の記憶素
子140に対する読み書きを行い、状態情報を失うこと
なく、回路130から電源を切り離すことができるよう
にする。 【0033】節電モード中、ISPRM160は、走査
回路要素150を使用することにより、回路130の状
態(例えば、記憶素子140に記憶されている状態情
報)にアクセスし、さらに詳細に後述されるメモリに対
して状態情報を書き込む。回路130の記憶素子140
の状態情報にアクセスする、またはそこからの状態情報
を検索するために走査回路要素150を使用することに
ついては、本明細書において、走査に基づく状態保存操
作(scan-based state save operation)と呼ばれる。 【0034】同様に、節電モード中、ISPRM160
は、走査回路要素150を利用することにより、メモリ
から状態情報(例えば、前に記憶された状態情報)を読
み取り、回路130の記憶素子140に状態情報を戻
す。走査回路要素150を使用して、回路130の記憶
素子140に状態情報を戻すことについては、本明細書
において、走査に基づく状態復元操作(scan-based sta
te restore operation)と呼ばれる。 【0035】図2に関連してさらに詳細に後述するよう
に、非活動状態時電力低減マネージャ160は、独立有
限ステートマシンとしてハードウェアで実施され得る。
さらに、非活動状態時電力低減マネージャ(ISPR
M)160は、単一集積回路で、またはチップセットと
して実施され得る。さらに、図7に関連してさらに詳細
に後述するように、本発明の非活動状態時電力低減機構
は、ボードレベルで実施され得る。 【0036】回路130は、外部走査信号(例えば、デ
ータ及び制御信号)、ISPRM160からの走査信号
(例えば、状態情報180及び走査制御信号266)、
及び状態保存モード信号268を受信するための選択ユ
ニット174を有する。選択ユニット174は、状態保
存モード信号268に基づき、外部走査信号、またはI
SPRM160によって生じる走査信号を出力として選
択的に供給する。 【0037】チップ130には、電力を節約するため
に、ISPRM160がチップ130からの電力200
を除去するのに利用可能な電源スイッチ170が含まれ
る。例えば、本発明のISPRM160は、電源スイッ
チ170に、非活動期間中、電源パッド284から回路
130を切り離させる、電力制御信号264をアサート
することが可能である。 【0038】走査回路要素150 走査回路要素150は、一般に、当業者によく知られて
おり、普通、集積回路の機能性のテスト(例えば、製造
テスト)において利用される。本発明の一態様では、走
査回路要素150を利用して、状態情報のアクセス及び
復元を行い、電力低減及び節約を可能にする(すなわ
ち、状態情報を失うことなく、チップのパワーダウンを
可能にする)。 【0039】走査回路要素150は、記憶素子140
(例えば、複数のレジスタ)の内容をシフトアウトする
ために利用される1つ以上の走査連鎖を含むことが可能
である。例えば、チップ130の記憶素子140は、代
替の回路要素を利用して、1つ以上の走査連鎖をなすよ
うに配線され得る。 【0040】走査回路要素150は、テストを受けるレ
ジスタのそれぞれの前に配置されるマルチプレクサ(不
図示)を含むことが可能である。これらのマルチプレク
サは、スキャンイン信号または通常動作信号を選択し
て、レジスタに入力するために用いられる。通常動作
中、マルチプレクサは、レジスタへの入力に通常動作信
号を選択する。集積回路(例えば、プロセッサ)は、1
つ以上のシステムクロックに従って動作する。 【0041】テストモードにおいて、マルチプレクサ
は、レジスタへの入力にスキャンイン信号を選択する。
テストクロック(例えば、走査クロック)に従って、一
度に1ビットずつデータをシフトインすることによっ
て、テストデータをレジスタに順次走査して読み込むこ
とができる。例えば、第1のテストビットは、第1のマ
ルチプレクサを介して第1のレジスタにシフトインさ
れ、第2のマルチプレクサを介して、第1のレジスタか
ら第2のレジスタにシフトインされる。このプロセス
は、レジスタのそれぞれにテストデータが納められるま
で、各テストビット毎に繰り返される。レジスタが、適
正に所望の状態に構成されると、1クロックサイクルを
実行するコマンドが発行され、レジスタの内容をシフト
アウトして、予測データと比較することができる。通
常、この手順を利用して、デバイスが正しく製作された
か否かが判定される。走査回路要素150の動作及び構
成は、当業者にとって良く知られており、本明細書では
これ以上の説明を控えることにする。 【0042】集積回路130 図2には、本発明の一実施形態による図1の回路130
がさらに詳細に例示されている。回路130には、切換
電力領域(SPA)214と定電力領域(CPA)21
8が含まれる。切換電力領域(SPA)214は、遮断
可能な電力供給を受け、定電力領域(CPA)218
は、定電力供給を受ける。例えば、定電力領域218の
トランジスタは、電源パッド284への直接接続を介し
て一定した電力供給を受けることが可能である。 【0043】切換電力領域214のトランジスタは、電
源スイッチ170がオフになると、電源(例えば、電源
パッド284)から切り離される。同様に、切換電力領
域214のトランジスタは、電源スイッチ170がオン
になると、電源(例えば、電源パッド284)に接続さ
れる。電源スイッチ170は、ISPRFSM260に
よって供給される電力制御信号264によって制御され
る。この実施形態の場合、電源スイッチ170は、パワ
ー電界効果トランジスタ(FET)によって実施され
る。電源スイッチ170は、オンチップとする(すなわ
ち、チップ130と一体化される)こともできるし、あ
るいはオフチップとする(すなわち、チップ130の外
部に設ける)ことも可能である。 【0044】メモリ270に記憶されている状態情報を
記憶素子140に戻すために、第1の経路232が設け
られている。記憶素子140の状態情報をメモリ270
へ保存するために、第2の経路234が設けられてい
る。 【0045】回路130の記憶素子140にテストデー
タを書き込むために、複数の外部スキャンインパッド2
22が設けられている。回路130の記憶素子140か
らデータを読み取るために、複数の外部スキャンアウト
パッド224が設けられている。走査テストのスキャン
イン及びスキャンアウトを管理するために、複数の走査
制御信号パッド226が設けられている。走査制御信号
は、走査クロック信号及びテストモード信号を含むこと
ができる。これらの走査関連パッド222、224、2
26は、典型的な走査に基づく回路テストに利用され
る。図7に関連してさらに詳細に後述するように、これ
らの走査パッドを利用して、本発明の走査に基づく状態
の保存及び復元の操作をボードレベルで実施することが
可能であり、この場合、本発明の電力低減マネージャ
は、チップ130の外部にある。 【0046】回路130には、状態情報の記憶に用いら
れるメモリ270も含まれる。メモリ270は、チップ
130と一体化されることもできるし、またはチップ1
30の外部にあることも可能であるという点に留意され
たい。メモリ270は、揮発性メモリまたは不揮発性メ
モリとすることが可能である。メモリ270が定電力領
域218内に配置される場合、メモリ270は揮発性メ
モリ(例えば、ランダムアクセスメモリ(RAM))と
することが可能である。しかし、メモリ270が切換電
力領域(SPA)214内に配置される場合には、メモ
リ270は、メモリ270が電源から切り離される非活
動期間中、それに記憶された情報が保持されるように、
不揮発性メモリ(例えば、EEPROM)であることが
望ましい。 【0047】回路130には、外部スキャンインパッド
222からの信号、または第1の経路232からの信号
(例えば、状態情報)を出力として選択的に供給するた
めの複数のマルチプレクサ223も含まれる。状態情報
は、メモリ270から検索され得る。回路130には、
外部走査制御パッド226から供給される制御信号、ま
たはISPRFSM260によって供給される走査制御
信号を出力として選択的に供給するための複数のマルチ
プレクサ227も含まれる。 【0048】マルチプレクサ223、227は、デバイ
スが状態保存モード(すなわち、節電モード)にある場
合、ISPRFSM260によってアサートされる状態
保存モード信号268によって制御される。状態保存モ
ード信号268がアサートされると、マルチプレクサ2
27は、ISPRFSM260によって供給される走査
制御信号を選択し、マルチプレクサ223は、メモリ2
70によって供給されるデータを選択する。このように
して、前に記憶された状態情報が、ISPRFSM26
0の制御下において記憶素子140に戻される。さら
に、外部スキャンインパッド222からのデータ及び走
査制御パッド226からの走査制御信号が、本発明のI
SPRFSM260によって実施される走査に基づく状
態の保存操作及び走査に基づく状態の復元操作に影響を
及ぼすのが阻止される。 【0049】ISPRFSM260 アサートされたスリープ信号を受信すると、ISPRF
SM260は、通常モードクロック(例えば、システム
クロック)を停止するためにクロック停止信号262を
アサートする。スリープ信号242が、プロセッサまた
はマイクロコントローラによって、あるいは人間がトリ
ガすることによって提供され得る点に留意されたい。例
えば、マイクロコントローラは、タイマを使用して非活
動期間をトラッキングすることが可能である。非活動期
間が所定の時間量(例えば、5分)を超えると、マイク
ロコントローラは、電力消費を低減するために本発明の
ISPRFSM260によって用いられるスリープ信号
をアサートすることができる。 【0050】次に、ISPRFSM260は、状態保存
モード信号268をアサートして、走査制御信号266
を利用し、第2の経路234を介して、記憶素子140
の状態をスキャンアウトし、メモリ270に状態情報を
記憶する。ISPRFSM260は、当業者には良く知
られている、メモリアドレス及び制御信号269(例え
ば、アドレス信号、読み取り/書き込み信号、列アドレ
スストローブ、行アドレスストローブ等)を利用して、
メモリ270に対して状態情報を書き込むために書き込
み操作を制御及び管理する。次に、ISPRFSM26
0は、電力制御信号264をアサートし、電源スイッチ
170をターンオフして、SPA214が電源パッド2
84から切り離されるようにする。 【0051】電源は、ウェイクアップ信号190を受信
するまで、オフのままである。ウェイクアップ信号19
0は、例えば、関連したパッドによって供給される外部
ウェイクアップ信号244または内部ウェイクアップ信
号246とすることができる。ISPRFSM260
は、ウェイクアップ信号に応答して、走査制御信号26
6を利用し、第1の経路232を介して、メモリ270
に記憶されている状態情報を記憶素子140にスキャン
インする。 【0052】この例については、ウェイクアップ信号1
90を有するものとして説明してきたが、代替の実施形
態では、ウェイクアップ信号を用いない。この代替の実
施形態の場合、チップ130は、スリープ信号242が
ディアサートされた時にウェイクアップされる。例え
ば、スリープ信号242は、人間によるトリガによって
ディアサートされ得る(例えば、ユーザがボタンをアク
ティブな状態にするか、またはスクリーンに触れる場
合)。代案として、リアルタイムシステムクロックにア
クセスするアプリケーションは、ユーザによりプログラ
ムされ得る所定の時間に回路をウェイクアップすること
ができる。所定の予定時間に達すると、アプリケーショ
ンが割り込みをアサートして、スリープ信号242をデ
ィアサートすることができる。 【0053】非活動状態時電力低減処理 図3は、本発明の一実施形態に従って非活動状態時電力
低減マネージャによって実施されるステップを例示した
フローチャートである。ステップ310では、パワーダ
ウン信号(例えば、スリープ信号242)が受信され
る。ステップ314では、通常モードクロック(例え
ば、システムクロック)が停止される。通常モードクロ
ックは、クロック停止信号262をアサートすることに
よって停止され得る。ステップ320では、走査回路要
素150を用いることにより、状態保存が実施される
(今後は、走査に基づく状態の保存とも呼ばれる)。例
えば、走査制御信号266及び状態保存モード信号26
8を利用し、経路234を介して、全ての記憶素子の値
をメモリ270にスキャンアウトすることができる。こ
のステップには、アドレス信号及び他のメモリ制御信号
269を供給して、メモリ270に状態情報を書き込む
書き込み操作を管理するサブステップも含むことができ
る。 【0054】ステップ330では、切換電力領域214
が、電源から切り離される。このステップは、電源スイ
ッチ170をターンオフにして、SPA214を電源パ
ッド284から切り離すために、電力制御信号264を
アサートすることによって実施され得る。 【0055】ステップ340では、パワーアップ信号
(例えば、ウェイクアップ信号190)が受信される。
ステップ350では、切換電力領域214が電源に再接
続される。このステップは、電源スイッチ170をター
ンオンにして、SPA214を電源パッド284に再接
続するために、電力制御信号264をディアサートする
ことによって実施され得る。 【0056】ステップ360では、状態復元が、走査回
路要素150を用いることにより実施される(今後は、
走査に基づく状態の復元とも呼ばれる)。例えば、走査
制御信号を利用し、経路232を介して、メモリ270
からの値を記憶素子140にスキャンインすることがで
きる。このステップには、アドレス信号及び他のメモリ
制御信号269を供給して、メモリ270から状態情報
を読み取る読み取り操作を管理するサブステップも含む
ことができる。 【0057】ステップ370では、通常モードクロック
が、例えば、クロック停止信号262をディアサートす
ることによって再開される。 【0058】従って、本発明の非活動状態時電力低減マ
ネージャは、複雑なハードウェア及びソフトウェアの相
互作用またはシステム再ブートを必要とせずに、走査に
基づく状態の保存及び走査に基づく状態の復元を提供す
る。集積回路の全状態は、記憶素子毎に最大で1ビット
(例えば、フリップフロップ毎に1ビット)の記憶域を
用いて保存され得る。当業者には良く知られているデー
タ圧縮アルゴリズムを用いて、状態保存に必要とされる
メモリ要件をさらに緩和することも可能であるという点
に留意されたい。 【0059】ISPRFSM260の状態図 図4は、本発明の一実施形態に従って、非活動状態時電
力低減有限ステートマシン(ISPRFSM)260に
よって実施されるステップを例示した状態図である。状
態Aにおいて、ISPRFSM260は、スリープ信号
242がアサートされるのを待つ。ISPRFSM26
0は、スリープ信号242がアサートされる(すなわ
ち、SLEEP==1)まで、状態Aにおいて、アイド
ル状態のままである。スリープ信号242がアサートさ
れると、ISPRFSM260は状態Bに移行する。状
態BにおいてISPRFSM260は、通常モード回路
要素(すなわち、走査に無関係な回路)を駆動するシス
テムクロック(例えば、通常モードクロック)を停止す
る。システムクロックは、例えば、クロック停止信号2
62をアサートすることによって停止され得る。通常モ
ードクロック(例えば、システムクロック)が停止され
ると、ISPRFSM260は、状態Cに移行する。状
態Cにおいて、状態保存モードがアサートされる。 【0060】状態Dでは、ISPRFSM260は、走
査に基づく状態の保存を実施する。走査回路要素150
を使用することにより、記憶素子140からメモリ27
0へのアンロード状態情報(すなわち、状態D)に関連
した処理ステップについては、図5に関連してさらに詳
細に後述する。走査に基づく状態の保存が完了すると
(すなわち、DONE==1)、ISPRFSM260
は、状態Eに移行する。そうではなく、走査に基づく状
態の保存が完了していない(すなわち、DONE==
0)という場合には、ISPRFSM260は、走査に
基づく状態の保存操作が完了するまでD状態に留まる。 【0061】状態Eでは、切換電力領域214への電力
が切断または遮断される。例えば、電力制御信号(PC
S)264を利用して、電源スイッチ170をターンオ
フすることによって、電源パッド284からSPA21
4を切り離すことが可能である。 【0062】状態Fでは、ISPRFSM260は、ウ
ェイクアップ信号190(例えば、外部ウェイクアップ
信号244または内部ウェイクアップ信号246)を待
つ。WAKEUP==0の場合、ISPRFSM260
は状態Fに留まる。そうではなく、WAKEUP==1
の場合には、ISPRFSM260は、状態Gに移行す
る。 【0063】状態Gでは、切換電力領域214への電力
がもとに戻される。例えば、電力制御信号(PCS)2
64を利用して、電源スイッチ170をターンオンする
ことによって、SPA214を電源パッド284に再接
続することができる。 【0064】状態Hでは、ISPRFSM260は、走
査に基づく状態の復元を実施する。走査に基づく状態の
復元が完了すると(すなわち、DONE==1)、IS
PRFSM260は状態Jに移行する。そうではなく、
走査に基づく状態の復元が完了していない場合(すなわ
ち、DONE==0の場合)には、ISPRFSM26
0は、走査に基づく状態の復元操作が完了するまで状態
Hに留まる。 【0065】走査回路要素150を使用することによ
り、メモリ270から記憶素子140への状態情報のロ
ード(すなわち、状態H)に関連した処理ステップにつ
いては、図6に関連してさらに詳細に後述する。 【0066】状態Jでは、状態保存モードがディアサー
トされる。状態Kでは、通常モードクロック(例えば、
システムクロック)が再開される。ISPRFSM26
0は、状態Aに移行し、スリープ信号242を待つ。 【0067】記憶素子からメモリへのアンロード 図5は、本発明の一実施形態に従って、図4の状態Dを
さらに詳細に例示した状態図である。状態D_1では、
メモリ270のアドレスカウンタがクリアされ、メモリ
制御信号269を利用して、メモリ270に情報が書き
込まれる。状態D_2では、走査回路要素150を使用
することにより、メモリ270に状態情報が書き込まれ
る。状態D_3では、ISPRFSM260が、走査ク
ロック(テストクロックとも呼ばれる)の第1フェーズ
(例えば、フェーズ1)を処理する。このステップにお
いて、ISPRFSM260は、スキャンインポートか
らのデータによって、各走査連鎖の各フリップフロップ
(FF)(すなわち、この設計における全FF)につい
て、FFのマスタ部分が更新されるようにすることが可
能になる。 【0068】状態D_4では、ISPRFSM260
は、走査クロックの第2フェーズ(例えば、フェーズ
2)を処理する。このステップでは、ISPRFSM2
60は、各FFのマスタ部分からスレーブ部分にデータ
を移動させる。このデータは、FFのQポートに現れる
ので、後続の書き込み操作において、データがメモリ2
70へ書き込まれる準備が整う。例えば、後続の書き込
み操作は、状態D_5において、状態保存操作が完了し
ていないと判定された後、ステートマシンが状態D_2
に戻ると、実施可能になる。状態D_4では、アドレス
カウンタもインクリメントされる。 【0069】状態D_5では、ISPRFSM260
が、アドレスカウンタをチェックし、FFの全データが
RAMに記憶された場合に、アドレスカウンタが到達よ
うにチップ設計者によって、あらかじめ決められた値で
あるか確認する。 【0070】走査連鎖におけるデータがメモリ270に
記憶されると、内部信号DONEをアサートすることが
できる。DONE信号がアサートされなければ、処理は
状態D_2に留まる。DONE信号がアサートされる
と、処理は状態Eに進む。 【0071】電源がSPA214から切り離されている
間(例えば、状態E、F、及びGの間)、SPA214
のトランジスタには、漏洩電流が生じないので、電力が
節約される。 【0072】メモリから記憶素子へのロード 図6は、本発明の一実施形態に従って、図4の状態Hを
さらに詳細に例示した状態図である。状態H_1では、
メモリ270のアドレスカウンタがクリアされ、メモリ
270への情報の読み取りに利用されるメモリ信号がア
サートされる。状態H_2では、メモリ270から状態
情報が読み取られる。 【0073】状態H_3、H_4、及びH_5では、D
_3〜D_5と同じ機能が実施されるが、メモリ270
から記憶素子140(例えば、フリップフロップ(F
F))に状態情報を移動する効果がある。状態H_3で
は、ISPRFSM260は、走査クロックの第1フェ
ーズ(例えば、フェーズ1)を処理する。状態H_4で
は、ISPRFSM260は、走査クロックの第2フェ
ーズ(例えば、フェーズ2)を処理する。状態H_4で
は、アドレスカウンタもインクリメントされる。 【0074】状態H_5では、ISPRFSM260
は、状態復元の進行をチェックする。状態D_5では、
ISPRFSM260は、アドレスカウンタをチェック
し、全データがメモリ270から読み取られ、記憶素子
140に書き込まれた場合に、アドレスカウンタが到達
するようにチップ設計者によって、あらかじめ決められ
た値であるか確認する。 【0075】走査連鎖のデータがメモリ270に記憶さ
れると、内部信号DONEをアサートすることができ
る。DONE信号がアサートされない場合、処理は状態
D2に留まる。DONE信号がアサートされる場合、処
理は状態Eに進む。 【0076】留意すべきは、本発明の非活動状態時電力
低減機構は、状態情報を保存及び/または状態情報を復
元、並びに複雑な集積回路を再起動するために、従来技
術の手法により必要とされた時間量を低減する。 【0077】本発明の非活動状態時電力低減機構が状態
保存または状態復元を実施するのに必要とする時間は、
下記の方程式によって概算され得る: T=FF/(scan_chains*frequency) ここで、FFは、フリップフロップの総数、scan_chai
nsは、フリップフロップが編成される走査連鎖の数(走
査連鎖は、全て、同じ長さにされる)、frequencyは、
走査中に、走査連鎖が刻時される周波数である。16の
走査連鎖をなすように編成され、32kHzの周波数で
走査される、25,000のフリップフロップを備えた
典型的な集積回路設計について考察してみることにす
る。この方程式を利用すると、本発明の非活動状態時電
力低減機構は、係る集積回路において状態保存または状
態復元を実施するのに約50msを必要とする。 【0078】電力低減機構の回路基板実施例 図7には、非活動状態時電力低減機構を備えたシステム
700が例示されている。本発明の非活動状態時電力低
減機構は、任意のボードレベルシステム(例えば、シス
テム700)で実施され得る。システム700は、例え
ば、複数のコンポーネント710を備えた回路基板とす
ることができる。 【0079】システム700には、定電力領域(CP
A)704と切換電力領域(SPA)708が含まれ
る。定電力領域704には、非活動期間中の電力を節約
するための非活動状態時電力低減マネージャ(ISPR
M)720、及びメモリ770が含まれる。ISPRM
720は、走査回路要素を用いて、状態保存及び状態復
元を実施する。メモリ770が不揮発性メモリの場合、
メモリ770は、切換電力領域708に配置され得る点
に留意されたい。 【0080】切換電力領域708には、複数のコンポー
ネント710(例えば、特定用途向け集積回路(ASI
C))が含まれる。各コンポーネント710は、内部走
査回路要素を備えており、走査されることができる。例
えば、各コンポーネントは、状態情報にアクセスできる
テスト及びアクセスポート(TAP)714を含むこと
ができる。TAP714は、一般に、当業者に知られて
いる、例えば、直列入力信号、直列出力信号、テストク
ロック、及びテストモード選択信号を含むことができる
複数の信号に適応する。 【0081】テスト及びアクセスポート(TAP)71
4は、例えば、IEEE1149.1 Standard Test A
ccess Port and Boundary Scan Architectureまたは他
の走査アーキテクチャに準拠することが可能である。走
査によってコンポーネント710の内部走査連鎖に対す
るアクセスが行える限りにおいて、任意の形態の走査
(例えば、JTAG)を利用できる点に留意されたい。 【0082】ISPRM720は、コンポーネント71
0を選択的に節電モードにする。例えば、ISPRM7
20は、節電モード信号722をアサートして、コンポ
ーネント710を節電モードにすることができる。節電
モードにある場合、ISPRM720は、スキャンイン
経路740、走査制御経路744、及びスキャンアウト
経路748を利用して、各コンポーネント710から状
態情報を検索し、各コンポーネント710に状態情報を
戻す。 【0083】例えば、切換電力領域708から電力を除
去する前に、各コンポーネント710からの状態情報を
検索し、メモリ770に記憶することが可能である。同
様に、電力を切換電力領域708に戻す前に、メモリ7
70に記憶された状態情報をコンポーネント710のレ
ジスタに書き込む(すなわち、復元する)ことが可能で
ある。 【0084】システム700には、例えば、パワー電界
効果トランジスタ(FET)とすることができる、電源
スイッチ750も含まれる。ISPRM720は、電源
スイッチ制御信号724を選択的にアサートして、電源
スイッチ750を制御する。電源スイッチ750がオン
になると、切換電力領域708のコンポーネント710
は電力を供給される。電源スイッチ750がオフになる
と、切換電力領域708のコンポーネント710は電源
から切り離され、その結果、非活動状態の間(例えば、
非活動期間)、基板の電力消費が低減される。 【0085】以上の説明において、本発明はその特定の
実施形態に関して説明された。しかしながら、本発明の
より広い範囲から逸脱することなく、さまざまな修正及
び変更を加えることが可能であるのは明白である。従っ
て、明細書及び図面は、制限の意味ではなく、例示を意
味するものとみなされるべきである。 【0086】例えば、本発明は、集積回路またはチップ
セットに用いられる電力低減機構に関して説明された。
しかし、本発明は、多数の異なる領域において、多種多
様な用途に適用可能であるという点を理解されるべきで
ある。本発明の電力低減機構は、電力の節約が所望され
るか、または必要とされる場合にはいつでも有用であ
る。例えば、携帯用装置またはバッテリ駆動の装置にお
ける回路(例えば、モバイル用途に用いられるマイクロ
プロセッサチップ)は、ユーザにとって、装置、または
実行していたアプリケーション、または開いていたファ
イルが中断されなかったかのように思えるように、非活
動期間中、通常回路から電源を切り離すことを可能に
し、ウェイクアップ時に、回路の状態をすばやく復元す
る機構によって恩恵を受ける。 【0087】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施形態を示す。 1.走査回路要素(150)を有する回路であって、 a)定電力を受電する定電力領域(218)と、 b)遮断可能な電力を受電する切換電力領域(214)
と、及び c)前記定電力領域(218)に配置されて、スリープ信
号(242)を受信し、それに応答して、通常モードクロ
ックを停止させるためにクロック停止信号(262)をア
サートし、走査に基づく状態の保存を実施して、前記切
換電力領域(214)を電源パッド(284)から切り離すた
めに用いられる電力制御信号(264)をアサートし、ま
た、ウェイクアップ信号(130)を受信し、それに応答
して、前記切換電力領域(214)を前記電源パッド(28
4)に接続するために用いられる電力制御信号(264)を
ディアサートし、走査に基づく状態の復元を実施して、
前記クロック停止信号(262)をディアサートし、前記
通常モードクロックを再開する、非活動状態時電力低減
マネージャ(160)とからなる、回路。 2.d)前記非活動状態時電力低減マネージャに結合さ
れて、前記電力制御信号(264)を受信し、それに応答
して、前記切換電力領域(214)から電力を選択的に除
去する電源スイッチ(170)をさらに含む、上記1に記
載の回路。 3.前記電源スイッチ(170)が、電源に結合された第
1の電極、前記切換電力領域に結合された第2の電極、
及び前記電力制御信号を受信するための第3の電極を有
する電界効果トランジスタ(FET)である、上記2に
記載の回路。 4.前記非活動状態時電力低減マネージャが、複数の走
査制御信号(266)を発生して、前記走査に基づく状態
の保存及び前記走査に基づく状態の復元を実施し、前記
走査制御信号が、走査クロック信号を含む、上記1に記
載の回路。 5.前記非活動状態時電力低減マネージャが、前記走査
回路要素(150)を用いて、状態情報を保存し、状態情
報を復元する、上記1に記載の回路。 6.前記ウェイクアップ信号が、内部ウェイクアップ信
号(246)と外部ウェイクアップ信号(244)の一方であ
る、上記1に記載の回路。 7.前記ウェイクアップ信号が、人間によるトリガ、ア
プリケーション、及びタイマの1つによって供給され
る、上記1に記載の回路。 8.e)前記状態情報を記憶するためのメモリ(270)
をさらに含み、非活動状態時電力低減マネージャ(16
0)が、前記メモリにアドレス信号及びメモリ制御信号
を供給し、前記メモリから状態情報を読み取り、前記メ
モリに状態情報を書き込むメモリ操作を管理する、上記
1に記載の回路。 9.前記メモリ(270)が、揮発性メモリ及び不揮発性
メモリの一方である、上記8に記載の回路。 10.前記揮発性メモリがランダムアクセスメモリであ
る、上記9に記載の回路。 【0088】 【発明の効果】本発明により、オペレーティングシステ
ムによる特殊なソフトウェア命令の実行を必要とするこ
となく、状態情報を迅速かつ効率よく保存する機構が提
供される。さらに、ハードウェアの再ブート、ソフトウ
ェアの再ブート、及びオペレーティングシステムによる
特殊ソフトウェア命令の実行を必要とすることなく、状
態情報を迅速かつ効率よく装置のチップに戻す機構も提
供される。
【図面の簡単な説明】 【図1】走査に基づく状態の保存及び走査に基づく状態
の復元を用いる、本発明の非活動状態時電力低減マネー
ジャの実施が可能な、例示的な携帯用装置を例示したブ
ロック図である。 【図2】本発明の一実施形態による図1の回路をさらに
詳細に例示した図である。 【図3】本発明の一実施形態に従って、非活動状態時電
力低減マネージャによって実施される処理ステップを例
示したフローチャートである。 【図4】本発明の一実施形態に従って、図2の非活動状
態時電力低減有限ステートマシンによって実施されるス
テップを例示した状態図である。 【図5】本発明の一実施形態に従って、図4の状態Dを
さらに詳細に例示した状態図である。 【図6】本発明の一実施形態に従って、図4の状態Hを
さらに詳細に例示した状態図である。 【図7】本発明の一実施形態に従って、非活動状態時電
力低減機構のシステムレベルの実施例を例示した図であ
る。 【符号の説明】 150 走査回路要素 160 非活動状態時電力低減マネージャ 170 電源スイッチ 214 切換電力領域 218 定電力領域 270 メモリ 284 電源パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・リチャード・ウッズ アメリカ合衆国オレゴン州97330,コーバ リス,ノースウエスト・タイラー・プレイ ス・3781 (72)発明者 ジァイ・ディーン・マクドガル アメリカ合衆国オレゴン州97330,コーバ リス,ノースウエスト・ゴールデンロッ ド・プレイス・3335 Fターム(参考) 5B011 DA06 DB20 DC06 EA04 EA05 LL08 LL13 5C026 EA06

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】走査回路要素(150)を有する回路であっ
    て、 a)定電力を受電する定電力領域(218)と、 b)遮断可能な電力を受電する切換電力領域(214)
    と、及び c)前記定電力領域(218)に配置されて、スリープ信
    号(242)を受信し、それに応答して、通常モードクロ
    ックを停止させるためにクロック停止信号(262)をア
    サートし、走査に基づく状態の保存を実施して、前記切
    換電力領域(214)を電源パッド(284)から切り離すた
    めに用いられる電力制御信号(264)をアサートし、ま
    た、ウェイクアップ信号(130)を受信し、それに応答
    して、前記切換電力領域(214)を前記電源パッド(28
    4)に接続するために用いられる電力制御信号(264)を
    ディアサートし、走査に基づく状態の復元を実施して、
    前記クロック停止信号(262)をディアサートし、前記
    通常モードクロックを再開する、非活動状態時電力低減
    マネージャ(160)とからなる、回路。
JP2002118742A 2001-04-26 2002-04-22 非活動状態時の電力低減のために、走査に基づいて状態を保存及び復元する方法及びシステム Pending JP2003015787A (ja)

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