JP2003202935A

JP2003202935A - 電力管理方式及び電力管理方法

Info

Publication number: JP2003202935A
Application number: JP2002001476A
Authority: JP
Inventors: Minoru Shiga; 稔志賀; Yuichi Tokunaga; 雄一徳永; Hisayoshi Kurosawa; 寿好黒澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】電力制御システムの処理負荷を少なくし、総
電力が小さく、電力の変動が小さい半導体集積回路の電
力管理方式及び方法を提供する。【解決手段】半導体集積回路はプロセッサ１、メモリ
２、電力管理機構５、他複数の機能単位から構成され、
オペレーティングシステムはタスク・スケジューリング
処理の時に、タスク実行情報を電力管理機構５へ伝達す
る。電力管理機構５はタスク実行情報を格納するレジス
タを備え、オペレーティングシステムは実行タスクの優
先度を加算した値をタスク実行情報として該レジスタへ
設定する。電力管理機構５はレジスタに格納されたタス
ク実行情報に基づき、プロセッサの周波数と電圧を決定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プロセッサ、メ
モリ、周辺回路などを備えた半導体集積回路（システム
ＬＳＩ）の電力管理に関する。詳しくは消費電力の低減
化と平準化に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造技術の進化に連れて、マイク
ロプロセッサ、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）、ＲＡＭ
（ランダムアクセスメモリ）、タイマや通信回路などの
周辺回路を１チップ上に搭載した半導体集積回路（シス
テムＬＳＩと呼ばれる）が提供されるようになってき
た。携帯電話や携帯情報端末などの市場拡大が顕著であ
る。これら機器の継続使用時間を長くするために、プロ
セッサのクロック周波数と電源電圧を変更する幾つかの
技術が公開されている。

【０００３】図１３に半導体集積回路のクロック周波数
と電源電圧を可変にした従来例の構成図（公開特許公報
（Ａ）特開平７−２０９６８（出願人：ゼロックスコ
ーポレーション）を示す。図中、９０１はコンピュータ
サブシステム、９０２は電力制御サブシステム、９０３
は電源とクロックの変更順を制御するシーケンサ、９０
４は可変電圧源、９０５は可変クロック源、９０７はク
ロック線である。

【０００４】電力サブシステム９０２は電力選択信号９
０６をシーケンサ９０３へ伝達し、シーケンサ９０３が
可変電圧源９０４と可変クロック源９０５へ時間差をつ
けて電圧選択９０８、クロック選択９０９を指示する。
その結果、コンピュータサブシステム９０１の電圧及び
クロック（動作周波数）が変更され、電力制御サブシス
テム９０２も同様に変更される。コンピュータサブシス
テムはプロセッサ、メモリ及び周辺回路から構成される
ので、回路規模が大きくその消費する電力は大きい。

【０００５】また、携帯電話や携帯情報端末による電子
商取引を行う場合に、個人の秘密情報の漏洩への不安が
高く、安全性が強く求められている。特に、暗号回路が
半導体に組み込まれた装置では外部から電流又は漏洩電
界などの変動が検出され、秘密鍵が読取られる行為によ
り、安全性が損なわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来例のような半導体
集積回路では、電力制御サブシステム９０２がコンピュ
ータサブシステム９０１に組込まれているために、電力
選択を決定する処理の実行にコンピュータサブシステム
９０１を使用するので、電力消費が大きいという問題点
があった。また、消費電力量の変動を抑制する機能がな
く、外部脅威に耐える安全対策が求められる。

【０００７】そこで、この発明は、電力制御サブシステ
ムの処理負荷を少なくして、総電力が小さく、また、電
力の変動が小さい半導体集積回路及び半導体集積回路の
電力管理方式を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電力管理
方式は、タスクの実行を管理するオペレーションシステ
ムを動作させるプロセッサと、電力を管理する電力管理
部とを備え、上記プロセッサは、オペレーションシステ
ムによって、複数のタスクを実行させる順序を定めるタ
スク実行情報を生成し、生成したタスク実行情報を上記
電力管理部へ出力し、上記電力管理部は、上記タスク実
行情報を入力し、入力したタスク実行情報を用いて電力
を管理することを特徴とする。

【０００９】上記電力管理部は、上記タスク実行情報を
格納するタスク実行情報格納部を備え、上記プロセッサ
は、実行するタスクの優先度を加算した値を用いてタス
ク実行情報を生成し、生成したタスク実行情報を上記タ
スク実行情報格納部へ格納することを特徴とする。

【００１０】上記電力管理部は、上記タスク実行情報格
納部に格納されたタスク実行情報に基づき、プロセッサ
のクロック周波数と電源電圧とを決定することを特徴と
する。

【００１１】上記タスク実行情報は、上記複数のタスク
それぞれに対応し、各タスク毎に、実行するタスクの優
先度とタスクの実行状況を示すステータスとを含み、上
記電力管理部は、複数のタスクそれぞれに対応した複数
のタスク実行情報を格納するタスク実行情報格納部を備
えることを特徴とする。

【００１２】上記電力管理部は、少なくとも一つのタス
ク実行情報を入力した場合に、上記タスク実行情報格納
部に格納された複数のタスク実行情報を用いて、ステー
タスが実行中であるタスクの優先度の総和を計算し、上
記計算結果に基づいて、電力供給の要求性能レベルを決
定し、決定した要求性能レベルに対応したクロック周波
数と電源電圧を出力することを特徴とする。

【００１３】上記電力管理方式は、さらに、周辺機器か
らの割り込み処理要求を監視し、割り込み処理要求が発
生した場合に上記電力管理部へ起動要求を出力する監視
部を備え、上記電力管理部は、上記監視部から起動要求
を受けた場合に、優先度の高いタスク実行情報を生成
し、生成したタスク実行情報を上記タスク実行情報格納
部へ格納することを特徴とする。

【００１４】上記電力管理方式は、さらに、プロセッサ
のクロック周波数を制御するクロック源を備え、上記電
力管理部は、複数の電力モードと上記複数の電力モード
それぞれに対応する複数のクロック周波数とを保持し、
上記監視部から起動要求を受けた場合、動作中の電力モ
ードに基づいて、クロック源が短時間で対応可能なクロ
ック周波数を選択し、選択したクロック周波数を上記ク
ロック源へ指示することを特徴とする。

【００１５】上記電力管理方式は、さらに、電源電圧を
制御する電圧源と、プロセッサのクロック周波数を制御
するクロック源とを備え、上記電力管理部は、電圧源と
クロック源とを制御する制御回路と、上記制御回路を制
御する制御プログラムを格納するプログラム格納部と、
上記プログラム格納部に格納された制御プログラムのア
ドレスをカウントするアドレスカウンタと、上記制御プ
ログラムの演算を実行する演算器とを含むことを特徴と
する。

【００１６】上記電力管理部は、さらに、プロセッサが
上記プログラム格納部に格納された制御プログラムを書
き替えるインタフェースを備えたことを特徴とする。

【００１７】上記電力管理方式は、さらに、複数の機能
単位を備え、電力管理部は、さらに、上記複数の機能単
位それぞれが必要とする電力値を記憶する電力テーブル
と、上記複数の機能単位のいずれかから動作要求を受け
付け、受け付けた機能単位に対応する電力値を上記電力
テーブルから取得し、取得した電力値を用いて上記機能
単位を動作させた場合に電力の許容範囲内に納まるか否
かを判断し、許容範囲である場合に限り、動作の許可を
与えることを特徴とする。

【００１８】また、電力管理部は、電源をオフにする機
能を備えたことを特徴とする。

【００１９】この発明に係る電力管理方式は、プロセッ
サと、機能単位とが動作する場合に必要とする電力を管
理する電力管理方式において、上記機能単位が動作する
場合に消費する電力を、上記プロセッサのクロック周波
数を調整することによって供給する電力管理部を備える
ことを特徴とする。

【００２０】上記電力管理方式は、複数の機能単位を動
作させ、上記電力管理部は、上記複数の機能単位それぞ
れに対応する電力レベルを記録した電力平準化テーブル
を備え、上記電力管理部は、上記電力平準化テーブルを
用いて上記機能単位が消費する電力を算出し、上記プロ
セッサのクロック周波数を下げることによって算出した
電力を上記機能単位へ供給することを特徴とする。

【００２１】上記電力管理部は、上記機能単位から、動
作の開始を要求する動作要求と動作の終了を要求する終
了要求とのいずれかを入力し、上記動作要求を入力した
場合に、上記動作要求が必要とする電力を算出し、上記
プロセッサのクロック周波数を下げることによって算出
した電力を上記機能単位へ供給し、上記終了要求を受け
付けた場合に、上記プロセッサのクロック周波数を回復
させることを特徴とする。

【００２２】上記電力管理部は、上記動作要求と上記終
了要求とを一つの要求線から入力することを特徴とす
る。

【００２３】上記電力管理部は、さらに、電力の消費量
を調節可能な電力消費回路を備えることを特徴とする。

【００２４】この発明に係る電力管理方法は、複数のタ
スクを実行するプロセッサを動作させる場合の電力を管
理する電力管理方法において、複数のタスクを実行させ
る順序を定めるタスク実行情報を生成し、生成したタス
ク実行情報に基づいて供給する電力を管理することを特
徴とする。

【００２５】この発明に係る電力管理方法は、プロセッ
サと、機能単位とが動作する場合に必要となる電力を管
理する方法において、上記機能単位が動作する場合に消
費する電力を算出し、算出した電力を上記プロセッサの
クロック周波数を調整することによって供給することを
特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態
１の半導体集積回路（システムＬＳＩ）の一例を示す構
成図である。図中、１はプロセッサ、２はメモリ、３は
周辺回路Ａ、４は周辺回路Ｂ、５は電力管理機構、６は
監視回路、７は電圧源、８はクロック源、１１は内部バ
ス、１２は電源選択線、１３はクロック選択線、１４は
給電、１５はクロック線、２１〜２４はクロックゲート
線、２５〜２８は電源ゲート線、３１、３２は動作要求
線、３３、３４は起動要求線、３５は起動線である。図
２は電力管理機構５の構成図である。図中、１６はクロ
ック線、５１はバスインタフェース、５２は負荷情報レ
ジスタ、５３は制御回路、５４はステータスレジスタで
ある。以降の説明で同一番号は同一または同等を表す。

【００２７】電力管理機構５は、電力管理部ともいう。
電力管理機構５は、電力を管理する。具体的には、オペ
レーションシステムが生成したタスク実行情報を入力
し、上記タスク実行情報に基づいて、電源電圧とクロッ
ク周波数とを算出し、上記電源電圧を用いて電圧源７を
制御し、上記クロック周波数を用いてクロック源８を制
御する。

【００２８】監視回路（監視部）６は、プロセッサ以外
の周辺回路等の機能単位が動作を開始する動作要求、あ
るいは、動作を終了する動作終了要求を出力しているか
を起動動作要求線３３、３４によって監視する。監視回
路６は、動作要求を検出すると、電力の制御を実施する
ように、電力管理機構５に指示する。

【００２９】図１において、プロセッサ１とメモリ２、
周辺回路Ａ３、周辺回路Ｂ４及びこれらを結合する内部
バス１１によりコンピュータが構成される。プロセッサ
１は電圧源７からの給電１４とクロック源８からのクロ
ック線１５を介してクロック供給を受け、メモリ２に格
納されたアプリケーションプログラム及びＯＳを読み込
みプログラムを実行する。電力管理機構５は電源選択線
１２とクロック選択線１３によって、プロセッサ１へ供
給する電源電圧の選択とクロック周波数の選択を指示す
る。また、プロセッサ１、メモリ２、周辺回路Ａ３など
の各機能単位に対して、動作を有効にするクロックゲー
ト線２１〜２４、電源オフ状態にする電源ゲート線２５
〜２８を供給する。

【００３０】本実施の形態では図１に示した機能単位の
数は複数でもよいことは明示するまでもなく、また、機
能単位毎に独立してクロックゲート線と電源ゲート線を
供給しているが、複数の機能単位で同じゲート線を結合
して動作させてもよい。

【００３１】クロックゲート線はクロック周期レベルで
制御できる一方、電源ゲート線は一般に１０クロック周
期以上の切換え時間が必要なため、暫く動作しないよう
な場合に漏れ電流を抑える目的で使用される。監視回路
６は例えば周辺回路から指示される起動要求線３３また
は３４が有効になったときに起動線３５を出力する。図
２において、バスインタフェース５１は内部バス１１と
の通信を司り、プロセッサ１からのタスク実行情報（タ
スク優先度の総和）が負荷情報レジスタ５２へ書き込ま
れる。制御回路５３は負荷情報レジスタ５２の出力を受
けて、図３に示した動作フローに従って制御を行う。

【００３２】この実施の形態では、タスク実行情報は、
タスクの優先度の総和である。タスクの優先度はオペレ
ーションシステム（ＯＳ）がタスクの実行順を決める時
の優先度（優先順位）である。ここでは、優先度の値が
大きい方から実行することを前提とする。ＯＳの能力に
よって同時に動作可能なタスク数が決まるが、その中で
優先度が高い（大きい）タスクが優先して実行されこと
になる。また、上記では、負荷情報レジスタ５２へタス
ク実行情報が書きこまれる場合を一例として説明してい
るが、タスク実行情報を格納する記憶領域であれば、レ
ジスタに限られることはない。従って、タスク実行情報
を格納する記憶領域をタスク実行情報格納部という場合
もある。

【００３３】図３は、電力管理機構の動作の一例を表す
フローチャート図である。図３において、各箱の番号は
電力管理機構の動作のステートを表す。ステート順に説
明する。４１：リセットから開始される。４２：監視回路６からの起動要求の有無を起動線３５に
よって判定する。４３：起動要求がある場合、クロック周波数と電源電圧
の切換え値を最大電力値に設定する。つまり、起動要求
を受けたときは最大性能でプロセッサ１を動作させるよ
うに設定する。４４：起動要求がない場合、タスク実行情報からクロッ
ク周波数と電源電圧の切換え値を計算する。つまり、ク
ロック周波数とその周波数で動作可能な最低電圧値の組
合せを複数個準備し、タスク実行情報から最適の組合せ
を選択する。４５：電力変更（クロック周波数或いは電源電圧の変
更、または双方の変更）が必要か否かを判定する。４６：変更が必要な場合、電源電圧の変更は電源選択線
１２で電圧源７へ指示し、クロック周波数の変更はクロ
ック選択線１３でクロック源８へ指示を行う。そして、
４２のステートへと戻る。

【００３４】図４を用いて説明を補足する。図４は周辺
回路Ａ３の構成例を示す。３０１はクロックバッファ、
３０２は電源トランジスタ、３０３はバスインタフェー
ス回路、３０４は送信回路、３０５はタイマ回路であ
る。タイマ回路３０５は独立したクロック線３０７を使
用し常時動作可能である。一方、バスインタフェース回
路３０３と送信回路３０４はクロックゲート線２３でゲ
ートされたクロックバッファ３０１と、電源ゲート線２
７でゲートされた電源トランジスタによって動作が制限
される。つまり、機能しない非動作時はクロック又は電
源供給が停止される構造である。例えば、タイマ回路３
０５が所定時間に到達したことを検出し、プロセッサ１
へ割り込み処理を要求する場合に、起動要求線３３及び
動作要求線３１を有効にする。電力監視回路６は起動線
３５を有意にすることによって、電力管理機構５はクロ
ックゲート線２３及び電源ゲート線２７を有意にする。
プロセッサ１が処理を終了しても、送信回路３０４の送
信が終了するまでクロック及び電源供給を保障するため
に、動作要求線３１を有意のまま維持しなければならな
い。

【００３５】以上説明したように、プロセッサ１はタス
ク実行情報を計算し負荷情報レジスタ経由で電力管理機
構５へ伝達するのみでよく、不要にプロセッサ自身を動
作させずに済む。電力管理機構５はプロセッサ１に比べ
遥かに回路規模が小さく消費する電力が小さいことは言
うまでもない。このように、プロセッサ１の実行時間を
短縮できるので、システムＬＳＩの総電力を低減できる
効果がある。

【００３６】以上のように、実施の形態１の半導体集積
回路の電力管理方式において、半導体集積回路はプロセ
ッサ、メモリ、電力管理機構、他複数の機能単位から構
成され、オペレーティングシステムはタスク・スケジュ
ーリング処理の時に、タスク実行情報を電力管理機構へ
伝達することを特徴とする。

【００３７】また、電力管理機構はタスク実行情報を格
納するレジスタを備え、オペレーティングシステムは実
行タスクの優先度を加算した値をタスク実行情報として
該レジスタへ設定することを特徴とする。

【００３８】さらに、電力管理機構はレジスタに格納さ
れたタスク実行情報に基づき、プロセッサの周波数と電
圧を決定することを特徴とする。

【００３９】実施の形態２．図５は、実施の形態２の電
力管理機構５の一例を示す構成図である。図中、５５は
レジスタファイル、５７は電源／クロック指定レジス
タ、５８はクロックゲートレジスタ、５９は電源ゲート
レジスタ、６０はアドレスカウンタ、６１は読出し専用
メモリ、６２は制御回路、６３は演算器、６４はデコー
ダである。レジスタファイル５５は実行タスクに対応し
た数のレジスタを内蔵し、また、電力管理機構５の状態
をプロセッサ１が認識可能なステータスレジスタも内蔵
する。すなわち、この実施の形態では、タスク実行情報
は、複数のタスクそれぞれ毎に複数のタスク実行情報が
レジスタファイル５５へ内臓される。また、複数のタス
ク実行情報それぞれは、タスクの優先度とタスクの実行
状況を示すステータスとを含むことになる。レジスタフ
ァイル５５は、タスク実行情報を格納するタスク実行情
報格納部ともいう。レジスタファイル５５は、プロセッ
サが直接タスク実行情報を書きこんでもよいし、電力管
理機構５がタスク実行情報をプロセッサから受け取り
（入力され）、受け取ったタスク実行情報をレジスタフ
ァイル５５へ書きこんでもよい。

【００４０】図６は、読出し専用メモリ６１のマイクロ
コード構成の一例を表す図である。読出し専用メモリ６
１は図６に示したように、２３ビットのマイクロコード
を記憶する。それは制御回路６２へ出力されるコントロ
ールフィールド６１１、演算器６３の演算機能を選択す
るファンクションフィールド６１２、レジスタファイル
５５や各レジスタ５７〜５９のいずれかを指定するアド
レスフィールド６１３及び直接データフィールド６１４
から構成される。

【００４１】図６に一例として示したマイクロコード構
成は、制御プログラムの一命令に当る。また、読み出し
専用メモリは、制御プログラムを記憶することより、プ
ログラム格納部ともいう。この実施の形態はレジスタフ
ァイル５５を設け、プロセッサ１が実行タスク対応に優
先度などのタスク実行情報をレジスタファイル５５へ書
き込み、電力管理機構５が読出し専用メモリ６１、制御
回路６２、演算器６３を用いて、例えば優先度の総和計
算を行うようにしたものである。

【００４２】図７は、実施の形態２の電力管理機構の一
例を表すフローチャート図である。図７において、各箱
の番号は電力管理機構の動作のステートを表す。ステー
ト順に説明する。７１：レジスタファイル５５を初期化する。７２：監視回路６からの起動要求の有無を判定する。７３：起動要求有の場合、割込みによる負荷増分、つま
り、高い優先度のタスクが起動された場合の負荷増分を
レジスタファイル５５へ仮設定する。７４：起動要求無の場合、プロセッサ１がレジスタファ
イル５５内のタスク実行情報を変更したか否かを調べ
る。変化なしの場合はステート７２へ戻る。７５：負荷変動分を反映し負荷量を計算する。７６：計算結果がゼロ以下か否かを判定する。７７：ゼロ以下の場合は停止可能であり、レジスタファ
イル５５への停止状態（アイドル状態）の設定と、クロ
ックゲートレジスタ５８、電源ゲートレジスタ５９の設
定をクリアし、すべてを停止状態に移行させる。なお、
停止後に直ちに起動させる場合、電源ゲートレジスタ５
９の設定をクリアしなくてもよい。７８：ゼロを超える場合は、電源電圧の変更は電源選択
線１２で電圧源７へ指示し、クロック周波数の変更はク
ロック選択線１３でクロック源８へ指示を行う。そし
て、ステート７２へ戻る。

【００４３】なお、ステート７３の仮設定の値は、その
時点のプロセッサ１の電力モードとクロック周波数に依
存して決定される。クロック源８はＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ
−ＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）回路による周波数の逓倍
と、クロックの分周及びクロック選択機能をもつ。高速
なクロック発生にはＰＬＬ回路を用いるが、非動作状態
から安定するまでに５０μ秒程度の時間が必要なため、
例えば電力モードがスリープ状態でＰＬＬ回路が停止し
ていた場合、安定するまでの期間はプロセッサ１を中間
の速度、つまりＰＬＬ回路を使用せずに発振器の最大速
度で、動作させることにより、プロセッサ１を早く起動
させることができる。

【００４４】以上説明したように、プロセッサ１はスケ
ジューリング時にタスク実行情報を計算し判断する作業
から開放されるので、プロセッサ自身の動作時間を短縮
できる。プロセッサ１に比べ電力管理機構５は回路が小
さく消費電力が小さいので、システムＬＳＩの総電力を
低減できる効果がある。

【００４５】以上のように、実施の形態２の半導体集積
回路の電力管理方式において、タスク実行情報は、実行
タスク対応の優先度と起動または停止の情報からなり、
電力管理機構は、該実行タスクの各々に対応したレジス
タを備えることを特徴とする。

【００４６】また、電力管理機構は、タスク実行情報の
伝達を受けたとき、実行中タスクの優先度の総和を計算
し、その計算結果以上で最も近い要求性能レベルを決定
し、そのレベルに対応したクロック周波数と電源電圧を
指示することを特徴とする。

【００４７】また、電力管理機構は、監視回路からの起
動要求を受けたときに、高い優先度のタスクが起動され
た場合と同等のタスク実行情報をレジスタへ仮登録する
ことを特徴とする。

【００４８】また、電力管理機構は、監視回路からの起
動要求を受けたとき、その時の電力モードからクロック
源が短時間で応答可能なクロック周波数を選択し、クロ
ック源へ指示することを特徴とする。

【００４９】さらに、電力管理機構は、制御プログラム
を格納する読出し専用メモリ、アドレスカウンタ、演算
器、制御回路から構成されたことを特徴とする。

【００５０】実施の形態３．また、上記実施の形態２の
読出し専用メモリ６１（図５）はプロセッサ１から内部
バス１１経由で記憶内容の書き換えが可能なインタフェ
ースを持つことにより、マイクロコードの変更が可能に
なり、保守容易化の効果がある。

【００５１】以上のように、実施の形態３の半導体集積
回路の電力管理方式において、読出し専用メモリはプロ
セッサからの制御プログラムを書き換え可能なインタフ
ェースを備えたことを特徴とする。

【００５２】実施の形態４．図８は、実施の形態４の電
力管理機構５の一例を示す構成図である。図中、９１は
シーケンス制御回路、９２は消費電力テーブル、９３は
加算器、９４はセレクタ、９５はレジスタである。消費
電力テーブル９２を利用して、最大電力を抑えること、
つまり半導体集積回路に電力を供給する電源を小さくす
ることが目的である。消費電力テーブル９２には予め機
能単位、この例では周辺回路Ａ３及び周辺回路Ｂ４の動
作時電力が記憶されている。例えば、周辺回路Ａ３から
の動作要求線３１が有効になった場合の動作について説
明する。

【００５３】図９は、シーケンス制御回路９１の動作フ
ローを示す。１１１：先ず、プロセッサの電力レベル設定値６６をレ
ジスタ９５へ設定する。１１２：次に、機能単位が停止したかどうかを判定す
る。１１３：機能単位の停止がない場合、起動要求の有無を
調べる。１１４：起動要求あれば、消費電力テーブル９２を読取
り、レジスタ９５に記憶した値と加算器９３で加算す
る。

【００５４】１１５：加算結果が所定の最大値を超える
か否かを判定する。上限値を超える場合は該機能単位の
動作を起動しない、つまり、クロックゲート線２３を無
意のままとする。１１６：上限値を超えない場合は、レジスタ９５の電力
値を更新し、起動要求をした機能単位に対応したクロッ
クゲート線を有意に設定する。１１７：１１２記載の停止ありの場合、消費電力テーブ
ル９２を読出し、電力値を減算する。１１８：次に、レジスタ９５を更新し、対象のクロック
ゲート線を無意にして動作を停止させる。

【００５５】以上説明したように、総電力の上限を超え
ないように電力の消費を制御することが可能になり、半
導体集積回路へ給電する電源装置を小型化できる効果が
ある。

【００５６】以上のように、実施の形態４の半導体集積
回路の電力管理方式において、電力管理機構は、複数の
機能単位の電力値を記憶する電力テーブルを備え、ある
機能単位からの動作要求を受け付けたとき、この機能単
位を動作させた場合に許容範囲内に納まる場合に限り、
動作の許可を与えることを特徴とする。

【００５７】実施の形態５．また、上記電力管理機構５
は自身のクロック停止及び電源オフさせるための手段を
備え、プロセッサ１の負荷がゼロ（実行するタスクがな
い状態）になり、かつその他の機能単位の動作が終了し
たときに、自らクロック停止及び電源オフを実施しても
よい。この結果、電力管理機構５の動作によって消費さ
れる電力を削減することができる。

【００５８】以上のように、実施の形態５の半導体集積
回路の電力管理方式において、電力管理機構は、自らの
電源をオフする手段を備えたことを特徴とする。

【００５９】実施の形態６．図１０は、実施の形態６の
電力管理機構５の一例を示す構成図である。図中、８１
は入力同期回路、８２は電力平準化テーブル、８３は出
力同期回路、８４はタイミング回路である。この実施の
形態では、機能単位が動作する場合に消費する電力を、
プロセッサのクロック周波数を調整することによって供
給する場合を説明する。電力管理機構５は、プロセッサ
のクロック周波数を制御する。電力管理機構５は、図１
０では、入力同期回路８１、出力同期回路８３、タイミ
ング回路８４とによって実現している。図１１は動作タ
イミングを示し、図１２は電力平準化テーブル８２の構
成例を示す。電力平準化テーブル８２は、動作要求線３
１及び３２とプロセッサ１の電力レベルから次に変更す
るプロセッサ１の電力レベルを表形式で記憶している。
この例では周辺回路Ａ３または周辺回路Ｂ４の動作要求
時にはプロセッサ１の電力レベルを低減させるために、
プロセッサ１の周波数を下げることによって達成してい
る。例えば、動作要求線３１が有意（高電位）になった
ときの動作を説明する。

【００６０】Ｔ１：ストローブ線８５の立上げリで動作
要求線３１が入力同期回路８１に取り込まれ、タイミン
グ回路８４に送られる。Ｔ２：タイミング回路８４は出力同期回路８３へラッチ
信号８６を送り、電力平準化テーブル８２の出力をセッ
トさせる。クロック源８はクロック選択線１３の指示に
対応した低い周波数を発生または選択して出力する。ス
トローブ線８５は連続した入力変動を抑えるためにこの
タイミングでは無位（低電位）を維持する。Ｔ３：タイミング回路８４はクロック源８の動作に同期
してクロックゲート線２３を出力させる。一方、周辺回
路Ａ３が動作を終了するときは、動作要求線３１を無意
にして動作終了を要求する。終了時は起動時の逆とな
る。つまり、電力管理機構５はプロセッサ１の周波数を
上げさせ、タイミングを合わせてクロックゲート線２３
を無意にする。この例では動作要求と終了要求を１本の
信号線を用いたが、終了要求専用線を用いてもよいこと
は明白である。

【００６１】以上説明したように、周辺回路Ａ３を動作
させるときにプロセッサ１の電力を低減させて総電力の
変動を抑えることができるので、電力波形などの解読行
為が困難になる効果がある。

【００６２】以上のように、実施の形態６の半導体集積
回路の電力管理方式において、半導体集積回路はプロ
セッサ、メモリ、電力管理機構、他複数の機能単位から
構成され、該電力管理機構は、一つ以上の機能単位から
の動作要求を受け付けたときに、該機能単位の動作によ
り増加する電力相当分をプロセッサの周波数を下げて電
力を低減させ、また、該機能単位からの終了要求を受け
付けたときに、該機能単位を停止させた場合の電力低減
相当分をプロセッサの周波数を上げて電力を増加させ、
総電力の変動を抑えたことを特徴とする。

【００６３】また、電力管理機構は、機能単位対応に電
力レベルを記録した電力平準化テーブルを備えたことを
特徴とする。

【００６４】さらに、機能単位からの動作要求及び終了
要求は機能単位当り１本の動作要求線からなることを特
徴とする。

【００６５】実施の形態７．また、上記実施の形態で生
じる誤差を更に小さくするために、可変の電力消費回路
を備え、総電力に凹みが生じることが予測される場合
に、電力消費回路を動作させて凹みを小さくすることに
より、総電力の変動を小さくしてもよく、一層の解読行
為を困難にする効果がある。

【００６６】以上のように、実施の形態７の半導体集積
回路の電力管理方式において、電力管理機構は、電力の
消費量を調節可能な回路を設け、電力の変動誤差を小さ
くすることを特徴とする。

【００６７】

【発明の効果】この発明の電力管理方式及び電力管理方
法によれば、プロセッサとは別個であって、プロセッサ
より回路規模の小さい電力管理機構を備え、電力管理機
構がタスク実行情報を用いて電力を管理することによ
り、システムＬＳＩ全体の総電力を低減することができ
る。

【００６８】また、プロセッサは、電力管理機構が有す
るレジスタ（記憶領域）を介してタスク実行情報を通知
し、電力管理機構は、タスク実行の優先度の総和である
タスク実行情報を用いて電力を管理することができる。

【００６９】また、電力管理機構により、上記タスク実
行情報を用いて電源電圧とクロック周波数を管理するこ
とが省電力でできる。

【００７０】また、複数のタスクそれぞれに対応するタ
スク実行情報を備えることにより、タスク毎の優先度と
ステータスとへ適応する管理が可能となる。

【００７１】また、複数のタスクのうち、実行中のタス
クが必要とする電力を、タスクの優先度に対応させて算
出することが可能となる。

【００７２】また、監視回路を有することにより、ＯＳ
が管理するタスクと、周辺機器との動作を考慮した電力
の管理が可能となる。

【００７３】また、電力モードに対応したクロック周波
数の管理が可能となる。

【００７４】また、制御プログラムを有することによ
り、制御プログラムに基づいて、電力を管理することが
可能となる。

【００７５】さらに、上記制御プログラムを書き替える
ことができるインタフェースを有することにより、柔軟
な電力管理が可能となる。

【００７６】電力テーブルを有することにより、総電力
の上限を超えない様に電力の消費を制御することが可能
となる。また、これにより、電源装置の小型化が可能と
なる。

【００７７】電源をオフにする機能を有することによ
り、消費電力を削減することが可能となる。

【００７８】プロセッサのクロック周波数を調整するこ
とにより、消費電力の総和を変えることなく、プロセッ
サとその他の機能単位とを動作させることが可能とな
る。

【００７９】電力平準化テーブルを有することにより、
各機能単位の消費電力に合わせて、プロセッサのクロッ
ク周波数を調整することができる。

【００８０】電力消費回路を有することにより、総電力
の凹みを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の半導体集積回路（システムＬ
ＳＩ）の一例を示す図。

【図２】電力管理機構５の構成図。

【図３】半導体集積回路の動作の一例を表すフローチ
ャート図。

【図４】周辺回路Ａ３の構成例を示す図。

【図５】実施の形態２の電力管理機構５の一例を示す
構成図。

【図６】読出し専用メモリ６１のマイクロコード構成
の一例を示す図。

【図７】実施の形態２の電力管理機構の一例を表すフ
ローチャート図。

【図８】実施の形態４の電力管理機構５の一例を示す
構成図。

【図９】シーケンス制御回路９１の動作フローを示す
フローチャート図。

【図１０】実施の形態６の電力管理機構５の一例を示
す構成図。

【図１１】動作タイミングを示す図。

【図１２】電力平準化テーブル８２の構成例を示す
図。

【図１３】半導体集積回路のクロック周波数と電源電
圧を可変にした従来例の構成図。

【符号の説明】

１プロセッサ、２メモリ、３周辺回路Ａ、４周
辺回路Ｂ、５電力管理機構、６監視回路、７電圧
源、８クロック源、１１内部バス、１２電源選択
線、１３クロック選択線、１４給電、１５クロッ
ク線、１６クロック線、２１〜２４クロックゲート
線、２５〜２８電源ゲート線、３１，３２動作要求
線、３３，３４起動要求線、３５起動線、５１バ
スインタフェース、５２負荷情報レジスタ、５３制
御回路、５４ステータスレジスタ、５５レジスタフ
ァイル、５７電源／クロック指定レジスタ、５８ク
ロックゲートレジスタ、５９電源ゲートレジスタ、６
０アドレスカウンタ、６１読出し専用メモリ、６２
制御回路、６３演算器、６４デコーダ、９１シー
ケンス制御回路、９２消費電力テーブル、９３加算
器、９４セレクタ、９５レジスタ、８１入力同期
回路、８２電力平準化テーブル、８３出力同期回路、
８４タイミング回路、３０１クロックバッファ、３
０２電源トランジスタ、３０３バスインタフェース
回路、３０４送信回路、３０５タイマ回路、３０７
クロック線、９０１コンピュータサブシステム、９０
２電力制御サブシステム、９０３シーケンサ、９０
４可変電圧源、９０５可変クロック源、９０７クロ
ック線、９０８電圧選択、９０９クロック選択。

フロントページの続き (72)発明者黒澤寿好東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5B011 DB05 DC06 EA08 LL12 5B079 AA07 BA01 BB01 BC01 DD13 DD17 5B098 GA04 GD01 GD14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タスクの実行を管理するオペレーション
システムを動作させるプロセッサと、電力を管理する電力管理部とを備え、上記プロセッサは、オペレーションシステムによって、
複数のタスクを実行させる順序を定めるタスク実行情報
を生成し、生成したタスク実行情報を上記電力管理部へ
出力し、上記電力管理部は、上記タスク実行情報を入力し、入力
したタスク実行情報を用いて電力を管理することを特徴
とする電力管理方式。
【請求項２】上記電力管理部は、上記タスク実行情報
を格納するタスク実行情報格納部を備え、上記プロセッサは、実行するタスクの優先度を加算した
値を用いてタスク実行情報を生成し、生成したタスク実
行情報を上記タスク実行情報格納部へ格納することを特
徴とする請求項１記載の電力管理方式。
【請求項３】上記電力管理部は、上記タスク実行情報
格納部に格納されたタスク実行情報に基づき、プロセッ
サのクロック周波数と電源電圧とを決定することを特徴
とする請求項２記載の電力管理方式。
【請求項４】上記タスク実行情報は、上記複数のタス
クそれぞれに対応し、各タスク毎に、実行するタスクの
優先度とタスクの実行状況を示すステータスとを含み、上記電力管理部は、複数のタスクそれぞれに対応した複
数のタスク実行情報を格納するタスク実行情報格納部を
備えることを特徴とする請求項１記載の電力管理方式。
【請求項５】上記電力管理部は、少なくとも一つのタ
スク実行情報を入力した場合に、上記タスク実行情報格
納部に格納された複数のタスク実行情報を用いて、ステ
ータスが実行中であるタスクの優先度の総和を計算し、
上記計算結果に基づいて、電力供給の要求性能レベルを
決定し、決定した要求性能レベルに対応したクロック周
波数と電源電圧を出力することを特徴とする請求項４記
載の電力管理方式。
【請求項６】上記電力管理方式は、さらに、周辺機器
からの割り込み処理要求を監視し、割り込み処理要求が
発生した場合に上記電力管理部へ起動要求を出力する監
視部を備え、上記電力管理部は、上記監視部から起動要求を受けた場
合に、優先度の高いタスク実行情報を生成し、生成した
タスク実行情報を上記タスク実行情報格納部へ格納する
ことを特徴とする請求項５記載の電力管理方式。
【請求項７】上記電力管理方式は、さらに、プロセッ
サのクロック周波数を制御するクロック源を備え、上記電力管理部は、複数の電力モードと上記複数の電力
モードそれぞれに対応する複数のクロック周波数とを保
持し、上記監視部から起動要求を受けた場合、動作中の
電力モードに基づいて、クロック源が短時間で対応可能
なクロック周波数を選択し、選択したクロック周波数を
上記クロック源へ指示することを特徴とする請求項４記
載の電力管理方式。
【請求項８】上記電力管理方式は、さらに、電源電圧を制御する電圧源と、プロセッサのクロック周波数を制御するクロック源とを
備え、上記電力管理部は、電圧源とクロック源とを制御する制御回路と、上記制御回路を制御する制御プログラムを格納するプロ
グラム格納部と、上記プログラム格納部に格納された制御プログラムのア
ドレスをカウントするアドレスカウンタと、上記制御プログラムの演算を実行する演算器とを含むこ
とを特徴とする請求項４記載の電力管理方式。
【請求項９】上記電力管理部は、さらに、プロセッサ
が上記プログラム格納部に格納された制御プログラムを
書き替えるインタフェースを備えたことを特徴とする請
求項８記載の電力管理方式。
【請求項１０】上記電力管理方式は、さらに、複数の
機能単位を備え、電力管理部は、さらに、上記複数の機能単位それぞれが
必要とする電力値を記憶する電力テーブルと、上記複数の機能単位のいずれかから動作要求を受け付
け、受け付けた機能単位に対応する電力値を上記電力テ
ーブルから取得し、取得した電力値を用いて上記機能単
位を動作させた場合に電力の許容範囲内に納まるか否か
を判断し、許容範囲である場合に限り、動作の許可を与
えることを特徴とする請求項１記載の電力管理方式。
【請求項１１】電力管理部は、電源をオフにする機能
を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力管理方
式。
【請求項１２】プロセッサと、機能単位とが動作する
場合に必要とする電力を管理する電力管理方式におい
て、上記機能単位が動作する場合に消費する電力を、上記プ
ロセッサのクロック周波数を調整することによって供給
する電力管理部を備えることを特徴とする電力管理方
式。
【請求項１３】上記電力管理方式は、複数の機能単位
を動作させ、上記電力管理部は、上記複数の機能単位それぞれに対応
する電力レベルを記録した電力平準化テーブルを備え、上記電力管理部は、上記電力平準化テーブルを用いて上
記機能単位が消費する電力を算出し、上記プロセッサの
クロック周波数を下げることによって算出した電力を上
記機能単位へ供給することを特徴とする請求項１２記載
の電力管理方式。
【請求項１４】上記電力管理部は、上記機能単位か
ら、動作の開始を要求する動作要求と動作の終了を要求
する終了要求とのいずれかを入力し、上記動作要求を入
力した場合に、上記動作要求が必要とする電力を算出
し、上記プロセッサのクロック周波数を下げることによ
って算出した電力を上記機能単位へ供給し、上記終了要
求を受け付けた場合に、上記プロセッサのクロック周波
数を回復させることを特徴とする請求項１２記載の電力
管理方式。
【請求項１５】上記電力管理部は、上記動作要求と上
記終了要求とを一つの要求線から入力することを特徴と
する請求項１４記載の電力管理方式。
【請求項１６】上記電力管理部は、さらに、電力の消
費量を調節可能な電力消費回路を備えることを特徴とす
る請求項１２記載の電力管理方式。
【請求項１７】複数のタスクを実行するプロセッサを
動作させる場合の電力を管理する電力管理方法におい
て、複数のタスクを実行させる順序を定めるタスク実行情報
を生成し、生成したタスク実行情報に基づいて供給する電力を管理
することを特徴とする電力管理方法。
【請求項１８】プロセッサと、機能単位とが動作する
場合に必要となる電力を管理する方法において、上記機能単位が動作する場合に消費する電力を算出し、算出した電力を上記プロセッサのクロック周波数を調整
することによって供給することを特徴とする電力管理方
法。