JP2003345671A - メモリ混載半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源を遮断する前にデータをメモリに退避、
遮断終了後にデータを復帰するには、時間のロスが発生
する。電源遮断する時間が短い場合、短時間のデータ退
避および復帰は半導体集積回路の性能低下をもたらす。 【解決手段】 命令テーブル３０は各命令各について命
令後の待ち時間の長さに応じた電圧変化処理、周波数変
化処理のモードを有している。各モードを伴う命令がＣ
ＰＵ５１に与えられるとき、付帯するモードの信号が電
源制御部５７に与えられ、電源を遮断するか、電源電圧
降下を行うか、引き続き現状を維持するかする。電源遮
断時は、ロジック部５２のデータを転送制御回路５５の
制御により退避メモリ部５３へ退避させた後、電源部５
６からの動作電源電圧の供給を停止する。従来、トレー
ドオフとされていた消費電力削減と半導体集積回路の性
能低下防止とを、ともに矛盾少なく実現することができ
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、メモリ混載半導体
集積回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロジック回路とメモリ回路とを同一半導
体基板上に集積化したシステムＬＳＩやメモリ混載ＬＳ
Ｉが広く用いられている。

【０００３】システムＬＳＩまたはメモリ混載ＬＳＩを
含むシステムが比較的長期にわたって使用されない場
合、メインプロセッサがこれを検知して、スリープモー
ド指示信号を活性化させる。このスリープモード指示信
号が活性化されると、ロジック回路に含まれるデータ
が、データバスを介してメモリ回路に退避され、メイン
プロセッサに退避完了を報知し、ロジック電源に対する
ロジック電源電圧の供給を停止する。一方、メモリ回路
へは、スリープモード指示信号が活性状態にあっても、
メモリ電源電圧が供給される。

【０００４】スリープモード解除時において、スリープ
モード指示信号が非活性化されると、ロジック回路に対
して電源電圧が再び供給されるとともに、メモリ回路に
退避されていたデータがロジック回路の元の位置へロー
ドされる。したがって、スリープモード解除後、メモリ
回路からロジック回路へデータを転送し、次の処理を実
行することができる。

【０００５】すなわち、スタンバイ状態時においてロジ
ック回路に対して動作電源電圧供給を停止することによ
り、消費電力を削減することができるとともに、スタン
バイ状態の間にロジック回路の内部データがすべて消失
しても、動作再開時、再びロジック回路を元の状態に復
帰させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の半導体集積
回路においては、スリープモード以降からスリープモー
ド解除までのスタンバイ状態時間の大小に関係なく、ス
リープモード指示信号によって必ずロジック回路からメ
モリ回路へデータを退避し、再びメモリ回路からロジッ
ク回路へデータを復帰させるようになっている。しかし
ながら、データの退避および復帰は、比較的多くの時間
を必要とするものである。スリープモードに移行したと
きの電源遮断時間が短い場合には、データ退避とデータ
復帰に要する時間が相対的に大きなものとなり、データ
退避・復帰の動作が半導体集積回路の性能低下を招くこ
とになる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、ＣＰＵ（中央演算処理装置）が実行す
べき各命令について、それぞれのソフト処理後またはハ
ード処理後の待ち時間が命令ごとに異なっている点に着
目する。また、ＣＰＵに対する給電の態様として、供給
と遮断との２通りではなく、３通り以上の電圧処理モー
ドを用意する。供給（現状維持）と遮断との中間とし
て、電源電圧降下を用意する。電源電圧降下について
は、１段階のみでもよいし、複数段階でもよい。そし
て、スリープモードを検出した上でデータ退避を行う従
来方式に代えて、各命令ごとに前もって判断して電圧処
理モードを決定する。各命令の存在場所については、ソ
フト部でもかまわないし、ハード部でもかまわない。以
下、詳しく説明する。

【０００８】第１の解決手段として、本発明によるメモ
リ混載半導体集積回路は、各命令が記されていて、各命
令のソフト処理後の待ち時間に応じて電圧処理モードを
決定するソフト部と、前記各命令を実行するもので、前
記各命令に伴う前記電圧処理モードに応じて電源部から
の電源電圧を可変してＣＰＵに給電する電源制御部とを
備えた構成とされている。

【０００９】第２の解決手段として、本発明によるメモ
リ混載半導体集積回路は、各命令が保存されている命令
メモリ部と、前記命令メモリ部の各命令のハード処理後
の待ち時間に応じて電圧処理モードを決定するシステム
状態監視部と、前記各命令を実行するもので、前記シス
テム状態監視部による前記各命令に伴う前記電圧処理モ
ードに応じて電源部からの電圧を可変してＣＰＵに給電
する電源制御部とを備えた構成とされている。

【００１０】第１の解決手段と第２の解決手段との相違
点は、第１の解決手段では各命令がソフト部に存在する
のに対して、第２の解決手段では各命令がハード部の命
令メモリ部に存在することである。この相違に伴って、
第２の解決手段では命令メモリ部とＣＰＵとの間に各命
令の中継を行うシステム状態監視部が介在されている。

【００１１】第１の解決手段による作用は次のとおりで
ある。すなわち、ソフト部は命令をＣＰＵに与えるとき
に、その命令に対応してあらかじめ分かっている電圧処
理モードを決定し、電源制御部に与える。各命令は、そ
のソフト処理後の待ち時間があらかじめ分かっており、
このことを利用して、その待ち時間に応じて電圧処理モ
ードをあらかじめ対応付けることが可能である。この対
応関係は命令テーブルとして構築することが可能であ
る。ソフト部からの命令がＣＰＵに与えられるとき、こ
の命令に伴う電圧処理モードが電源制御部に与えられ、
電源制御部は与えられた電圧処理モードに応じて電源部
からの電源電圧を可変し、可変した電源電圧をＣＰＵに
給電する。

【００１２】また、第２の解決手段による作用は次のと
おりである。すなわち、命令メモリ部は命令をＣＰＵに
与えるときに、システム状態監視部を介して命令を与え
る。システム状態監視部は、その命令に対応してあらか
じめ分かっている電圧処理モードを決定し、電源制御部
に与える。命令メモリ部からの命令がＣＰＵに与えられ
るとき、この命令に伴う電圧処理モードがシステム状態
監視部で生成された上で電源制御部に与えられ、電源制
御部は与えられた電圧処理モードに応じて電源部からの
電源電圧を可変し、可変した電源電圧をＣＰＵに給電す
る。電源遮断または電源電圧降下を行った場合、命令の
実行が終了し待ち時間が経過すると、電源制御部はＣＰ
Ｕに対する元の電源電圧の供給を再開する。

【００１３】上記のいずれにおいても、各命令毎の処理
後の待ち時間の長さの大小に応じて電源電圧を、電源遮
断、電源電圧降下、現状維持などの複数モードに区別し
て調整するため、従来、二律背反（トレードオフ）とさ
れていた消費電力削減と半導体集積回路の性能低下防止
とを、ともに矛盾少なく実現することができる。

【００１４】上記において好ましい態様は、さらに、入
力信号に対して所要の演算を施して出力するロジック部
と、前記ロジック部と同一半導体基板上に形成された退
避メモリ部と、特定の動作モード時に、前記ロジック部
のデータを前記退避メモリ部へ転送退避させる転送制御
回路とを備えた構成である。

【００１５】この構成において、特定の動作モード時と
は、電源遮断、電源電圧降下に対応するものであるが、
ソフト部またはシステム状態監視部から受け取った命令
に従って、転送制御回路はロジック部のデータを退避メ
モリ部に転送退避させる。その上で、電源制御部の動作
によってロジック部に対して供給する電源電圧の可変が
行われる。電源遮断または電源電圧降下を行った場合、
命令の実行が終了し待ち時間が経過すると、電源制御部
はソフト部に対する元の電源電圧の供給を再開する。ロ
ジック部のデータを退避メモリ部に転送退避した上で、
電源遮断または電源電圧降下を行うので、ロジック部の
データが全て消失されても、動作再開時には、データが
復帰転送されたロジック部を用いて動作を正常に再開さ
せることができる。ソフト処理後またはハード処理後の
待ち時間が長い場合またはやや長い場合には、データの
退避・復元に伴う時間ロスのデメリットを勘案しても、
電源遮断による消費電力削減のメリットが大きい。

【００１６】また、上記において別の好ましい態様は、
前記ソフト部またはシステム状態監視部が決定した電圧
処理モードが電源電圧降下となるとき、前記ＣＰＵに与
えるクロック信号の周波数の上限を制限するクロック周
波数制御部を備えることである。

【００１７】これは、電源電圧が降下されるときに、Ｃ
ＰＵへのクロック信号の周波数を連動して低下させるも
のである。それは、クロック周波数が電源電圧の大きさ
に相関するからである。ソフト処理後またはハード処理
後の待ち時間が長と短の中間のやや長い場合には、電源
遮断よりも電源電圧降下の方が好ましい。退避メモリ部
からのデータの復帰転送後の動作再開を、電源遮断時に
比べてより高速に行うことができる。

【００１８】また、別の好ましい態様として、さらに、
前記各命令のソフト処理後の待ち時間に応じて発振部か
らのクロック周波数を選択するセレクタを備える構成が
ある。

【００１９】この構成によれば、ソフト処理後またはハ
ード処理後の待ち時間が相対的に長い場合には、ＣＰＵ
に供給するクロック信号の周波数を低くし、処理能力を
落すことでＣＰＵの負担を軽減することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかわるメモリ混
載半導体集積回路の実施の形態について図面を参照しな
がら説明する。

【００２１】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１におけるメモリ混載半導体集積回路の構成を示すブ
ロック図である。

【００２２】図１において、符号の１０はハード部、２
０はソフト部、５１はＣＰＵ（中央演算処理装置）、５
２はロジック部、５３は退避メモリ部、５４はデータバ
ス、５５は転送制御回路、５６は電源部、５７は電源制
御部、５８は発振部、５９はセレクタ、６０はクロック
周波数制御部、６１はソフト部２０における第１の命
令、６２は第２の命令、６３は第３の命令である。

【００２３】ハード部１０とソフト部２０との関係は、
ソフト部２０において、第１の命令６１、第２の命令６
２、第３の命令６３…のいずれかが実行されると、その
命令実行に伴う信号がハード部１０におけるＣＰＵ５１
と電源制御部５７と転送制御回路５５に送出されるよう
に構成されている。

【００２４】ＣＰＵ５１とロジック部５２と退避メモリ
部５３とはデータバス５４を介して双方向に接続されて
おり、ロジック部５２と退避メモリ部５３とはデータの
双方向転送が可能に構成されている。転送制御回路５５
は、ＣＰＵ５１とのやりとりにおいて、ロジック部５２
と退避メモリ部５３との間の双方向データ転送を制御す
るものとして構成されている。

【００２５】ＣＰＵ５１、ロジック部５２および退避メ
モリ部５３と電源部５６との間に電源制御部５７が介在
されている。この電源制御部５７は、命令が指示するモ
ードに応じて、電源部５６から入力される電源電圧を制
御した上で、ＣＰＵ５１、ロジック部５２および退避メ
モリ部５３に対して個別的に電源電圧を供給するように
構成されている。ＣＰＵ５１は、電源制御部５７に対し
て、またセレクタ５９に対して適時に指示を与えるよう
に構成されている。

【００２６】発振部５８は複数種類の周波数のクロック
信号を生成出力するように構成されている。発振部５８
とＣＰＵ５１との間にクロック信号を選択するためのセ
レクタ５９およびクロック周波数制御部６０が介在され
ている。ＣＰＵ５１は、ソフト部２０からの命令実行に
伴う信号に基づいてクロック信号選択信号を生成し、そ
のクロック信号選択信号をセレクタ５９に対して与える
ように構成されている。セレクタ５９は、ＣＰＵ５１か
らのクロック信号選択信号に従って選択した周波数のク
ロック信号をＣＰＵ５１に供給するように構成されてい
る。第２の命令６２は電源電圧降下の指示を伴うもので
あるが、電源制御部５７は、ソフト部２０からこの電源
電圧降下の指示を伴う第２の命令６２にかかわる命令実
行に伴う信号を入力したときは、クロック周波数制御部
６０に対して、クロック周波数の上限を制限（降下）す
るための周波数上限制限信号を送出するように構成され
ている。これは、クロック周波数が電源電圧に相関する
ことに起因している。クロック周波数制御部６０は、電
源制御部５７から周波数上限制限信号を受け取ったとき
は、セレクタ５９からのクロック信号に対して周波数上
限の制限を与えた上でＣＰＵ５１に出力するように構成
されている。

【００２７】転送制御回路５５は、ＣＰＵ５１とロジッ
ク部５２または退避メモリ部５３との間のデータ転送を
監視し、データ転送が完了したときに転送終了信号をＣ
ＰＵ５１に送出するように構成されている。ＣＰＵ５１
は、転送制御回路５５から転送終了信号を受け取ったと
きは、電源制御部５７およびセレクタ５９に対して復帰
信号を送出するように構成されている。

【００２８】図２は命令テーブル３０を示す。本実施の
形態においては、この命令テーブル３０はソフト部２０
に存在している。

【００２９】命令の処理後の待ち時間は、命令ごとに異
なる。第１の命令６１は待ち時間が相対的に長いもので
あり、これに対応して、電圧処理については、電源遮断
のモードが関連付けられており、周波数処理について
は、クロック周波数を低く設定するモードが関連付けら
れている。第２の命令６２は待ち時間が中間の長さであ
り、これに対応して、電圧処理については、電源電圧降
下のモードが関連付けられており、周波数処理について
は、クロック周波数をやや低く設定するモードが関連付
けられている。第３の命令６３は待ち時間が相対的に短
いものであり、これに対応して、電圧処理については、
電源電圧を変化させずにそのまま継続する現状維持モー
ドが関連付けられており、周波数処理についても、クロ
ック周波数を変化させずそのまま継続する現状維持モー
ドが関連付けられている。

【００３０】次に、以上のように構成された実施の形態
１のメモリ混載半導体集積回路の動作を図３のフローチ
ャートに基づいて説明する。

【００３１】ステップ１において、命令が示す処理を行
い、次いで、ステップ２に進み、処理する命令が第１の
命令６１であるか否かを判定する。処理する命令が第１
の命令６１であるときはステップ３に進み、そうでない
ときはステップ７に進む。

【００３２】処理する命令が第１の命令６１であってス
テップ３に進んだときは、待ち時間＝長のモードを設定
した上で、次いで、ステップ４に進み、処理内容の設定
が電圧変化処理か周波数変化処理かの判定を行う。電圧
変化処理が選択されているときはステップ５に進んで、
電源遮断のモードを設定し、電源を遮断した上で、ま
た、周波数変化処理が選択されているときはステップ６
に進んで、周波数＝低のモードを設定し、クロック周波
数を低く設定した上で、待ち時間終了のステップ１７か
ら命令終了判定のステップ１８へと進む。

【００３３】処理する命令が第１の命令６１ではなくて
ステップ７に進んだときは、処理する命令が第２の命令
６２であるか否かを判定する。処理する命令が第２の命
令６２であるときはステップ８に進み、そうでないとき
はステップ１２に進む。

【００３４】処理する命令が第２の命令６２であってス
テップ８に進んだときは、待ち時間＝中のモードを設定
した上で、次いで、ステップ９に進み、処理内容の設定
が電圧変化処理か周波数変化処理かの判定を行う。電圧
変化処理が選択されているときはステップ１０に進ん
で、電源電圧降下のモードを設定し、電源電圧を制限
（降下）した上で、また、周波数変化処理が選択されて
いるときはステップ１１に進んで、周波数＝やや低のモ
ードを設定し、クロック周波数をやや低く設定した上
で、待ち時間終了のステップ１７から命令終了判定のス
テップ１８へと進む。

【００３５】処理する命令が第１の命令６１でもなく第
２の命令６２でもなくてステップ１２に進んだときは、
処理する命令が第３の命令６３であるか否かを判定す
る。処理する命令が第３の命令６３であるときはステッ
プ１３に進み、そうでないときは別のステップ（図示せ
ず）に進む。

【００３６】処理する命令が第３の命令６３であってス
テップ１３に進んだときは、待ち時間＝短のモードを設
定した上で、次いで、ステップ１４に進み、処理内容の
設定が電圧変化処理か周波数変化処理かの判定を行う。
電圧変化処理が選択されているときはステップ１５に進
んで、電源電圧＝現状維持のモードを設定し、そのまま
の電圧で処理を実行し、また、周波数変化処理が選択さ
れているときはステップ１６に進んで、周波数＝現状維
持のモードを設定し、クロック周波数を変化させず、待
ち時間終了のステップ１７から命令終了判定のステップ
１８へと進む。

【００３７】ステップ１８においては、命令処理が全て
終了したか否かを判定し、命令処理が全て終了していな
いときはステップ１の命令処理に戻り、以降同様の処理
を繰り返す。一方、命令処理が全て終了したときは、全
動作を終了する。

【００３８】次に、上記動作をより具体的レベルで説明
する。すなわち、（１）ソフト処理の第１の命令による
電源遮断、（２）ソフト処理の第２の命令による電源電
圧降下、（３）ソフト処理の第３の命令による電源電圧
＝現状維持、（４）ソフト処理の第１の命令による周波
数＝低、（５）ソフト処理の第２の命令による周波数＝
やや低、（６）ソフト処理の第３の命令による周波数＝
現状維持、の各場合に分けて順次説明する。

【００３９】（１）第１の命令のソフト処理および電圧
変化処理の選択モード（電源遮断）の場合 このモードの場合は、システムの電源遮断がソフト処理
により実行される。あらかじめ電圧変化処理が選択設定
されているものとする。以下、説明する。

【００４０】ソフト部２０において第１の命令６１が実
行されると、第１の命令６１はハード部１０のＣＰＵ５
１、電源制御部５７および転送制御回路５５に直接入力
される。このとき、ソフト部２０において、命令テーブ
ル３０が参照される。本モードでは、命令が待ち時間の
長い第１の命令６１であり、選択処理が電圧変化処理で
あるので、命令テーブル３０より電源遮断が選択され、
これが第１の命令６１に付帯して電源制御部５７に与え
られる。

【００４１】電源制御部５７は、第１の命令６１を受け
取って、電源遮断モードを設定する。ただし、ＣＰＵ５
１からの実行指示信号をまだ受け取っていないので、電
源遮断の実行は待機する。

【００４２】一方、第１の命令６１を入力した転送制御
回路５５は、ロジック部５２に含まれるデータをデータ
バス５４を介して退避メモリ部５３に退避する。そし
て、転送制御回路５５は、退避動作を監視し、退避動作
の完了を確認すると、ＣＰＵ５１に対して退避完了信号
を通知する。退避完了信号を受け取ったＣＰＵ５１は、
電源制御部５７に対して実行指示信号を送出する。実行
指示信号を受け取った電源制御部５７は、電源部５６か
らの電源電圧の供給を停止する。これにより、ＣＰＵ５
１、ロジック部５２および退避メモリ部５３はスリープ
状態となる。

【００４３】ソフト部２０において、第１の命令６１が
終了し待ち時間が経過すると、電源制御部５７は、ＣＰ
Ｕ５１、ロジック部５２および退避メモリ部５３に対す
る電源電圧の供給を再開する。これで、ＣＰＵ５１、ロ
ジック部５２および退避メモリ部５３はそれぞれアクテ
ィブ状態に復帰する。一方、転送制御回路５５の制御に
より、退避メモリ部５３に退避されていたデータをロジ
ック部５２の元の場所に復帰転送する。すなわち、電源
遮断によってロジック部５２のデータが全て消失されて
も、動作再開時には、データが復帰転送されたロジック
部５２を用いて、動作を正常に再開させることができ
る。

【００４４】第１の命令６１の場合は、待ち時間が相対
的に長いことから、データの退避・復元に伴う時間ロス
のデメリットを勘案しても、電源遮断による消費電力削
減のメリットが大きい。リーク電流も抑止できる。

【００４５】（２）第２の命令のソフト処理および電圧
変化処理の選択モード（電源電圧降下）の場合 このモードの場合は、システムの電源電圧降下がソフト
処理により実行される。あらかじめ電圧変化処理が選択
設定されているものとする。以下、説明する。

【００４６】ソフト部２０において第２の命令６２が実
行されると、第２の命令６２はハード部１０のＣＰＵ５
１、電源制御部５７および転送制御回路５５に直接入力
される。このとき、ソフト部２０において、命令テーブ
ル３０が参照される。本モードでは、命令が待ち時間の
中程度の第２の命令６２であり、選択処理が電圧変化処
理であるので、命令テーブル３０より電源電圧降下が選
択され、これが第２の命令６２に付帯して電源制御部５
７に与えられる。

【００４７】電源制御部５７は、第２の命令６２を受け
取って、電源電圧降下を設定する。ただし、ＣＰＵ５１
からの実行指示信号をまだ受け取っていないので、電源
電圧降下の実行は待機する。

【００４８】一方、第２の命令６２を入力した転送制御
回路５５は、ロジック部５２に含まれるデータをデータ
バス５４を介して退避メモリ部５３に退避する。そし
て、転送制御回路５５は、退避動作を監視し、退避動作
の完了を確認すると、ＣＰＵ５１に対して退避完了信号
を通知する。退避完了信号を受け取ったＣＰＵ５１は、
電源制御部５７を制御して実行指示信号を送出するとと
もに、セレクタ５９に対して切換信号を送出する。実行
指示信号を受け取った電源制御部５７は、電源部５６か
らの電源電圧について降下制御を行い、その降下された
電源電圧をＣＰＵ５１、ロジック部５２および退避メモ
リ部５３に供給する。これにより、ＣＰＵ５１、ロジッ
ク部５２および退避メモリ部５３は低電圧動作状態とな
る。

【００４９】そして、この第２の命令６２の場合には、
クロック周波数の上限を設定する。クロック周波数は電
源電圧に相関するからである。ＣＰＵ５１から切換信号
を受け取ったセレクタ５９は発振部５８からのクロック
信号をクロック周波数制御部６０に送出する状態に切り
換える。また、前記の電源電圧降下の選択に伴って、電
源制御部５７はクロック周波数制御部６０にアクティブ
信号を送出する。クロック周波数制御部６０は、セレク
タ５９からのクロック信号に対して周波数の上限を制限
した上で、その周波数上限が制限されたクロック信号を
ＣＰＵ５１に供給する。

【００５０】ソフト部２０において、第２の命令６２が
終了し待ち時間が経過すると、電源制御部５７は、電源
電圧降下を解除し、ＣＰＵ５１、ロジック部５２および
退避メモリ部５３に対する通常の電源電圧の供給を再開
する。また、クロック周波数制御部６０をインアクティ
ブに制御する。ＣＰＵ５１はセレクタ５９を制御し、セ
レクタ５９からＣＰＵ５１に対する通常の周波数のクロ
ック信号の供給が再開される。これで、ＣＰＵ５１、ロ
ジック部５２および退避メモリ部５３はそれぞれ通常状
態に復帰する。一方、転送制御回路５５の制御により、
退避メモリ部５３に退避されていたデータをロジック部
５２の元の場所に復帰転送する。すなわち、電源電圧降
下に起因してロジック部５２のデータが消失されたり変
化を生じても、動作再開時には、データが復帰転送され
たロジック部５２を用いて、動作を正常に再開させるこ
とができる。

【００５１】第２の命令６２の場合は、待ち時間が中程
度であることから、ロジック部５２に対する電源電圧供
給を電圧降下状態とすることで、消費電力の抑制を図り
つつ、データの退避・復元に伴う時間ロスは避けられな
いものの、電源遮断の場合に比べて動作再開をより高速
に行うことができる。

【００５２】（３）第３の命令のソフト処理および電圧
変化処理の選択モード（現状維持）の場合 このモードの場合は、システムの電源電圧を変化させず
にそのままソフト処理を実行される。あらかじめ電圧変
化処理が選択設定されているものとする。以下、説明す
る。

【００５３】ソフト部２０において、第３の命令６３が
実行されると、第３の命令６３はハード部１０のＣＰＵ
５１、電源制御部５７および転送制御回路５５に直接入
力される。このとき、ソフト部２０において、命令テー
ブル３０が参照される。本モードでは、命令が待ち時間
の短い第３の命令６３であり、選択処理が電圧変化処理
であるので、命令テーブル３０より電源電圧＝現状維持
のモードが選択され、これが第３の命令６３に付帯して
電源制御部５７に与えられる。

【００５４】電源制御部５７は、第３の命令６３を受け
取って、電源電圧＝現状維持を設定する。したがって、
電源制御部５７は、電源部５６から入力された電源電圧
を変化させない。ＣＰＵ５１、ロジック部５２および退
避メモリ部５３への電源供給は元のまま継続される。

【００５５】なお、第３の命令６３を入力した転送制御
回路５５は、ロジック部５２から退避メモリ部５３への
データ転送（退避）は行わない。

【００５６】第３の命令６３の場合は、待ち時間が短い
ことから、電源電圧は変化させず、また、ロジック部５
２から退避メモリ部５３へのデータ転送（退避）を実施
しない。したがって、従来、いたずらに電源電圧の遮断
や降下および復元ならびに短時間のデータ退避および復
帰を行っていた場合に、強いられていた無駄な時間ロス
を削減するとともに、半導体集積回路の性能の低下を防
止することができる。

【００５７】以上のように、本実施の形態においては、
各命令毎の処理後の待ち時間の長さの大小に応じて電源
電圧を、電源遮断、電源電圧降下、現状維持の場合に区
別して調整するため、従来、二律背反（トレードオフ）
とされていた消費電力削減と半導体集積回路の性能低下
防止とを、ともに矛盾少なく実現することができる。

【００５８】なお、退避メモリ部５３に関しては、ＤＲ
ＡＭ、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリのどれでもかまわな
い。電源遮断時における退避メモリ部５３のサブスレッ
ショルド電流は、十分に抑制される。

【００５９】（４）第１の命令のソフト処理および周波
数変化処理の選択モード（クロック周波数＝低）の場合 このモードの場合は、システムのクロック周波数＝低の
モードがソフト処理により実行される。あらかじめ周波
数変化処理が選択設定されているものとする。以下、説
明する。

【００６０】ソフト部２０において第１の命令６１が実
行されると、第１の命令６１はハード部１０のＣＰＵ５
１に直接入力される。このとき、ソフト部２０におい
て、命令テーブル３０が参照される。本モードでは、命
令が待ち時間の長い第１の命令６１であり、選択処理が
周波数変化処理であるので、命令テーブル３０より周波
数＝低が選択され、これが第１の命令６１に付帯してＣ
ＰＵ５１に与えられる。

【００６１】第１の命令６１を受け取ったＣＰＵ５１は
セレクタ５９に対して、周波数＝低を指示する。この指
示を受け取ったセレクタ５９は、発振部５８から供給さ
れる複数種類のクロック周波数のうち周波数＝低のモー
ドのクロック信号を選択し、ＣＰＵ５１に出力する。こ
れにより、ＣＰＵ５１は、低い周波数で動作する状態と
なり、処理能力を落とすことで負担を軽減する。

【００６２】ソフト部２０において、第１の命令６１が
終了し待ち時間が経過すると、ＣＰＵ５１からセレクタ
５９への指示により、セレクタ５９は元のクロック周波
数のクロック信号を選択してＣＰＵ５１に出力する。

【００６３】第１の命令６１の場合は、待ち時間が相対
的に長いことから、ＣＰＵ５１に供給するクロック信号
の周波数を低くし、処理能力を落すことでＣＰＵ５１の
負担を軽減することができる。

【００６４】（５）第２の命令のソフト処理および周波
数変化処理の選択モード（クロック周波数＝やや低）の
場合 このモードの場合は、システムのクロック周波数＝やや
低のモードがソフト処理により実行される。あらかじめ
周波数変化処理が選択設定されているものとする。以
下、説明する。

【００６５】ソフト部２０において第２の命令６２が実
行されると、第２の命令６２はハード部１０のＣＰＵ５
１に直接入力される。このとき、ソフト部２０におい
て、命令テーブル３０が参照される。本モードでは、命
令が待ち時間の中程度の第２の命令６２であり、選択処
理が周波数変化処理であるので、命令テーブル３０より
周波数＝やや低が選択され、これが第２の命令６２に付
帯してＣＰＵ５１に与えられる。

【００６６】第２の命令６２を受け取ったＣＰＵ５１は
セレクタ５９に対して、周波数＝やや低を指示する。こ
の指示を受け取ったセレクタ５９は、発振部５８から供
給される複数種類のクロック周波数のうち周波数＝やや
低のモードのクロック信号を選択し、ＣＰＵ５１に出力
する。これにより、ＣＰＵ５１は、やや低い周波数で動
作する状態となり、処理能力をやや落とすことで負担を
軽減する。

【００６７】ソフト部２０において、第２の命令６２が
終了し待ち時間が経過すると、ＣＰＵ５１からセレクタ
５９への指示により、セレクタ５９は元のクロック周波
数のクロック信号を選択してＣＰＵ５１に出力する。

【００６８】第２の命令６２の場合は、待ち時間がやや
長いことから、ＣＰＵ５１に供給するクロック信号の周
波数をやや低くし、処理能力をやや落すことでＣＰＵ５
１の負担を軽減することができる。

【００６９】（６）第３の命令のソフト処理および周波
数変化処理の選択モード（クロック周波数＝現状維持）
の場合 このモードの場合は、システムのクロック周波数＝現状
維持のモードがソフト処理により実行される。あらかじ
め周波数変化処理が選択設定されているものとする。以
下、説明する。

【００７０】ソフト部２０において第３の命令６３が実
行されると、第３の命令６３はハード部１０のＣＰＵ５
１に直接入力される。このとき、ソフト部２０におい
て、命令テーブル３０が参照される。本モードでは、命
令が待ち時間の短い第３の命令６３であり、選択処理が
周波数変化処理であるので、命令テーブル３０より周波
数＝現状維持が選択され、これが第３の命令６３に付帯
してＣＰＵ５１に与えられる。

【００７１】第３の命令６３を受け取ったＣＰＵ５１は
セレクタ５９に対して、周波数＝現状維持を指示する。
この指示を受け取ったセレクタ５９は、元のクロック周
波数のクロック信号の供給を継続する。これにより、Ｃ
ＰＵ５１は、低い周波数で動作する状態となり、処理能
力を落とすことで負担を軽減する。

【００７２】ソフト部２０において、第１の命令６１が
終了し待ち時間が経過すると、ＣＰＵ５１からセレクタ
５９への指示により、セレクタ５９は元のクロック周波
数のクロック信号を選択してＣＰＵ５１に出力する。

【００７３】第３の命令６３の場合は、待ち時間が短い
ことから、ＣＰＵ５１に供給するクロック信号の周波数
は変化させず、ＣＰＵ５１は、現状のままで動作を実行
する。

【００７４】待ち時間が短いことから周波数を変化させ
る必要がなく、周波数を変化させた場合の元に戻す時間
のロスを回避することができる。

【００７５】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２におけるメモリ混載半導体集積回路の構成を示すブ
ロック図である。

【００７６】図４において、実施の形態１の図１におけ
るのと同じ符号は同一構成要素を指しているので、詳し
い説明は省略する。新たな構成要素としての６４はシス
テム状態監視部、５３ｂは各命令が格納されている命令
メモリ部である。実施の形態１の場合には、各種命令が
ソフト部２０で処理されているのに対して、本実施の形
態の場合には、ハード部１０で処理するようになってい
る。すなわち、命令メモリ部５３ｂに第１の命令６１、
第２の命令６２、第３の命令６３…が格納されている。
実施の形態１の場合の退避メモリ部５３に対応するもの
を、本実施の形態では、“ａ”を付加して、退避メモリ
部５３ａと記載することにする。命令メモリ部５３ｂか
らＣＰＵ５１、電源制御部５７および転送制御回路５５
への命令信号の伝播のためにシステム状態監視部６４を
新たに設けてある。すなわち、第１の命令６１、第２の
命令６２、第３の命令６３…のいずれかの命令がシステ
ム状態監視部６４に入力される。そして、システム状態
監視部６４は、どの命令を選択しているかの信号をＣＰ
Ｕ５１、電源制御部５７および転送制御回路５５に出力
する。

【００７７】本実施の形態の場合、図２に示す命令テー
ブル３０は命令メモリ部５３ｂに存在する。また、図３
のフローチャートは、本実施の形態において同様に適用
される。

【００７８】なお、退避メモリ部５３ａと命令メモリ部
５３ｂとは、別個のものでもよいし、同一のものでもよ
い。

【００７９】次に、動作を具体的レベルで説明する。す
なわち、（１）ハード処理の第１の命令による電源遮
断、（２）ハード処理の第２の命令による電源電圧降
下、（３）ハード処理の第３の命令による電源電圧＝現
状維持、（４）ハード処理の第１の命令による周波数＝
低、（５）ハード処理の第２の命令による周波数＝やや
低、（６）ハード処理の第３の命令による周波数＝現状
維持、の各場合に分けて順次説明する。

【００８０】（１）第１の命令のハード処理および電圧
変化処理の選択モード（電源遮断）の場合 このモードの場合は、システムの電源遮断がハード処理
により実行される。あらかじめ電圧変化処理が選択設定
されているものとする。以下、説明する。

【００８１】ハード部１０の内部における命令メモリ部
５３ｂから読み出された第１の命令６１が実行される
と、第１の命令６１はシステム状態監視部６４に直接入
力される。このとき、命令メモリ部５３ｂにおいて、命
令テーブル３０が参照される。本モードでは、命令が待
ち時間の長い第１の命令６１であり、選択処理が電圧変
化処理であるので、命令テーブル３０より電源遮断が選
択され、これが第１の命令６１に付帯してシステム状態
監視部６４に与えられる。システム状態監視部６４は、
受け取った第１の命令６１をＣＰＵ５１、電源制御部５
７および転送制御回路５５に中継的に伝える。

【００８２】これ以降の動作については、実施の形態１
の（１）の場合と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００８３】（２）第２の命令のハード処理および電圧
変化処理の選択モード（電源電圧降下）の場合 このモードの場合は、システムの電源電圧降下がハード
処理により実行される。あらかじめ電圧変化処理が選択
設定されているものとする。以下、説明する。

【００８４】ハード部１０の内部における命令メモリ部
５３ｂから読み出された第２の命令６２が実行される
と、第２の命令６２はシステム状態監視部６４に直接入
力される。このとき、命令メモリ部５３ｂにおいて、命
令テーブル３０が参照される。本モードでは、命令が待
ち時間の中程度の第２の命令６２であり、選択処理が電
圧変化処理であるので、命令テーブル３０より電源電圧
降下が選択され、これが第２の命令６２に付帯して電源
制御部５７に与えられる。システム状態監視部６４は、
受け取った第２の命令６２をＣＰＵ５１、電源制御部５
７および転送制御回路５５に中継的に伝える。

【００８５】これ以降の動作については、実施の形態１
の（２）の場合と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００８６】（３）第３の命令のハード処理および電圧
変化処理の選択モード（現状維持）の場合 このモードの場合は、システムの電源電圧を変化させず
にそのままハード処理を実行される。あらかじめ電圧変
化処理が選択設定されているものとする。以下、説明す
る。

【００８７】ハード部１０の内部における命令メモリ部
５３ｂから読み出された第３の命令６３が実行される
と、第３の命令６３はシステム状態監視部６４に直接入
力される。このとき、命令メモリ部５３ｂにおいて、命
令テーブル３０が参照される。本モードでは、命令が待
ち時間の短い第３の命令６３であり、選択処理が電圧変
化処理であるので、命令テーブル３０より現状維持が選
択され、これが第３の命令６３に付帯して電源制御部５
７に与えられる。システム状態監視部６４は、受け取っ
た第３の命令６３をＣＰＵ５１、電源制御部５７および
転送制御回路５５に中継的に伝える。

【００８８】これ以降の動作については、実施の形態１
の（３）の場合と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００８９】（４）第１の命令のハード処理および周波
数変化処理の選択モード（クロック周波数＝低）の場合 このモードの場合は、システムのクロック周波数＝低の
モードがハード処理により実行される。あらかじめ周波
数変化処理が選択設定されているものとする。以下、説
明する。

【００９０】ハード部１０の内部における命令メモリ部
５３ｂから読み出された第１の命令６１が実行される
と、第１の命令６１はシステム状態監視部６４に直接入
力される。このとき、命令メモリ部５３ｂにおいて、命
令テーブル３０が参照される。本モードでは、命令が待
ち時間の長い第１の命令６１であり、選択処理が電圧変
化処理であるので、命令テーブル３０より電源遮断が選
択され、これが第１の命令６１に付帯してシステム状態
監視部６４に与えられる。システム状態監視部６４は、
受け取った第１の命令６１をＣＰＵ５１に中継的に伝え
る。

【００９１】これ以降の動作については、実施の形態１
の（４）の場合と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００９２】（５）第２の命令のハード処理および周波
数変化処理の選択モード（クロック周波数＝やや低）の
場合 このモードの場合は、システムのクロック周波数＝やや
低のモードがハード処理により実行される。あらかじめ
周波数変化処理が選択設定されているものとする。以
下、説明する。

【００９３】ハード部１０の内部における命令メモリ部
５３ｂから読み出された第２の命令６２が実行される
と、第２の命令６２はシステム状態監視部６４に直接入
力される。このとき、命令メモリ部５３ｂにおいて、命
令テーブル３０が参照される。本モードでは、命令が待
ち時間の中程度の第２の命令６２であり、選択処理が電
圧変化処理であるので、命令テーブル３０より電源電圧
降下が選択され、これが第２の命令６２に付帯して電源
制御部５７に与えられる。システム状態監視部６４は、
受け取った第２の命令６２をＣＰＵ５１に中継的に伝え
る。

【００９４】これ以降の動作については、実施の形態１
の（５）の場合と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００９５】（６）第３の命令のハード処理および周波
数変化処理の選択モード（クロック周波数＝現状維持）
の場合 このモードの場合は、システムのクロック周波数＝現状
維持のモードがハード処理により実行される。あらかじ
め周波数変化処理が選択設定されているものとする。以
下、説明する。

【００９６】ハード部１０の内部における命令メモリ部
５３ｂから読み出された第３の命令６３が実行される
と、第３の命令６３はシステム状態監視部６４に直接入
力される。このとき、命令メモリ部５３ｂにおいて、命
令テーブル３０が参照される。本モードでは、命令が待
ち時間の短い第３の命令６３であり、選択処理が電圧変
化処理であるので、命令テーブル３０より電源電圧＝現
状維持のモードが選択され、これが第３の命令６３に付
帯して電源制御部５７に与えられる。システム状態監視
部６４は、受け取った第３の命令６３をＣＰＵ５１に中
継的に伝える。

【００９７】これ以降の動作については、実施の形態１
の（６）の場合と同様であるので、詳しい説明は省略す
る。

【００９８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、各命令毎
の処理後の待ち時間の長さの大小に応じて電源電圧を、
電源遮断、電源電圧降下、現状維持などの複数モードに
区別して調整するため、従来、二律背反（トレードオ
フ）とされていた消費電力削減と半導体集積回路の性能
低下防止とを、ともに矛盾少なく実現することができ
る。

【００９９】ソフト処理後またはハード処理後の待ち時
間が長い場合またはやや長い場合には、データの退避・
復元に伴う時間ロスのデメリットを勘案しても、電源遮
断による消費電力削減のメリットが大きい。もちろん、
スタンバイ時にロジック部のデータが消失されても、動
作再開時には、データ復帰によってロジック部の動作を
正常に再開させることができる。

【０１００】電源電圧がクロック周波数と相関すること
から、電源電圧降下時にはクロック周波数も上限を制御
（降下）することにより、性能、電力に最適な動作状況
を容易に設定することができる。

【０１０１】なお、ハード処理の場合は、処理を実行す
る速さがソフト処理に比べて速い、また、ソフト処理の
場合は、ハード処理に比べて面積率が低くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１におけるメモリ混載半
導体集積回路の構成を示すブロック図

【図２】 本発明の実施の形態１および２の不揮発性半
導体メモリ装置における命令テーブルの構成図

【図３】 実施の形態１および２のメモリ混載半導体集
積回路の動作を示すフローチャート

【図４】 本発明の実施の形態２におけるメモリ混載半
導体集積回路の構成を示すブロック図

【符号の説明】

１０ ハード部 ２０ ソフト部 ３０ 命令テーブル ５１ ＣＰＵ ５２ ロジック部 ５３ 退避メモリ部 ５３ａ 退避メモリ部 ５３ｂ 命令メモリ部 ５４ データバス ５５ 転送制御回路 ５６ 電源部 ５７ 電源制御部 ５８ 発振部 ５９ セレクタ ６０ クロック周波数制御部 ６１ 第１の命令 ６２ 第２の命令 ６３ 第３の命令 ６４ システム状態監視部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 繁田 広美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石井 英雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 得能 誠司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5B018 GA04 LA07 QA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各命令が記されていて、各命令のソフト
   処理後の待ち時間に応じて電圧処理モードを決定するソ
   フト部と、 前記各命令を実行するもので、前記各命令に伴う前記電
   圧処理モードに応じて電源部からの電源電圧を可変して
   ＣＰＵに給電する電源制御部とを備えるメモリ混載半導
   体集積回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の集積回路において、さ
   らに、 入力信号に対して所要の演算を施して出力するロジック
   部と、 前記ロジック部と同一半導体基板上に形成された退避メ
   モリ部と、 特定の動作モード時に、前記ロジック部のデータを前記
   退避メモリ部へ転送退避させる転送制御回路とを備える
   メモリ混載半導体集積回路。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の集積回路において、 前記ソフト部が決定した電圧処理モードが電源電圧降下
   となるとき、前記ＣＰＵに与えるクロック信号の周波数
   の上限を制限するクロック周波数制御部を備えるメモリ
   混載半導体集積回路。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれかに
   記載の集積回路において、さらに、 前記各命令のソフト処理後の待ち時間に応じて発振部か
   らのクロック周波数を選択するセレクタを備えるメモリ
   混載半導体集積回路。
5. 【請求項５】 各命令が保存されている命令メモリ部
   と、 前記命令メモリ部の各命令のハード処理後の待ち時間に
   応じて電圧処理モードを決定するシステム状態監視部
   と、 前記各命令を実行するもので、前記システム状態監視部
   による前記各命令に伴う前記電圧処理モードに応じて電
   源部からの電圧を可変してＣＰＵに給電する電源制御部
   とを備えるメモリ混載半導体集積回路。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の集積回路において、さ
   らに、 入力信号に対して所要の演算を施して出力するロジック
   部と、 前記ロジック部と同一半導体基板上に形成された退避メ
   モリ部と、 特定の動作モード時に、前記ロジック部のデータを前記
   退避メモリ部へ転送退避させる転送制御回路とを備える
   メモリ混載半導体集積回路。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の集積回路において、 前記システム状態監視部が決定した電圧処理モードが電
   源電圧降下となるとき、前記ＣＰＵに与えるクロック信
   号の周波数の上限を制限するクロック周波数制御部を備
   えるメモリ混載半導体集積回路。
8. 【請求項８】 請求項５から請求項７までのいずれかに
   記載の集積回路において、さらに、 前記各命令のソフト処理後の待ち時間に応じて発振部か
   らのクロック周波数を選択するセレクタを備えるメモリ
   混載半導体集積回路。