JP2004070854A - Data processor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中央処理装置、RAM及び書換え可能な不揮発性メモリを半導体チップに有するデータプロセッサにおける低消費電力化に関し、例えば、電池電源を動作電源とするデータ処理システムに組み込まれて動作されるマイクロコンピュータに適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開平11−288409号公報には、フラッシュメモリ内に記憶されているプログラムをRAMに転送し、クロックを高周波数から低周波数へ切替え、フラッシュメモリを停止させるようにしたマイクロコンピュータが記載される。
【0003】
特開2001−243211公報には電源投入時に不揮発性メモリ内のプログラムをRAMに転送するようにしたマイクロコンピュータが記載される。
【0004】
特開平4−239349号公報には電源投入時にROM内のシステムプログラムをRAMに転送するようにしたマイクロコンピュータが記載される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、電気的に書換え可能なフラッシュメモリをオンチップしたマイクロコンピュータの低消費電力について検討した。これによれば、フラッシュメモリは消去及び書き込みに高電圧を必要とするだけでなく、読み出し動作やベリファイ動作においても比較的レベルの高いワード線電圧を必要とする。したがって、タイミングジェネレータや内部昇圧のためのチャージポンプ回路等による電力消費が比較的大きいので、フラッシュメモリは動作可能に保たれるだけで比較的大きな電力を消費する。このような事情の下では、マイクロコンピュータの低消費電力モードにおいて、たとえマイクロコンピュータを時計用タイマ回路の32KHzのような低速クロック周波数で動作させても、フラッシュメモリを動作可能な状態に置く限り比較的大きな電力が消費される。そこで本発明者は、マイクロコンピュータを時計用タイマ回路の32KHzのような低速クロック周波数で動作させるとき、プログラムをフラッシュメモリからRAMに転送し、RAMのプログラムをCPUに実行させて、フラッシュメモリの動作を停止可能にすることを検討した。この検討を更に進めた結果、本発明者は、低消費電力の効果を最大限に発揮させるには、ユーザプログラムに依存せずに、マイクロコンピュータに固有の機能として、前記プログラムの転送やフラッシュメモリの動作停止を実現するのが有利であることを見出した。
【0006】
本発明の目的は、オンチップの不揮発性メモリそれ自体による電力消費を削減して全体としての低消費電力を実現することが容易なデータプロセッサを提供することにある。
【0007】
本発明の別の目的は、ユーザプログラムに依存せずに、マイクロコンピュータに固有の機能として、オンチップの不揮発性メモリによる電力消費を削減して全体としての低消費電力を実現することができるデータプロセッサを提供することにある。
【0008】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0010】
〔1〕本発明に係るデータプロセッサは、中央処理装置と、RAMと、書換え可能な不揮発性メモリとを半導体チップに有し、パワーオンリセット中に前記不揮発性メモリから前記RAMに所定のプログラムの転送を行ない、リセット解除後に、前記不揮発性メモリの動作を停止した状態で前記中央処理装置が前記RAMのプログラムを実行する低消費電力モードへの遷移が可能にされる。リセット中にプログラムの転送が行なわれるから、ユーザプログラムに依存せずに、マイクロコンピュータに固有の機能としてオンチップの不揮発性メモリによる電力消費を削減してマイクロコンピュータ全体としての低消費電力を実現することができる。
【0011】
前記パワーオンリセットは例えば外部からのリセット信号のアサートにより指示される。前記リセット解除は例えば前記リセット信号のネゲート後に内部のリセット指示の解除によって行われる。
【0012】
具体的な態様として、リセット解除後のリセット例外処理を実行した後に前記低消費電力モードへの遷移が可能にされる。この遷移はユーザプログラム或は外部からの指示に従って行われるが、マイクロコンピュータそれ自体は、その指示があれば即座に低消費電力モードに遷移できるように身構えることになる。
【0013】
別の具体的な態様として、リセット解除後のリセット例外処理自体が前記低消費電力モードとされる。最初から低消費電力モードになり、低消費電力の効果を最大限に発揮させることができる。この場合には、前記リセット解除後に実行される前記RAMのプログラムは例外処理及び割り込み処理ベクタとリセット例外処理プログラムを含むことになる。
【0014】
前記プログラム転送を容易化するには、前記不揮発性メモリから前記RAMに所定のプログラムの転送を制御する転送制御回路を有することが望ましい。
【0015】
マイクロコンピュータは前記中央処理装置に前記不揮発性メモリのプログラムを実行させる通常動作モードへの遷移が可能にされる。このとき、前記低消費電力モードにおいて前記中央処理装置は第1周波数のクロック信号に同期動作され、前記通常動作モードにおいて前記中央処理装置は前記第1周波数よりも周波数の高い第2周波数のロック信号に同期動作する。
【0016】
〔2〕本発明の別の観点によるデータプロセッサは、中央処理装置と、RAMと、書換え可能な不揮発性メモリとを半導体チップに有し、パワーオンリセット中に前記不揮発性メモリから前記RAMに所定のプログラムの転送を行ない、リセット解除後に前記不揮発性メモリの動作を停止した状態で前記中央処理装置が前記RAMのプログラムを実行してリセット例外処理を行い、この後、前記中央処理装置が前記RAMのプログラムを実行する低消費電力モードと前記中央処理装置が前記不揮発性メモリのプログラムを実行する通常動作モードとの選択が可能にされる。リセット中にプログラムの転送が行なわれるからユーザプログラムに依存せずに、マイクロコンピュータに固有の機能としてオンチップの不揮発性メモリによる電力消費を削減してマイクロコンピュータ全体としての低消費電力を実現することができる。リセット解除後のリセット例外処理からRAMのプログラムを実行するので、最初から低消費電力モードになり、低消費電力の効果を最大限に発揮させることができる。
【0017】
前記リセット例外処理及び低消費電力モードにおいて前記中央処理装置は第1周波数のクロック信号に同期動作され、前記通常動作モードにおいて前記中央処理装置は第1周波数よりも高速な第2周波数のクロック信号に同期動作される。中央処理装置のクロック周波数の点においても低消費電力が実現されている。
【0018】
〔3〕本発明の更に別の観点によるデータプロセッサは、中央処理装置と、RAMと、書換え可能な不揮発性メモリとを半導体チップに有し、パワーオンリセット中に前記不揮発性メモリから前記RAMに所定のプログラムの転送を行ない、リセット解除後に前記不揮発性メモリの動作を停止した状態で前記中央処理装置が前記RAMのプログラムを実行してリセット例外処理を行なう。リセット中にプログラムの転送が行なわれるからユーザプログラムに依存せずに、マイクロコンピュータに固有の機能としてオンチップの不揮発性メモリによる電力消費を削減してマイクロコンピュータ全体としての低消費電力を実現することができる。リセット解除後のリセット例外処理からRAMのプログラムを実行するので、最初から低消費電力モードになり、低消費電力の効果を最大限に発揮させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1には本発明に係るデータプロセッサの一例であるマイクロコンピュータが示される。同図に示されるマイクロコンピュータ1は、特に制限されないが、全体の制御を司る中央処理装置(CPU)2、バスコントローラ3、データ転送制御回路4、割り込みコントローラ5、システムコントローラ6、書換え可能な不揮発性メモリとしてのフラッシュメモリ7、RAM8、時計用タイマ9、及びその他周辺回路10、発振制御回路11、メイン発振器12、サブ発振器13、セレクタ14、モジュール停止制御レジスタ16及び内部バス15を有し、公知のCMOS集積回路製造技術により、単結晶シリコンのような1個の半導体基板(半導体チップ)に形成される。前記システムコントローラ6は電源電圧監視回路20、発振安定カウンタ21及びアンドゲート22を有する。
【0020】
前記CPU2はバスコントローラ3を介してRAM8又はフラッシュメモリ7から命令をフェッチし、フェッチした命令を解読し、その解読結果にしたがってデータフェッチや演算制御を行なってその命令を実行する。前記RAM8はCPU2のワーク領域及びプログラム領域として利用される。フラッシュメモリ7はCPU2のデータ領域及びプログラム領域として利用される。
【0021】
フラッシュメモリ7は、特にその詳細について図示を省略するが、例えばソース・ドレインの間のチャネル領域の上に夫々ゲート絶縁膜を介してフローティングゲートとコントロールゲートを重ねたスタック構造、或はソース・ドレインの間のチャネル領域の上に選択ゲートとメモリゲートを左右に分離して配置した選択ゲートセパレート構造などがある。例えば後者のセパレート構造を持つフラッシュメモリセルはソースサイドからメモリゲートへのホットエレクトロン注入で書き込みを行ない、メモリゲートからチャネルへの電子のトンネル放出により消去を行なって、メモリゲートから見た閾値電圧を設定可能にされる。図においてメモリアレイMARYには多数のフラッシュメモリセルがマトリクス配置される。フラッシュメモリセルに対する読み出し回路RDCと消去・書き込み回路EPCが設けられ、読み出し、消去、書込み動作のためのタイミング信号の生成と高電圧を生成する昇圧動作とを行なうための発振回路TCNTが設けられる。フラッシュメモリ7は後述のモジュール停止制御レジスタ16の設定状態に従って動作可能にされているとき、実際のメモリアクセス動作が行われなくても、前記発振回路TCNTは昇圧動作のためのチャージポンプ動作やタイミング信号生成のための分周動作等を行ない、この動作によって比較的大きな電力を消費することになる。チャージポンプ動作によって得られる昇圧電圧は消去電圧、書き込み電圧、読み出しのワード線選択電圧等に利用される。そのような電力消費を完全に断つにはモジュール停止制御レジスタ16を設定してフラッシュメモリ7を動作停止(動作不可能状態)に制御することを要する。
【0022】
前記バスコントローラ3は、CPU2等によるアクセス要求に応答してバス15を介するアクセス対象へのバス制御を行なう。バスコントローラ3はバス制御レジスタ30を有し、CPU2のアドレス空間に対してフラッシュメモリ7やRAM8などの回路モジュールを配置するアドレス(マッピングアドレス)、アクセスデータサイズ、アクセスサイクル数などをアドレスエリア若しくは回路モジュール毎に指示するアクセス制御情報を保有する。このアクセス制御情報はCPU2によりプログラマブルに設定可能にされ、また、リセット動作により所定値に初期化される。前記バス15はアドレスバス、データバスの他、リード信号、ライト信号、そしてバスサイズ信号等をエンコードしたバスコマンド等が伝達されるコントロールバスを含む。
【0023】
割り込みコントローラ5は、時計用タイマ9やその他周辺回路10等から割込み信号(図示せず)或はバスエラー信号などの例外信号を入力し、CPU2に例外要求信号IRQと割り込み又は例外処理の要因コード(ベクタ番号)を与える。これにより、CPU2は実行中の処理を中断し、状態保存を行なった後、前記ベクタ番号で示されるベクタから分岐先アドレスをリードして、所定の処理ルーチンに分岐し、所望の処理を行なう。所定の処理ルーチンの最後には、通常、復帰命令が置かれ、この命令を実行することによって前記中断した処理を再開する。
【0024】
特に制限されないが、前記メイン発振器12は10MHz、サブ発振器13は32KHzの発振周波数を有する。発振器12,13の出力はセレクタ14で選択されてマイクロコンピュータの動作基準クロック信号φsとされる。前記セレクタ14の選択動作及び発振器12,13の発振動作は2ビット制御信号S1に基づいて発振制御回路11が制御する。制御信号S1の00でサブ発振器13を発振動作させその発振出力をセレクタ14に選択させ、制御信号S1の01でサブ発振器13及びメイン発振器を発振動作させメイン発振器12の発振出力をセレクタ14に選択させ、制御信号S1の10で双方の発振器12,13の発振動作を停止させる。リセット処理では、制御信号S1が00に初期化され、前記サブ発振器13の発振動作が指定され、セレクタ14にはサブ発振器13の出力を選択することが指定され、リセット解除後の動作基準クロック信号φsは32KHzの低速周波数とされる。尚、時計用タイマ9にはサブ発振器13からの32KHzのクロック信号がタイマ動作の同期クロック信号として常時供給される。
【0025】
モジュール停止制御レジスタ16は前記フラッシュメモリ7、RAM8、時計用タイマ9、その他周辺回路10、及び発振制御回路11に対する動作停止(動作不可能状態)と停止解除を制御する制御データが設定される。制御データの設定はバス15を介してCPU2がプログラマブルに行なうことができる。スタンバイ信号STBがアサートされてスタンバイモードが指示されると前記制御データは全ての回路モジュールの動作を停止させるように強制される。スタンバイ信号STBがネゲートされてスタンバイモードの解除が指示されると、前記制御データは後述するリセット解除後と同じ低消費電力状態にされる。
【0026】
システムコントローラ6は、マイクロコンピュータのリセット制御等を行なう。すなわち、マイクロコンピュータ1の内部リセット信号res/(記号/はローイネーブル信号を意味する)は前記アンドゲート22から出力される。内部リセット信号res/は、マイクロコンピュータ1の内部回路に供給され、そのローレベルにより、レジスタ値や所定の回路ノードをリセット(初期化)する。内部リセット信号res/のハイレベルによりリセットが解除される。アンドゲート22にはリセット端子からの外部リセット信号RES/とデータ転送制御回路4からの転送終了信号S3が入力される。外部リセット信号RES/のローレベルによりリセット動作が指示されると内部リセット信号res/がローレベルにされてリセット動作が開始され、外部リセット信号RES/のハイレベルによりリセット動作の解除が指示されたときは、データ転送制御回路4によるデータ転送の終了が転送終了信号S3によって通知されるのを待って、内部リセット動作が解除される。内部リセット動作が解除されると、CPU2は、プログラムアドレスの0番地からリセットベクタをフェッチしてリセット例外処理の実行を開始する。リセット例外処理の処理内容は例えばユーザプログラムによって定義される。
【0027】
電源電圧監視回路20は電源端子に電源電圧VCCが投入されたとき投入電圧が動作可能電圧に到達したとき信号S4を活性化する。発振安定カウンタ21は、前記外部リセット信号RES/がローレベルにされたときクロック端子CKに入力されるクロック信号φsの計数動作を開始し、計数動作は前記電源電圧監視回路20からの制御信号S4の活性化により初期化され、計数値が所定値に達したとき、制御信号S5を活性化する。要するに、制御信号S5は、パワーオン時に電源電圧VCCが安定化し、クロック信号φsの発振周波数が安定化してから、内部のリセット動作を完了するのに必要充分な時間がカウンタ21による計数動作で経過するのを待って活性される。制御信号S5が活性化された後、マイクロコンピュータ1は電源電圧VCCを動作電源としてクロック信号φsに同期して内部動作を正常に行なうことが可能になる。
【0028】
前記データ転送制御回路4は前記制御信号S5の活性化を待ってデータ転送制御を行なう。すなわち、マイクロコンピュータ1が電源電圧VCCを動作電源としてクロック信号φsに同期して内部動作を正常に行なうことが可能になってから、そのパワーオンリセット中に、前記フラッシュメモリ7から前記RAM8に所定のプログラムの転送を行なう。転送方法は、特に制限されないが、ここではダイレクト・メモリ・アクセス転送と同様の転送制御とされ、転送元アドレス、転送先アドレス、及び転送語数などは、データ転送制御回路4のリセット動作によってハードウェアで一義的に決定される。リセットによるフラッシュメモリ7とRAM8に対するアドレスマッピングは、図2に例示されるように、フラッシュメモリ7はアドレスH’00000〜H’3FFFFとされ、RAM8はアドレスH’FD000〜H’FFFFFとされる。このアドレスマッピングはバスコントローラ3の空間制御レジスタ30がリセットされることによりハードウェア的に設定される。データ転送制御回路4にリセット中に設定される転送元はフラッシュメモリ7のエリアFE1に割当てられるアドレスH’00000〜H’00FFFとされ、転送先はRAM8のエリアRE1に割当てられるアドレスH’FD000〜H’FDFFFとされる。エリアFE1には例外処理及び割込み処理ベクタVECと、一部のプログラムPGM1が格納され、これがRAM8のエリアRE1に転送される。一部のプログラムPGM1にはリセット例外処理プログラムが含まれている。エリアFE1からエリアRE1への転送を完了した後、データ転送制御回路4は、RAM8の一部の領域RE1に、プログラム領域としてアドレスH’00000〜H’00FFFを割当て、フラッシュメモリの一部の領域FE2に、それに続くプログラム領域としてアドレスH’01000〜H’3FFFFを割当てる。フラッシュメモリ7のエリアFE1はアドレスマッピングされず、非アクセス領域とされ、RAM8のエリアRE2はアドレスH’FE000〜H’FFFFFに割当てられてCPU2の作業領域とされる。このアドレスマッピングはデータ転送制御回路4がバスコントローラ3の空間制御レジスタ30に制御データを設定することで行われる。これによるフラッシュメモリ7とRAM8のアドレスマッピングは図3に例示されるようになる。更にデータ転送制御回路4は、モジュール停止制御レジスタ16に対するデータ設定を変更して、フラッシュメモリ7を動作停止モジュールに変更し、フラッシュメモリ7による電力消費をゼロとする。データ転送制御回路4はここまでの処理を完了した後に、前記信号S3をアサートする。
【0029】
外部リセット信号RES/によりリセット解除が指示され、前記信号S3がアサートされることにより、内部リセット信号res/によりリセット動作が解除され、これによりCPU2は0番地(アドレスH’00000)のリセットベクタをフェッチしてリセット例外処理を実行することになる。このとき、0番地は前述の通りRAM8の一部の領域RE1に割当てられており、RAM8からリセットベクタをフェッチし、RAM8からリセット例外処理プログラムをフェッチして実行する。この後も、CPU2はRAM8からプログラムをフェッチして実行することができる。フラッシュメモリ7のプログラムを実行したい場合にはフラッシュメモリ7を動作可能にする。このときRAM8を全てCPU2の作業領域としたい場合にはアドレスマッピングを図2のように変更すればよい。更に命令実行を高速化したい場合にはメイン発振器12を発振動作させ、その出力をセレクタ14に選択させて、クロック信号φsの周波数を高速化すればよい。
【0030】
マイクロコンピュータ1の動作モードは、特に制限されないが、低消費電力モード、通常動作モード及びスタンバイモードとされる。
【0031】
低消費電力モードは動作基準クロック信号φsをサブ発振器13の発振出力とし、メイン発振器12の発振動作を停止させ、フラッシュメモリ7を動作不可能とし、RAM8のエリアRE1をCPU2のプログラム領域とする動作モードである。マイクロコンピュータ1は、上述の説明より明らかのように、リセット動作が解除されたとき低消費電力モードになっている。低消費電力モードにおいてCPU2によるH’00000からのプログラムアクセスに対しては図4に例示されるようにRAMがアクセスされる。
【0032】
前記通常動作モードは動作基準クロック信号φsをメイン発振器12の発振出力とし、フラッシュメモリ7を動作可能とし、CPU2のプログラム領域をフラッシュメモリ7とする動作モードである。低消費電力モードから前記通常動作モードへの遷移は、その他周辺回路10又は外部から高速演算処理を行なうの所定の割り込み要求(高速動作要求)に応答する割り込み処理の一貫として、前記バス制御レジスタ30及びモジュール停止制御レジスタ16の設定変更により行われる。その高速動作要求に応答する割り込み処理が終了すると、マイクロコンピュータは割り込み前の状態に復帰され、低消費電力モードに戻される。通常動作モードにおいてCPU2によるH’00000からのプログラムアクセスに対しては図5に例示されるようにフラッシュメモリ7がアクセスされる。
【0033】
前記スタンバイモードの指示は前記スタンバイ信号STBにより前記モジュール停止制御レジスタ16に与えられ、全ての回路モジュールの動作を停止させるようにその制御データが強制される。これによって、発振器12,13の発振動作が停止され、CPU2及びフラッシュメモリ7等の動作が停止される。スタンバイ信号STBがネゲートされてスタンバイモードの解除が指示されると、前記モジュール停止制御レジスタ16の前記制御データは前記低消費電力モードとのときと同じ状態にされる。尚、スタンバイモードは、CPU2がスリープ命令を実行して、全ての回路モジュールの動作を停止させるように前記モジュール停止制御レジスタ16の制御データを変更して設定するようにしてもよい。
【0034】
図6にはマイクロコンピュータ1のパワーオンリセットスタートのタイミングチャートが例示される。図7及び図8にはその時の動作フローチャートが示される。
【0035】
図6において▲1▼▲2▼▲3▼はリセット中の動作を示し、▲1▼では外部リセット信号RES/のアサートによって開始される内部リセット処理が行われ、電源電圧VCC及びサブ発振器13の発振安定待ちの期間とされる。すなわち図7において、電源電圧が動作可能電圧になったことを判別し(S1)、その後、発振安定時間の経過を待つ(S2)。上記内部リセット処理におけるマイクロコンピュータ1の内部状態の概略は図9に例示される。太い矩形で示される回路モジュールが動作可能な回路モジュールとされる。メインクロックはメイン発振器12が出力するクロック信号、サブクロックはサブ発振器13が出力するクロック信号である。
【0036】
図6の▲2▼▲3▼はデータ転送制御回路4によるフラッシュメモリ7からRAM8へのベクタ及びプログラムの転送処理等の期間とされる。図7ではステップS3のデータ転送処理が行なわれる。特に▲3▼は外部からのリセット解除が指示されていても未だ前記プログラムの転送が終了されていない期間を意味する。前記プログラムなどの転送処理の後にフラッシュメモリ7はモジュール停止制御によって動作不可能にされる。上記プログラムなどの転送処理におけるマイクロコンピュータ1の内部状態の概略は図10に例示される。
【0037】
この後、マイクロコンピュータ1は図6の▲4▼の期間で示される低消費電力モードで動作される。先ず最初に、RAM8からリセットベクタをフェッチしてリセット例外処理を実行し、その後、低消費電力モードで、外部からの高速動作要求の有無を監視する。例えばボタン操作の入力監視或はデータ受信の待ち受けを行なう。図7において、リセット例外処理などはステップS6の処理とされ、高速動作要求の有無監視はステップS7の処理とされる。上記低消費電力モードにおけるマイクロコンピュータ1の内部状態の概略は図11に例示される。
【0038】
図6の▲5▼では例えばボタン操作の入力を検出し、通常動作モードへの遷移制御を行なう。すなわち、メイン発振器12を発振動作させて、フラッシュメモリ7のモジュール停止を解除して動作可能にする。発振クロック信号φsの安定化と、フラッシュメモリ7の発振回路TCNTの動作安定化を待て、クロック信号の切換えと、バス制御レジスタ30によるアドレスマッピングの切換えを行なって、マイクロコンピュータ1を▲6▼の期間で示されるように通常動作モードで動作させる。図8において、通常動作モードへの遷移処理はステップS8〜S11の処理とされ、通常動作モードでの処理はステップS12〜S13とされる。上記通常動作モードに遷移するときのマイクロコンピュータ1の内部状態の概略は図12に例示される。また、上記通常動作モードにおけるマイクロコンピュータ1の内部状態の概略は図13に例示される。
【0039】
通常動作モードによる必要な動作を終了した後、▲7▼で示されるように動作モードを再び低消費電力モードに遷移させる。図8においてその遷移処理はステップS14〜S16で示される。
【0040】
図6では、低消費電力モードにおいて、例えば一定期間動作要求が無いような場合に、▲8▼で示されるように外部からスタンバイモードが指示される。スタンバイモードの解除が指示されると、▲9▼のようにサブクロック発振器13が発振動作を再開して低消費電力モードにされる。図14には上記スタンバイモードにおけるマイクロコンピュータ1の内部状態が概略的に示される。
【0041】
以上の説明ではマイクロコンピュータ1はリセット解除後に低消費電力モードとされ、そのままの動作モードでリセット例外処理を行なうものとして説明した。すなわち、リセット解除の直後に、前記フラッシュメモリ7の動作を停止した状態で前記CPU2が前記RAM8のプログラムを実行する低消費電力モードが設定されている。リセット中にプログラムの転送が行なわれるからユーザプログラムに依存せずに、マイクロコンピュータ1に固有の機能としてオンチップのフラッシュメモリ7による電力消費を削減してマイクロコンピュータ1全体としての低消費電力を実現することができる。マイクロコンピュータ1は低消費電力モードを主たる動作モードとして動作するから、優れた低消費電力性能を実現することができる。
【0042】
本発明のマイクロコンピュータ1は、上記とは逆に、リセット解除後は通常動作モードとされ、この動作モードでリセット例外処理を行ない、必要に応じて低消費電力モードで動作するように構成することも可能である。以下、マイクロコンピュータ1にそのいような構成を採用する場合について説明する。すなわち、フラッシュメモリ7からRAM8へのプログラム及びベクタの転送処理を終えたとき、フラッシュメモリ7の動作を可能なままとし、CPU2のアドレス空間に対するRAM8とフラッシュメモリ7のアドレスマッピングを図2の状態のままに維持する。リセット解除後、CPU2は図5に例示される態様でフラッシュメモリ7のプログラムを実行してリセット例外処理等を行なう。割り込みなどにより必要に応じて動作モードを低消費電力モードに設定変更し、低消費電力モードによる動作終了後には、割り込み処理から復帰して通常動作モードによる命令実行が可能にされる。
【0043】
図15にはリセット直後に通常動作モードにされるマイクロコンピュータのパワーオンリセットスタートのタイミングチャートが例示される。図16及び図17にはその時の動作フローチャートが示される。
【0044】
図15において▲1▼▲2▼▲3▼はリセット中の動作を示し、▲1▼では外部リセット信号RES/のアサートによって開始される内部リセット処理が行われ、電源電圧VCC及びサブ発振器13の発振安定待ちの期間とされる。すなわち図16において、電源電圧が動作可能電圧になったことを判別し(S11)、その後、発振安定時間の経過を待つ(S12)。
【0045】
図15の▲2▼▲3▼はデータ転送制御回路4によるフラッシュメモリ7からRAM8へのベクタ及びプログラムの転送処理等の期間とされる。図16ではステップS13のデータ転送処理が行なわれる。特に▲3▼は外部からのリセット解除が指示されていても未だ前記プログラムの転送が終了されていない期間を意味する。
【0046】
この後、マイクロコンピュータ1は図15の▲4▼の期間で示される通常動作モードで動作される。先ず最初に、フラッシュメモリ7からリセットベクタをフェッチしてリセット例外処理を実行し、その後、通常動作モードによる高速動作での動作の完了を監視する。図16において、リセット例外処理などはステップS15の処理とされ、高速動作完了の監視はステップS16の処理とされる。
【0047】
図15の▲5▼では例えば低消費電力モードへのへの遷移制御を行なう。すなわち、図17に例示されるように、バス制御レジスタ30によるアドレスマッピングの切換えを行ない(S17)、フラッシュメモリ7の動作を停止させ(S18)、メイン発振器12の発振を停止させ、動作基準クロック信号φsをサブ発振器13の発振出力に切換える(S19)。これによってCPU2は図4のアドレスマッピングされたRAM8から命令をフェッチしてプログラムを実行する(S20)。低消費電力モードによる必要な動作を終了した後、通常動作モードによる高速動作の要求が有るかを監視する(S21)。
【0048】
高速動作の要求を検出すると、図15の▲6▼で通常動作モードへの遷移制御を行なう。すなわち、メイン発振器12を発振動作させて、フラッシュメモリ7のモジュール停止を解除して動作可能にする。発振クロック信号φsの安定化と、フラッシュメモリ7の発振回路TCNTの動作安定化を待て、クロック信号の切換えと、バス制御レジスタ30によるアドレスマッピングの切換えを行なって、マイクロコンピュータ1を▲7▼の期間で示されるように通常動作モードで動作させる。図17において、通常動作モードへの遷移処理はステップS22〜S25の処理とされる。
【0049】
図15の例では、通常動作モードによる必要な動作を終了した後、▲8▼で示されるようなスタンバイモードを設定し、その後再び通常動作電力モードに遷移する。
【0050】
図15に例示されるようにリセット解除後のリセット例外処理を実行した後に前記低消費電力モードへの遷移が可能にされる構成においては、前記低消費電力モードへの遷移はユーザプログラム或は外部からの指示に従って行われるが、マイクロコンピュータそれ自体は、その指示があれば即座に低消費電力モードに遷移できるように身構えることができる。
【0051】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【0052】
例えば、マイクロコンピュータの動作モードは低消費電力モード、通常動作モード、及びスタンバイモードに限定されない。CPUとフラッシュメモリの動作を停止させて所定の周辺回路を動作可能にするスリープモード、CPUとフラッシュメモリを動作可能とし周辺回路を動作停止させるモジュールスタンバイモード、CPUとフラッシュメモリと周辺回路とを時計用クロックに同期動作させるサブアクティブモード、CPUとフラッシュメモリを動作停止させ周辺回路を時計用クロックに同期動作可能にするサブスリープモード、CPUとフラッシュメモリの動作を停止させ時計用タイマだけ動作可能にするウオッチモードなどを備えてもよい。また、発振器はメイン発振器とサブ発振器の2個を別々に持つ構成に限定されないが、時計用などに用いられる高精度を要せず周波数の低い発振器を高精度且つ高周波数の発振器と別に持ち、低消費電力優先のクロック同期動作時には前者の発振器だけを動作させるようにすることが低消費電力には好適である。マイクロコンピュータが保有する回路モジュールは図1の例に限定されず適宜変更可能である。電気的に書換え可能な不揮発性メモリはフラッシュメモリに限定されず、EEPROM、高誘電体メモリ等であってもよい。データ転送制御回路4はリセット処理の一貫として行われるプログラム転送処理専用回路として構成してもよいが、オンチップ回路モジュールとしてダイレクトメモリアクセスコントローラのような汎用利用可能な転送制御回路を有するときは、そのような転送制御回路を前記リセット処理におけるプログラムの転送制御に流用してもよい。
【0053】
本発明のデータプロセッサはマイクロコンピュータの他、マイクロプロセッサ、シングルチップデータプロセッサなどと称される種々のデータ処理装置に広く適用することができる。
【0054】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0055】
すなわち、本発明に係るデータプロセッサによれば、リセット中に不揮発性メモリからRAMにプログラムの転送を行なうから、指示があれば即座に低消費電力モードに遷移できるように身構えることができる。また、ユーザプログラムに依存せずに、マイクロコンピュータに固有の機能としてオンチップの不揮発性メモリによる電力消費を削減してマイクロコンピュータ全体としての低消費電力を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例に係るマイクロコンピュータのブロック図である。
【図2】リセットによるフラッシュメモリとRAMのアドレスマッピングを例示する説明図である。
【図3】低消費電力モードにおけるフラッシュメモリとRAMのアドレスマッピングを例示する説明図である。
【図4】低消費電力モードにおいてCPUによってアクセス可能なプログラム空間を例示する説明図である。
【図5】通常動作モードにおいてCPU2によってアクセス可能なプログラム空間を例示する説明図である。
【図6】マイクロコンピュータのパワーオンリセットスタートの状態を例示するタイミングチャートである。
【図7】図6のパワーオンリセットスタートにおける一部の動作制御手順を示す動作フローチャートである。
【図8】図6の続きを示す動作フローチャートである。
【図9】内部リセット処理におけるマイクロコンピュータの内部状態を概略的に例示する説明図である。
【図10】プログラムなどの転送処理におけるマイクロコンピュータの内部状態を概略的に例示する説明図である。
【図11】低消費電力モードにおけるマイクロコンピュータの内部状態を概略的に例示する説明図である。
【図12】通常動作モードに遷移するときのマイクロコンピュータの内部状態を概略的に例示する説明図である。
【図13】通常動作モードにおけるマイクロコンピュータの内部状態を概略的に例示する説明図である。
【図14】スタンバイモードにおけるマイクロコンピュータの内部状態を概略的に例示する説明図である。
【図15】リセット直後に通常動作モードにされるマイクロコンピュータのパワーオンリセットスタートの状態を例示するタイミングチャートである。
【図16】図15のパワーオンリセットスタートにおける一部の動作制御手順を示す動作フローチャートである。
【図17】図16の続きを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 マイクロコンピュータ
2 中央処理装置(CPU)
3 バスコントローラ
4 データ転送制御回路
5 割り込みコントローラ
6 システムコントローラ
7 フラッシュメモリ
8 RAM
RES/ 外部リセット信号
res/ 内部リセット信号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to reducing the power consumption of a data processor having a central processing unit, a RAM, and a rewritable nonvolatile memory in a semiconductor chip. Related to effective technology applied to computers.
[0002]
[Prior art]
Japanese Patent Laying-Open No. 11-288409 describes a microcomputer in which a program stored in a flash memory is transferred to a RAM, a clock is switched from a high frequency to a low frequency, and the flash memory is stopped.
[0003]
Japanese Patent Laying-Open No. 2001-232431 discloses a microcomputer in which a program in a nonvolatile memory is transferred to a RAM when power is turned on.
[0004]
Japanese Patent Laying-Open No. 4-239349 discloses a microcomputer in which a system program in a ROM is transferred to a RAM when power is turned on.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have studied low power consumption of a microcomputer in which an electrically rewritable flash memory is on-chip. According to this, the flash memory not only requires a high voltage for erasing and writing, but also requires a relatively high level word line voltage for a read operation and a verify operation. Therefore, since the power consumption by the timing generator, the charge pump circuit for internal boosting, and the like is relatively large, the flash memory consumes a relatively large amount of power only by keeping it operable. Under such circumstances, even if the microcomputer is operated at a low clock frequency such as 32 kHz of the clock timer circuit in the low power consumption mode of the microcomputer, the comparison is performed as long as the flash memory is operable. Enormous power is consumed. The inventor of the present invention, when operating a microcomputer at a low-speed clock frequency such as 32 KHz of a clock timer circuit, transfers a program from a flash memory to a RAM, causes the CPU to execute the program in the RAM, and executes the operation of the flash memory. Was considered to be able to stop. As a result of further study, the present inventor has determined that in order to maximize the effect of low power consumption, transfer of the program and flash memory as functions unique to the microcomputer without depending on the user program. It has been found that it is advantageous to realize the operation stoppage.
[0006]
An object of the present invention is to provide a data processor which can easily reduce power consumption by an on-chip nonvolatile memory itself and realize low power consumption as a whole.
[0007]
Another object of the present invention is to provide, as a function unique to a microcomputer, data that can reduce power consumption by an on-chip nonvolatile memory and realize low power consumption as a whole without depending on a user program. It is to provide a processor.
[0008]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The outline of a representative invention among the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0010]
[1] A data processor according to the present invention has a central processing unit, a RAM, and a rewritable nonvolatile memory on a semiconductor chip, and stores a predetermined program from the nonvolatile memory to the RAM during a power-on reset. After the transfer is performed and the reset is released, a transition to the low power consumption mode in which the central processing unit executes the program of the RAM while the operation of the nonvolatile memory is stopped is enabled. Since the program is transferred during the reset, the power consumption by the on-chip nonvolatile memory is reduced as a function unique to the microcomputer without depending on the user program, thereby realizing low power consumption of the entire microcomputer. be able to.
[0011]
The power-on reset is instructed by, for example, assertion of an external reset signal. The reset release is performed, for example, by releasing the internal reset instruction after the reset signal is negated.
[0012]
As a specific mode, the transition to the low power consumption mode is enabled after executing reset exception processing after reset release. This transition is performed in accordance with a user program or an instruction from the outside, but the microcomputer itself is prepared to be able to immediately transition to the low power consumption mode when instructed.
[0013]
As another specific mode, the reset exception processing itself after reset release is set to the low power consumption mode. The low power consumption mode is set from the beginning, and the effect of low power consumption can be maximized. In this case, the RAM program executed after the reset release includes the exception handling and interrupt handling vector and the reset exception handling program.
[0014]
To facilitate the program transfer, it is desirable to have a transfer control circuit for controlling transfer of a predetermined program from the nonvolatile memory to the RAM.
[0015]
The microcomputer is allowed to transition to a normal operation mode in which the central processing unit executes the program of the nonvolatile memory. At this time, in the low power consumption mode, the central processing unit is operated in synchronization with a clock signal of a first frequency, and in the normal operation mode, the central processing unit operates as a lock signal of a second frequency higher than the first frequency. Operates synchronously.
[0016]
[2] A data processor according to another aspect of the present invention includes a central processing unit, a RAM, and a rewritable nonvolatile memory on a semiconductor chip, and stores a predetermined amount of data from the nonvolatile memory to the RAM during a power-on reset. The central processing unit executes the program of the RAM to perform a reset exception process in a state where the operation of the nonvolatile memory is stopped after the reset is released, and thereafter, the central processing unit executes the transfer of the RAM. And a normal operation mode in which the central processing unit executes the program in the nonvolatile memory. Since the program is transferred during reset, the power consumption of the on-chip nonvolatile memory is reduced as a function unique to the microcomputer without depending on the user program, thereby realizing low power consumption of the entire microcomputer. Can be. Since the RAM program is executed from the reset exception processing after reset release, the low power consumption mode is set from the beginning, and the effect of low power consumption can be maximized.
[0017]
In the reset exception processing and the low power consumption mode, the central processing unit is operated in synchronization with a clock signal of a first frequency, and in the normal operation mode, the central processing unit is synchronized with a clock signal of a second frequency higher than the first frequency. It is operated synchronously. Low power consumption is also achieved in terms of the clock frequency of the central processing unit.
[0018]
[3] A data processor according to still another aspect of the present invention has a central processing unit, a RAM, and a rewritable nonvolatile memory on a semiconductor chip, and transfers the data from the nonvolatile memory to the RAM during a power-on reset. A predetermined program is transferred, and after the reset is released, the central processing unit executes the program of the RAM and performs a reset exception process in a state where the operation of the nonvolatile memory is stopped. Since the program is transferred during reset, the power consumption of the on-chip nonvolatile memory is reduced as a function unique to the microcomputer without depending on the user program, thereby realizing low power consumption of the entire microcomputer. Can be. Since the RAM program is executed from the reset exception processing after reset release, the low power consumption mode is set from the beginning, and the effect of low power consumption can be maximized.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a microcomputer which is an example of a data processor according to the present invention. Although not particularly limited, the
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The interrupt
[0024]
Although not particularly limited, the
[0025]
In the module
[0026]
The
[0027]
The power supply
[0028]
The data
[0029]
The reset release is instructed by the external reset signal RES /, and the reset operation is released by the internal reset signal res / by asserting the signal S3, whereby the
[0030]
The operation mode of the
[0031]
In the low power consumption mode, the operation reference clock signal φs is used as the oscillation output of the
[0032]
The normal operation mode is an operation mode in which the operation reference clock signal φs is used as the oscillation output of the
[0033]
The standby mode instruction is given to the module stop control register 16 by the standby signal STB, and the control data is forced to stop the operation of all circuit modules. As a result, the oscillation operations of the
[0034]
FIG. 6 illustrates a timing chart of the power-on reset start of the
[0035]
In FIG. 6, (1), (2), and (3) show operations during reset. In (1), an internal reset process started by the assertion of the external reset signal RES / is performed. The oscillation stabilization wait period is set. That is, in FIG. 7, it is determined that the power supply voltage has become an operable voltage (S1), and thereafter, an elapse of the oscillation stabilization time is waited (S2). FIG. 9 illustrates an outline of an internal state of the
[0036]
Steps (2) and (3) in FIG. 6 are periods during which the data
[0037]
Thereafter, the
[0038]
In (5) of FIG. 6, for example, an input of a button operation is detected, and transition control to the normal operation mode is performed. That is, the
[0039]
After the necessary operation in the normal operation mode is completed, the operation mode is again shifted to the low power consumption mode as indicated by (7). In FIG. 8, the transition process is shown in steps S14 to S16.
[0040]
In FIG. 6, in the low power consumption mode, for example, when there is no operation request for a certain period, the standby mode is instructed from outside as shown by (8). When the release of the standby mode is instructed, the
[0041]
In the above description, the
[0042]
Contrary to the above, the
[0043]
FIG. 15 illustrates a timing chart of a power-on reset start of the microcomputer which is brought into the normal operation mode immediately after the reset. 16 and 17 show operation flowcharts at that time.
[0044]
In FIG. 15, (1), (2) and (3) show operations during reset. In (1), an internal reset process started by the assertion of the external reset signal RES / is performed. The oscillation stabilization wait period is set. That is, in FIG. 16, it is determined that the power supply voltage has become an operable voltage (S11), and thereafter, an elapse of the oscillation stabilization time is waited (S12).
[0045]
(2) and (3) in FIG. 15 are periods during which the data
[0046]
Thereafter, the
[0047]
In (5) of FIG. 15, for example, transition control to the low power consumption mode is performed. That is, as illustrated in FIG. 17, the address mapping is switched by the bus control register 30 (S17), the operation of the
[0048]
When the request for the high-speed operation is detected, the transition control to the normal operation mode is performed in (6) of FIG. That is, the
[0049]
In the example of FIG. 15, after the necessary operation in the normal operation mode is completed, the standby mode as indicated by {circle around (8)} is set, and thereafter, the mode transits to the normal operation power mode again.
[0050]
In the configuration in which the transition to the low power consumption mode is enabled after executing the reset exception processing after reset release as illustrated in FIG. 15, the transition to the low power consumption mode is performed by a user program or an external device. The microcomputer itself can be prepared so as to be able to immediately transit to the low power consumption mode upon receiving the instruction.
[0051]
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and it goes without saying that the invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
[0052]
For example, the operation mode of the microcomputer is not limited to the low power consumption mode, the normal operation mode, and the standby mode. A sleep mode in which the operation of the CPU and the flash memory is stopped to enable predetermined peripheral circuits to operate; a module standby mode in which the CPU and the flash memory are enabled and operation of the peripheral circuits are stopped; Sub-active mode to operate synchronously with the clock for clock, sub-sleep mode to suspend operation of the CPU and flash memory and enable peripheral circuits to operate synchronously with the clock for clock, and to suspend operation of the CPU and flash memory and operate only the clock timer A watch mode may be provided. Also, the oscillator is not limited to a configuration having two main oscillators and a sub-oscillator separately, but does not require high precision used for a clock or the like and has a low-frequency oscillator separately from a high-precision and high-frequency oscillator. It is preferable for low power consumption to operate only the former oscillator at the time of clock synchronization operation with priority on low power consumption. The circuit module possessed by the microcomputer is not limited to the example of FIG. 1 and can be changed as appropriate. The electrically rewritable nonvolatile memory is not limited to a flash memory, but may be an EEPROM, a high-dielectric memory, or the like. The data
[0053]
The data processor of the present invention can be widely applied to various data processing apparatuses called a microprocessor, a single-chip data processor, and the like, in addition to the microcomputer.
[0054]
【The invention's effect】
The following is a brief description of an effect obtained by a representative one of the inventions disclosed in the present application.
[0055]
That is, according to the data processor of the present invention, since the program is transferred from the nonvolatile memory to the RAM during the reset, it is possible to prepare to be able to immediately transition to the low power consumption mode when instructed. In addition, the power consumption of the on-chip nonvolatile memory can be reduced as a function unique to the microcomputer without depending on the user program, and low power consumption of the entire microcomputer can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a microcomputer according to an example of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram exemplifying address mapping between a flash memory and a RAM by reset;
FIG. 3 is an explanatory diagram exemplifying address mapping between a flash memory and a RAM in a low power consumption mode;
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a program space accessible by a CPU in a low power consumption mode;
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a program space accessible by a
FIG. 6 is a timing chart illustrating a power-on reset start state of the microcomputer;
FIG. 7 is an operation flowchart showing a part of the operation control procedure in the power-on reset start of FIG. 6;
FIG. 8 is an operation flowchart showing a continuation of FIG. 6;
FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating an internal state of a microcomputer in an internal reset process.
FIG. 10 is an explanatory diagram schematically illustrating an internal state of a microcomputer in transfer processing of a program or the like.
FIG. 11 is an explanatory diagram schematically illustrating an internal state of the microcomputer in a low power consumption mode.
FIG. 12 is an explanatory diagram schematically illustrating an internal state of the microcomputer when transitioning to a normal operation mode.
FIG. 13 is an explanatory diagram schematically illustrating an internal state of the microcomputer in a normal operation mode.
FIG. 14 is an explanatory diagram schematically illustrating an internal state of the microcomputer in a standby mode.
FIG. 15 is a timing chart illustrating a power-on reset start state of a microcomputer which is set to a normal operation mode immediately after reset.
FIG. 16 is an operation flowchart showing a part of the operation control procedure in the power-on reset start of FIG. 15;
FIG. 17 is a flowchart showing a continuation of FIG. 16;
[Explanation of symbols]
1 Microcomputer
2 Central processing unit (CPU)
3 Bus controller
4 Data transfer control circuit
5 Interrupt controller
6 System controller
7 Flash memory
8 RAM
RES / External reset signal
res / Internal reset signal
Claims (12)
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