JP2005322266A - 低消費電力マイクロプロセッサおよびマイクロプロセッサシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】命令キャッシュ108から供給される命令列において、命令無効化回路109で浮動小数点演算ユニットを使用しない命令を無効命令に置き換え、その無効命令を浮動小数点命令レジスタ111に保持し、浮動小数点演算ユニット内の浮動小数点デコーダ119に供給するように構成される。無効命令が連続した場合、浮動小数点データパス123に加え、浮動小数点デコーダ119と浮動小数点レジスタ121の消費電力が削減できる。
【選択図】 図1
Description
特開平8−101820号では、オペレーションを行う部分であるデータパスの電力削減のために、データパスでオペレーションが行われない場合、データパス部の内部回路の動作を停止させる制御信号NOP(No operation)信号を生成する方式が示されている。命令をデコードし、デコードの結果、データパス部でオペレーションが行われない命令であった場合、1ビットのNOP信号CC=1を出力する。NOP信号CC=1のとき、データパス制御信号用のラッチを更新しないようにし、制御信号を不変とする。また、データパスの入出力ラッチを更新しないようにし、入出力データを固定とする。このとき、入力データと制御信号が変化しないので、データパス部でスイッチングを行わないため低消費電力化が可能となる。
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図面から明らかになるであろう。
また、FPUの命令レジスタ11はCPU内に形成されているが、FPU内に形成してもよい。IPとして、FPUをCPUと同一の半導体基板上に形成する場合、或いは別チップとしてFPUをCPUに接続する場合において、組み込むFPUに命令レジスタが形成されているかされていないかによって異なる。また、無効化回路もCPU側に形成されているが、FPU以外のコプロセッサをCPUに接続した場合、或いは従前とは異なるFPUを接続した場合、無効化回路がCPU内にあれば、導入するFPUの内部回路の変更が不要となり、導入が容易となる。一方、FPUを提供することを考えると、提供するFPUに無効化回路があればCPU側の回路変更が不要となる。つまり、無効化回路をCPU或いはコプロセッサの何れに形成するかは、設計及び顧客との関係等により変更することが可能である。但し、無効化回路とレジスタとがFPU内に形成された場合、供給される命令はCPUを経由しないと言うことも可能だが、その場合についても、本明細書では便宜上、CPUを経由してFPUに供給される、と見なす。また、FPUがメモリから命令を受ける際、無効化回路を通してレジスタ11に命令がフェッチされる構成となっているが、無効化回路とレジスタ11の順序は逆であってもよい。但し、命令レジスタの前に無効化回路を設けることで有利な点はあるが、それについては後述する。前述した如く、CPUとFPUとの何れに無効化回路及びレジスタが形成されているかによってその構成は変更することが可能である。
本発明の命令無効化回路は、命令レジスタの前段に置けばよく、FPUの内部を変更することがない。
また、本実施形態では、命令の一つとしてのNOP命令に特筆しているが、命令としてのNOPに特定される訳ではない。例えば、FPU命令とは無関係な命令が無効化回路に入力された場合、選択手段により、全てが“1”のコードをデコーダに供給することも可能である。この場合も、デコーダでのスイッチング回数は削減され、デコーダでの消費電力低減が可能となる。勿論、“1”以外に“0”も可能であるし、その他の特定のコードでも可能である。また、FPUの命令コードを参照して、FPU以外の命令が入力された場合にデコードを固定する際、スイッチング回数が最も削減されるコードをシミュレーション等で計算し、そのコードを無効化回路によってデコーダに供給することも可能である。この方だと、デコーダでの電力削減効果がより大きくなる。
1:CPU、2:FPU
3:メインメモリ、4:データバス、5:アドレスバス、6:BIU
7:データキャッシュ、8:命令キャッシュ
9:命令無効化回路
10:CPU用命令レジスタ、11:FPU用命令レジスタ
12:整数デコーダ、13:整数デコーダ用ラッチ、
14:整数レジスタファイル、15:ALU入力ラッチ、16:ALU
17:ALU出力ラッチ
18:CPG
19:浮動小数点デコーダ
20:浮動小数点デコーダ用ラッチ、21:浮動小数点レジスタファイル
22:浮動小数点データパス入力ラッチ
23:浮動小数点データパス回路
24:浮動小数点データパス出力ラッチ
51, 701:無効制御レジスタ
61:コプロセッサ用ラッチ
62:コプロセッサ回路
71:コプロセッサ
401, 702:命令コード
402, 403:比較器
404 :ANDゲート
405, 703:2入力セレクタ
406, 704:無効化回路出力。
Claims (62)
- 命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力をデコードする命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従い演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、入力された命令が所定命令の場合、前記入力された命令を前記命令デコーダに出力し、入力された命令が前記所定命令以外の命令の場合、前記入力された命令とは異なる第1の命令を前記命令デコーダに出力することを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、命令判定回路と命令選択回路とを有し、
前記命令判定回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記所定命令であるか否かを判定し、
前記命令選択回路は、前記判定の結果に基づき、前記入力された命令か前記第1の命令かの何れかを選択して前記命令デコーダに出力することを特徴とする請求項1記載のマイクロプロセッサ。 - 前記所定命令は、前記演算器に演算を行わせるための命令であることを特徴とする請求項1または2記載のマイクロプロセッサ。
- 前記第1の命令は、NOP命令であることを特徴とする請求項1乃至3記載のマイクロプロセッサ。
- 前記第1の命令は特定のコードの命令であることを特徴とする請求項1乃至3記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、特定演算回路の演算器であることを特徴とする請求項1乃至5記載のマイクロプロセッサ。
- 前記特定演算回路はFPUであることを特徴とする請求項6記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、第1のラッチに格納されたデータの演算を行い、演算結果を第2のラッチに出力し、
前記命令デコーダに前記第1の命令が入力されたとき、前記第1のラッチと前記第2のラッチとに対して供給されるクロックが停止させることを特徴とする請求項1乃至7記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、更に、命令を受ける第2のレジスタと、
前記第2のレジスタに接続された第2の命令デコーダと、
前記第2の命令デコーダの出力によって制御される第2の演算器とを有し、
前記命令処理回路に供給される命令と前記第2のレジスタとに入力される命令とは同じ命令であることを特徴とする請求項1乃至8記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項1乃至9記載のマイクロプロセッサ。
- 命令が入力される命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力を受ける命令レジスタと、
前記命令レジスタの出力をデコードする命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従い演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、入力された命令が所定命令以外の場合、前記命令レジスタに供給するクロックを停止させることを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、命令判定回路と、クロックが供給されてクロックを前記命令レジスタに供給する制御回路とを有し、
前記命令判定回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記所定命令であるか否かを判定し、前記判定の結果を前記制御回路に出力し、
前記制御回路は、前記判定の結果に基づき、前記入力された命令が前記所定命令以外の命令の場合、前記命令レジスタに供給するクロックを停止させることを特徴とする請求項11記載のマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、命令判定手段と制御手段とを有し、
前記命令判定手段は、前記命令処理回路に入力された命令が前記所定命令であるか否かを判定し、前記判定の結果を前記制御手段に出力し、
前記制御手段は、前記判定の結果に基づき、前記入力された命令が前記所定命令以外の命令の場合、前記命令レジスタに供給するクロックを停止させることを特徴とする請求項11記載のマイクロプロセッサ。 - 前記所定命令は、前記演算器に演算を行わせるための命令であることを特徴とする請求項11乃至13記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、特定演算回路の演算器であることを特徴とする請求項11乃至14記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、第1のラッチに格納されたデータの演算を行い、演算結果を第2のラッチに出力し、
前記命令処理回路に入力された命令が、前記所定命令以外の場合、前記第1のラッチと前記第2のラッチとに対して供給されるクロックが停止させることを特徴とする請求項11乃至15記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、更に、命令を受ける第2のレジスタと、
前記第2のレジスタに接続された第2の命令デコーダと、
前記第2の命令デコーダの出力によって制御される第2の演算器とを有し、
前記命令処理回路に供給される命令と前記第2のレジスタとに入力される命令とは同じ命令であることを特徴とする請求項11乃至16記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項11乃至17記載のマイクロプロセッサ。
- 命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力をデコードする命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従い演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、入力された命令が所定命令以外の場合、前記入力された命令を前記命令デコーダに供給しないことを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、命令判定回路とスイッチ回路とを有し、
前記命令判定回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記所定命令であるか否かを判定して前記判定の結果を前記スイッチ回路に出力し、
前記スイッチ回路は、前記判定の結果に基づき、前記入力された命令が前記所定命令以外の命令の場合、前記命令判定回路と前記命令デコーダとの接続を開放させることを特徴とする請求項19記載のマイクロプロセッサ。 - 前記所定命令は、前記演算器に演算を行わせるための命令であることを特徴とする請求項19または20記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、特定演算回路の演算器であることを特徴とする請求項19乃至21記載のマイクロプロセッサ。
- 前記特定演算回路はFPUであることを特徴とする請求項22記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、第1のラッチに格納されたデータの演算を行い、演算結果を第2のラッチに出力し、
前記命令処理回路に入力された命令が、前記所定命令以外の場合、前記第1のラッチと前記第2のラッチとに対して供給されるクロックが停止させることを特徴とする請求項19乃至23記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、更に、命令を受ける第2のレジスタと、
前記第2のレジスタに接続された第2の命令デコーダと、
前記第2の命令デコーダの出力によって制御される第2の演算器とを有し、
前記命令処理回路に供給される命令と前記第2のレジスタとに入力される命令とは同じ命令であることを特徴とする請求項19乃至24記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項19乃至25記載のマイクロプロセッサ。
- メモリからの命令が入力される命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力をデコードする第1のデコーダと、
前記第1のデコーダのデコード結果に従い演算を行う第1の演算器と、
前記命令処理回路の出力をデコードする第2のデコーダと、
前記第2のデコーダのデコード結果に従い演算を行う第2の演算器とを有し、
前記命令処理回路に入力された命令が第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第2のデコーダの消費電力を前記第1のデコーダの消費電力に対して低減させることを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第2のデコーダに対して、前記入力された命令とは異なる命令を出力することを特徴とする請求項27記載のマイクロプロセッサ。
- 前記異なる命令とは、NOP命令であることを特徴とする請求項28記載のマイクロプロセッサ。
- 前記マイクロプロセッサは、前記命令処理回路と前記第2のデコーダとの間に命令レジスタを有し、
前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記命令レジスタに供給するクロックを停止することを特徴とする請求項27記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、前記命令処理回路と前記第2のデコーダとの間にスイッチ回路を有し、
前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記スイッチ回路を制御し、前記命令処理回路と前記第2のデコーダとの接続を解除することを特徴とする請求項27記載のマイクロプロセッサ。 - 命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力をデコードする第1のデコーダと、
前記第1のデコーダのデコード結果に従い演算を行う第1の演算器と、
前記命令処理回路の出力をデコードする第2のデコーダと、
前記第2のデコーダのデコード結果に従い演算を行う第2の演算器とを有し、
前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第2のデコーダに対して、前記入力された命令とは異なる命令を出力することを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記異なる命令は、NOP命令であることを特徴とする請求項32記載のマイクロプロセッサ。
- 前記第1の演算器はALUであり、第2の演算器は特定演算回路の演算器であることを特徴とする請求項32または33記載のマイクロプロセッサ。
- 前記特定演算回路は、FPUであることを特徴とする請求項34記載のマイクロプロセッサ。
- 前記第2の演算器は、第1のラッチに格納されたデータの演算を行い、演算結果を第2のラッチに出力し、
前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第1のラッチと前記第2のラッチとに対して供給されるクロックが停止させることを特徴とする請求項32乃至35記載のマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第1の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第1のデコーダに対して、前記入力された命令を出力しないことを特徴とする請求項32乃至36記載のマイクロプロセッサ。
- 前記マイクロプロセッサは、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項32乃至37記載のマイクロプロセッサ。
- 命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力をデコードする第1のデコーダと、
前記第1のデコーダのデコード結果に従い演算を行う第1の演算器と、
前記命令処理回路の出力をデコードする第2のデコーダと、
前記第2のデコーダのデコード結果に従い演算を行う第2の演算器とを有し、
前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第2のデコーダに対して、前記入力された命令を出力しないことを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第2のデコーダに対して、前記入力された命令とは異なる命令を前記第2のデコーダに供給することを特徴とする請求項39記載のマイクロプロセッサ。
- 前記マイクロプロセッサは、更に、前記命令処理回路の出力が入力され、その出力が前記第2のデコーダに入力される命令レジスタを有し、
前記命令処理回路は、更に、制御回路を有し、
前記制御回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記命令レジスタに供給するクロックを停止させることを特徴とする請求項39記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、更に、前記命令処理回路の出力が入力され、その出力が前記第2のデコーダに入力されるスイッチ回路を有し、
前記命令処理回路は、更に、制御回路を有し、
前記制御回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記スイッチ回路を制御して、前記命令処理回路と前記第2のデコーダとの接続を開放させることを特徴とする請求項39記載のマイクロプロセッサ。 - 前記第1の演算器はALUであり、第2の演算器は特定演算回路の演算器であることを特徴とする請求項39乃至42記載のマイクロプロセッサ。
- 前記特定演算回路は、FPUであることを特徴とする請求項43記載のマイクロプロセッサ。
- 前記第2の演算器は、第1のラッチに格納されたデータの演算を行い、演算結果を第2のラッチに出力し、
前記命令処理回路に入力された命令が前記第2の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第1のラッチと前記第2のラッチとに対して供給されるクロックが停止させることを特徴とする請求項39乃至44記載のマイクロプロセッサ。 - 前記命令処理回路は、前記命令処理回路に入力された命令が前記第1の演算器に演算を行わせる命令でない場合、前記第1のデコーダに対して、前記入力された命令を出力するしないことを特徴とする請求項39乃至45記載のマイクロプロセッサ。
- 前記マイクロプロセッサは、同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項39乃至46記載のマイクロプロセッサ。
- 命令処理手段と、
前記命令処理手段の出力をデコードする第1のデコード手段と、
前記第1のデコード手段のデコード結果に従い演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理手段は、入力された命令が所定命令以外の場合、前記入力された命令を前記第1のデコード手段に供給しないことを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記所定命令は、特定演算回路の演算器に演算を行わせるための命令であることを特徴とする請求項48記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、第1のラッチに格納されたデータの演算を行い、演算結果を第2のラッチに出力し、
前記命令処理手段に入力された命令が、前記所定命令以外の場合、前記第1のラッチと前記第2のラッチとに対して供給されるクロックが停止させることを特徴とする請求項48または49記載のマイクロプロセッサ。 - 前記マイクロプロセッサは、更に、命令を受ける第2のレジスタと、
前記第2のレジスタに接続された第2のデコード手段と、
前記第2のデコード手段の出力によって制御される第2の演算器とを有し、
前記命令処理回路に供給される命令と前記第2のレジスタとに入力される命令とは同じ命令であることを特徴とする請求項48乃至50記載のマイクロプロセッサ。 - 命令が入力される命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力が入力される命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従って演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、入力された命令とは異なる第1の命令か前記入力された命令かの何れかを選択して出力する選択回路と、前記入力された命令の所定ビットが入力される判定回路とを有し、
前記判定回路は、前記所定ビットが第1の状態であった場合、前記選択回路を制御して前記第1の命令を前記命令デコーダに出力し、
前記判定回路は、前記所定ビットが第1の状態でなかった場合、前記選択回路を制御して前記入力された命令を前記命令デコーダに出力することを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 命令が入力される命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力が入力される命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従って演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、入力された命令とは異なる第1の命令か前記入力された命令かの何れかを選択して出力する選択回路と、制御レジスタとを有し、
前記制御レジスタの所定ビットが第1の状態であった場合、前記選択回路を制御して前記第1の命令を前記命令デコーダに出力し、
前記制御レジスタの所定ビットが第1の状態でなかった場合、前記選択回路を制御して前記入力された命令を前記命令デコーダに出力することを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記第1の命令は、NOP命令であることを特徴とする請求項52または53記載のマイクロプロセッサ。
- 前記第1の命令は特定のコードを有する命令であることを特徴とする請求項52または53記載のマイクロプロセッサ。
- 前記演算器は、特定演算回路の演算器であることを特徴とする請求項52乃至55記載のマイクロプロセッサ。
- 命令が入力される命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力が入力される命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従って演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、前記入力された命令の所定ビットが入力される判定回路と、前記判定回路の出力を受ける制御回路とを有し、
前記判定回路は、前記所定ビットが第1の状態であった場合、前記制御回路を制御して前記命令デコーダの動作を停止させることを特徴とするマイクロプロセッサ。 - クロック制御回路と、
命令が入力される命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力が入力される命令レジスタと、
前記命令レジスタの出力が入力される命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従って演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、前記入力された命令の所定ビットが入力される判定回路と、前記クロック制御回路の出力と前記命令レジスタとに接続されて前記判定回路の出力を受けるスイッチ回路とを有し、
前記判定回路は、前記所定ビットが第1の状態であった場合、前記スイッチ回路を制御して前記命令レジスタへのクロック供給を停止させることを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 命令が入力される命令処理回路と、
前記命令処理回路の出力が入力されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路の出力が入力される命令デコーダと、
前記命令デコーダのデコード結果に従って演算を行う演算器とを有し、
前記命令処理回路は、前記入力された命令の所定ビットが入力される判定回路を有し、
前記判定回路は、前記所定ビットが第1の状態であった場合、前記スイッチ回路を制御して前記命令処理回路と命令デコーダとの接続を開放することを特徴とするマイクロプロセッサ。 - 前記演算器は、特定演算回路の演算器であることを特徴とする請求項57乃至59記載のマイクロプロセッサ。
- 請求項19乃至26記載のマイクロプロセッサを搭載したことを特徴とする電池での動作が可能な携帯電子機器。
- 請求項39乃至47記載のマイクロプロセッサを搭載したことを特徴とする電池での動作が可能な携帯電子機器。
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KR100961632B1 (ko) * | 2008-10-27 | 2010-06-09 | 고려대학교 산학협력단 | 패치 엔진 |
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