JP2007047966A - 省電力制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のCPUコアを内蔵するLSIを使用する電子機器において、待機時に遷移する電子機器の低消費電力モードでの消費電力低減と通常動作モードへの復帰イベント検出処理を両立することができる省電力制御システムを提供すること。
【解決手段】複数のCPUコアのうち、通常動作モードへの復帰イベント検出用に1つのCPUコアを通常動作モード時よりも低いクロック周波数で動作させ、他のCPUコアはCPUコアが備える低消費電力モードとする。又、機器の低消費電力モード時に動作し続けるCPUコアへ供給するクロック周波数は、他のCPUコアがクロック発振器の周波数変更を制御するよう構成する。
【選択図】図1
【解決手段】複数のCPUコアのうち、通常動作モードへの復帰イベント検出用に1つのCPUコアを通常動作モード時よりも低いクロック周波数で動作させ、他のCPUコアはCPUコアが備える低消費電力モードとする。又、機器の低消費電力モード時に動作し続けるCPUコアへ供給するクロック周波数は、他のCPUコアがクロック発振器の周波数変更を制御するよう構成する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子機器の省電力制御システムに関するものであり、特に低消費電力動作時にLSIに実装された複数のCPUコアの消費電力を低減する方式に関するものである。
近年、電子機器は、半導体素子の集積度の向上に伴い、高速化、高機能化を続け、その性能向上は著しい。一方、性能向上に合わせてアプリケーションも高度化を続け、アプリケーションが取り扱うデータも大容量化を続けているため、電子機器に求められる性能は数年前に比べて飛躍的に高くなっている。こうした要求に応えるべく、電子機器に搭載されるLSIは、専用ハードウェア回路によって高速化を図るとともに、ソフトウェア実行性能を向上させるために複数のCPUコアを1つのLSIへ搭載する例も増えてきている。
一方、近年電子機器の消費電力を抑えるために省電力規格を制定し、国際的に取り組みが行われている。省電力規格は機器の動作中だけでなく、動作していない時の消費電力も対象としているため、動作時、待機時を含めた消費電力低減が必要である。電子機器の一種であるプリンタにおいても国際的な省電力規制が適用され、他の電子機器同様動作時の消費電力だけでなく待機電力も抑えることが必要となってきている。
CPUコアを搭載したLSIにおける低消費電力化の従来技術には、大別すると静的制御方法と動的制御方法がある。静的制御方法は、CPUを含めたLSIが高速で動作する必要がないことが分かっている場合にソフトウェアによって明示的に低消費電力モードへ遷移させる方法である。又、動的制御方法は、CPUやLSIの負荷状態をハードウェアによって監視し、動作クロック、電源電圧やしきい値電圧を動的に変化させる方法である。
静的制御方法には使用していない回路ブロックへ供給しているクロックを停止させるクロックゲーティングとCPUコアを専用命令によって低消費電力モードへ遷移させて待機状態とし、割り込みが入ると待機状態を抜けて通常動作モードに復帰させる方法がある。CPUの低消費電力モード時は必要最低限の回路ブロックのみに動作クロック信号を供給することで消費電力を低減する。
動的制御方法には、動作するアプリケーションが要求する性能からCPUコアが動作するクロックを選択し、動的にクロック周波数を変更する方法がある(例えば、特許文献1参照)。
又、動作クロック周波数の変更と組み合わせてCPUコアを含むLSIの動作電源電圧を変更する方法もある。低い処理性能で良い場合にはLSIへ供給する電源電圧を低くする。
特開平8−076874号公報
要求される性能を満たすため、専用ハードウェア回路と複数のCPUコアを内蔵するLSIを搭載した電子機器においては、処理負荷がピークとなる動作を含む通常動作モード時の省電力規格値を満足することよりもむしろ待機時の消費電力を低減させることの方が難しい。その理由は、要求性能を満たすため高い処理能力を持ったハードウェアとCPUの消費電力は高くなる傾向があるが、待機時は処理性能を抑えてでも消費電力をできるだけ下げなければならないからである。
又、電池で動作が必要な携帯機器を除けば、通常動作時の消費電力の低減要求の優先度は下がる。例えば、AC電源で動作するプリンタにおいては待機時の消費電力を低減することが省電力性能としては優先度が高い。
待機時の消費電力を抑えるためには前述した従来例における静的制御によって十分な省電力効果があれば良い。動的制御を行うためには、実行するアプリケーションの要求性能から最低限必要な処理性能を換算して動作クロックを変更する手段が必要となる。更に、消費電力を低減するためにLSIへ供給する電源電圧を変更する制御を組み合わせることがある。最低限必要な処理性能を算出するためには、アプリケーションから要求性能を指示する手段と要求性能に対して十分な処理性能となるクロック周波数を算出する手段と動的にクロック周波数を変更する手段が必要になる。更に、LSIへ供給する電源電圧を変更するためには、LSI外部に電源電圧変更手段が必要となることと同時に、LSI自身も動作する電源電圧範囲を広くしなければならない。
又、待機時に低消費電力モードへ遷移した電子機器は、復帰イベントを検知して通常動作モードへ復帰する必要がある。例えば、プリンタは待機時に低消費電力モードに入ると、ユーザによる操作パネルへのキー入力、ホスト機器から送信されたプリントジョブの受信等を復帰イベントとして検知して通常動作モードへ復帰する必要がある。高速なCPUを搭載した機器では、低消費電力モードから通常動作モードへの復帰イベント監視用に小型低速低消費電力のマイコンを別に用意し、低消費電力モード時は高速なCPUはクロック停止或は電源を遮断するように構成した例もあるが、マイコンが別途必要になるため、マイコン実装のための基板面積の増大、マイコン分のコストアップという欠点がある。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とする処は、複数のCPUコアを内蔵するLSIを使用する電子機器において、待機時に遷移する電子機器の低消費電力モードでの消費電力低減と通常動作モードへの復帰イベント検出処理を両立することができる省電力制御システムを提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、複数のCPUを搭載する電子機器において、CPUは通常動作モードと低消費電力モードを備え、少なくとも1つのCPUへ供給するクロックの周波数を変更可能なクロック生成手段と、CPUが相互に動作モードを検知可能なCPU動作モード検知手段と、CPUが相互に動作モード変更要求を通知可能なCPU動作モード変更要求通知手段とを備えることを特徴とする省電力制御システムである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記クロック生成手段は、プログラムによって生成するクロック周波数を変更可能であることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記CPUは、低消費電力モード中にクロック周波数を変更可能であることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1〜3の何れかに記載の発明において、前記省電力システムのCPUは、LSIに内蔵されたCPUコアであることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1〜5の何れかに記載の発明において、前記CPU或はCPUコアは、専用命令によって低消費電力動作モードへ移行可能であり、割り込みによって通常動作モードへ復帰可能であることを特徴とする。
本発明によれば、電子機器の待機状態での消費電力を低減させるために、機器に搭載したLSIの複数のCPUコアの1つを低い周波数で動作させ、他のCPUコアは低消費電力モードとするので、従来復帰イベント検知用に必要であったマイコンが不要になるという効果がある。又、従来動的制御を行う場合、CPUコアのクロック周波数を動的に変更することやCPUコアを搭載するLSIへ供給する電源電圧を動的に変更することによって消費電力を低減する機能に対応したCPUコアが必要であったが、クロックや電源電圧の動的変更に対応可能な機能を持たないCPUコアであっても本発明を構成することができる。従って、CPUコアの幅広い選択肢を使用者へ提供することができるという効果が得られる。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここでは、プリンタを例として説明を行う。
図4は本発明が実装されるプリンタシステムの概略ブロック図であり、301はプリンタ本体であり、ホストPC304と接続されている。ホストPCとはネットワーク(有線LAN、無線LAN)やUSB、IEEE1394等を介して接続される。プリンタ301は、コントローラ302とプリンタエンジン303から構成されている。
コントローラは、ホストPC304とのインタフェース機能を持ち、ホストPCから送信された印刷データを解釈し、画像処理を行い、2値データへ変換してプリンタエンジンへ渡す。プリンタエンジン303は、コントローラ302から2値化された印字データを受け取り、インクジェットプリンタの場合、プリントヘッドのスキャン制御、インク吐出制御、紙送り制御等を行い、印刷を行う。
図5はコントローラのブロックを示す図である。
コントローラ401は、USBインタフェースを介してホストPC415と、IEEE1394インタフェースを介してホストPC418と、又、LANインタフェースを介して複数のホストPCと接続され、更にエンジンインタフェースを介してプリンタエンジン413と接続される。
コントローラ401は、コントローラチップ402とROM405、RAM407、操作パネル409、IEEE1394インタフェース417、LANコントローラ419、拡張インタフェース420から構成され、コントローラチップ402とLANコントローラ419、IEEE1394インタフェース417、拡張インタフェース420は拡張バスを介して接続される。
コントローラチップ402は、いわゆるSOC(System On a Chip)であり、CPUブロック403、ROMコントローラ404、RAMコントローラ406、操作パネルインタフェース408、バスインタフェース416、割り込みコントローラ410、画像データ処理ブロック411、USBインタフェース414、エンジンインタフェース412から構成されるLSIであり、各ブロックは内部バスによって相互に接続されている。
CPUブロック403は、ここでは同じ種類の2つのCPUコアから構成されるマルチCPUコアブロックであり、各々のCPUコアはCPU−1 403−1、CPU−2 403−2で示され、ROM405に格納されたプログラムに従って動作し、各種インタフェースを通じてホストPC、プリンタエンジンとの通信や各部の制御を行う。ROMコントローラ404は、接続されたROM405とのインタフェースを行う。RAMコントローラ406は、接続されたRAM407とのインタフェースを行い、RAMアクセスタイミングを制御しながら、CPUブロック403や他のブロックからの要求に従い、RAMへのデータ入出力を行う。
操作パネルインタフェース408は、操作キーやLED、LCDを実装した操作パネル409とのインタフェースを行い、ユーザからの操作キー入力をCPUブロック403へ伝え、CPUブロック403からの命令によってLED、LCDの表示が制御される。バスインタフェース416は拡張バスを制御するブロックであり、拡張バスに接続された各コントローラとの通信制御を行う。
割り込みコントローラ410は、各ブロックからの割り込み信号を集積してCPUブロック403へ割り込み要求として通知する。割り込みはCPUブロック403内の各CPUコア(CPU−1 403−1、CPU−2 403−2)に個別に通知することができる。画像データ処理ブロック411は、ホストPCから送信される印刷データをRAM407から読み出し、各インク色のドットデータに変換し、RAM407へ書き戻すブロックである。エンジンインタフェース412は、各インク色のドットデータをRAM407から読み出し、プリンタエンジン413へ送信する制御を行う。
ホストPCから送信される印刷データは、コントローラの各インタフェースから入力される。IEEE1394インタフェース或はLANコントローラを経由して入力された印刷データは、拡張バスを通じてコントローラチップ402のバスインタフェース416を経由し、RAMコントローラ406の制御に従ってRAM417へ書き込まれる。USBインタフェース414は、コントローラチップ402に内蔵されており、ホストPC415から入力された印刷データは内部バスを通じてRAMコントローラ406の制御に従ってRAM407へ書き込まれる。
RAM407へ書き込まれた印刷データは、CPUブロック403によって通信プロトコルが解釈された後、デコーダ410へ渡され、デコードされる。デコードされた印刷データは、画像データ処理ブロックによって各インク色のドットデータに変換された後、エンジンインタフェース412を通じてプリンタエンジン413へ送信され、紙へ印刷される。
図1は図5に示すCPUブロック403の内部ブロック図である。
CPUブロック403は本図では101で示され、CPUコア CPU−1 102、CPUコア CPU−2 103、CPUブロックレジスタ104、CPUクロック発振器108から構成され、CPUブロックレジスタ104は、CPU−1状態レジスタ105、CPU−2状態レジスタ106、クロック分周設定レジスタ107から構成されている。
CPU−1 102は、CPUコアであり、内部バスに接続され、内部バスを通じてROM405やRAM407をはじめ各種ハードウェア資源にアクセス可能である。CPUブロックレジスタ104からはクロック分周設定レジスタ107に設定された値、CPU−2状態レジスタ106に設定された値を読み出し可能である。又、クロック発振器108から供給されるクロック−1信号に同期して動作するよう構成されている。又、専用命令によってCPUコアの内部クロックを極力停止して消費電力を低減するCPU低消費電力モードを備える。更に、CPU低消費電力モードからは割り込みによって通常動作モードへ復帰可能な機構を備える。
CPU−2 103は、CPU−1 102と同じCPUコアであり、CPU−1 102と同様内部バスに接続され、内部バスを通じてROM405やRAM407をはじめ各種ハードウェア資源にアクセス可能である。CPUブロックレジスタ104へはクロック分周設定レジスタ107にCPU−1 102の動作クロックの分周比を設定できる。又、CPU−1状態レジスタ105に設定された値を読み出し可能である。又、クロック発振器108から供給されるクロック−2信号に同期して動作するよう構成されている。又、専用命令によってCPUコアの内部クロックを極力停止して消費電力を低減するCPU低消費電力モードを備える。更に、CPU低消費電力モードからは割り込みによって通常動作モードへ復帰可能な機構を備える。
CPUブロックレジスタ104は、CPU−1状態レジスタ105、CPU−2状態レジスタ106、クロック分周設定レジスタ107から構成されている。
CPU−1状態レジスタ105は、CPU−1 102から出力されている内部動作状態を示す信号が接続され、CPU−1 102が通常動作モードか、内部クロックが殆ど停止する動作モードである低消費電力動作モードかを予め定義された値として保持する。CPU−1状態レジスタ105は、CPU−2 103から読み出すことが可能であり、CPU−2 103は、CPU−1の動作状態を知ることができる。
CPU−2状態レジスタ106は、CPU−2 103から出力されている内部動作状態を示す信号が接続され、CPU−2 103が通常動作モードか、内部クロックが殆ど停止する動作モードである低消費電力動作モードかを予め定義された値として保持する。CPU−2状態レジスタ106は、CPU−1 102から読み出すことが可能であり、CPU−1 102は、CPU−2の動作状態を知ることができる。
クロック分周設定レジスタ107は、CPU−2 103からクロック分周比を決める値を設定可能であり、CPU−1 102の動作クロック周波数を変更・設定できる。又、クロック分周設定レジスタ107は、CPU−1 102、CPU−2 103の各CPUコアから設定値を読み出し可能である。
クロック発振器108は、CPU−1 102、CPU−2 103の各CPUコアの動作クロックであるクロック−1、クロック−2を生成し供給する。CPU−1 102へ供給するクロック−1は、クロック分周設定レジスタ107から出力される信号の組み合わせによって、プリンタの通常動作モード時のクロックの例えば1/2,1/4,1/8等の分周比となるクロックを生成可能である。
一方、CPU−2 103へ供給するクロック−2に関してはクロック−1のような周波数変更設定機能は持たない。本ブロック図ではクロック分周設定レジスタ107は1つのブロックとして記載しているが、前述のようにクロック−1、クロック−2に対して異なる周波数を設定可能なように構成されている。
次に、プリンタがプリント処理を行っていない待機状態から、プリンタの省電力モードである低消費電力モード(以下、「スリープモード」と呼ぶ)へ移行する際に2つのCPUコアを制御する処理動作を図2のフローチャートを参照して説明する。
CPUブロック101内部のCPU−1,CPU−2の動作を図2中、それぞれCPU−1,CPU−2と記した縦のラインに時系列順で示している。縦のラインからもう一方の縦のラインへの実線の矢印はそれぞれCPU−1状態レジスタ105、CPU−2状態レジスタ106から相手側のCPUコアの状態を読み取る動作を示している。又、破線の矢印は相手側のCPUコアに対して割り込みを掛ける処理を表している。
本実施の形態では、プリンタのスリープモード時はCPU−1 102は、プリンタの通常動作モード時よりも低い動作周波数で動作し、CPU−2 103は、CPU低消費電力モードへ移行し、CPUコア内部はほぼ停止状態となり、消費電力が低く抑えられる。
図2に示す処理は、プリンタがスリープモードへ移行する処理の中で実行される。
S101はCPU−1をCPU低消費電力モードへ移行させる処理である。CPU−1が低消費電力モードへ移行する専用命令を実行することによって実現される。S201でCPU−2は、CPU−1がCPU低消費電力モードに入ったかどうかをCPU−1状態レジスタ105を読み出して判定する。CPU−1がCPU低消費電力モードに入るまで待つ。CPU−1がCPU低消費電力モードに入ると、S202でクロック分周設定レジスタ107へ予め定められた値を書き込むことによってCPU−1のクロック周波数低下設定を実行する。
S202でクロック分周設定レジスタ107の設定が完了すると、CPU−1へ供給されるクロック−1が通常動作モード時よりも低い動作クロック周波数へ変更される。S201でCPU−1がCPU低消費電力モードへ入るまで待つのは、CPU−1コアの動作停止はCPU低消費電力モードへ移行することで保証されるからであり、CPU−1の動作中にクロック−1が変化しないようにすることによって予期せぬ異常状態にCPU−1が陥らないようにするためである。
又、CPUコアの種類によっては動作クロックのデューティに対する要求が厳しいものがあり、CPUコアへ供給する動作クロック周波数を動的に切り替える場合、周波数を切り替える瞬間においてもデューティを保障することは一般に難しいためでもある。このように制御することにより、クロック周波数切り替え時にデューティが崩れても問題はない。
次に、S203でCPU−1へ復帰割り込み要求を発行する。CPU−2から割り込みコントローラ410内の図示しないレジスタへデータを書き込むことで、CPU−1を通常動作モードへ復帰させるための割り込みをCPU−1に対して掛ける。この割り込みが図2内で破線の矢印で示されたようにCPU−1へ通知され、CPU−1は、S102で通常動作モードへ復帰する。この処理以降、図2に示すようにCPU−1は、プリンタのスリープモード時に動作する低クロック周波数で動作し、通常動作モード時よりも低い消費電力で動作する。CPU−1は、クロック分周設定レジスタ107の設定値を読み込むことで、自身のクロック周波数設定を知ることができるため、プリンタのスリープモード中の動作クロックに合わせてタイマーカウント設定等必要に応じて変更することも可能である。
CPU−2は、S204でCPU−1状態レジスタ105を読み込み、CPU−1がCPU低消費電力モードから抜けて、通常動作モードへ移行するまで待つ。
CPU−2は、S205で専用命令を実行することによって、CPU低消費電力モードへ移行する。この処理以降、CPU−2はCPU低消費電力モードとなる。
CPU−1は、S103でCPU−2がCPU低消費電力モードとなるまで待つ。CPU−2がCPU低消費電力モードへ以降した時点でプリンタのスリープモードでの動作モードとなる。
プリンタのスリープモード中に、例えばユーザがインクタンクの交換を行うと、インクカバーがオープンされたこと、インクタンクが取り外されたこと、新しいインクタンクが装着されたこと等の一連のインク交換に関する処理やユーザによる操作パネルのボタン操作の検出処理等は低クロックで動作中のCPUー1コアで実行されるプログラムによって検知、記憶、対処することができる。これら他にも高いCPU性能を必要としない処理は低クロック動作のCPU−1で対応することが可能である。
次に、プリンタがスリープモードから待機状態へ復帰する際の2つのCPUコアを制御する処理動作を図3のフローチャートを参照して説明する。
図3においても図2と同様に各々のCPUコアでの処理動作をそれぞれの縦のラインで時系列順に示す。
図3に示す処理は、CPU−1がスリープモードから通常動作モードへ復帰する復帰イベントを検出後開始される。復帰イベントは、例えばユーザからの操作パネルへのボタン操作やホストPCから送信された印刷ジョブ受信等がある。
S301はCPU−1からCPU−2に対して復帰要求割り込みを発行する処理である。CPU−1から割り込みコントローラ410内の図示しないレジスタへデータを書き込むことで、CPU−2を通常動作モードへ復帰させるための割り込みをCPU−2に対して掛ける。この割り込みが図3内でS301からの破線の矢印で示されたようにCPU−2へ通知され、CPU−2は、S401で通常動作モードへ復帰する。この処理以降、図3に示すようにCPU−2は通常動作モードで動作する。
CPU−1は、S302でCPU−2状態レジスタ106を読み込み、CPU−2がCPU低消費電力モードから抜けて通常動作モードへ移行するまで待つ。
CPU−1は、S303で専用命令を実行することによってCPU低消費電力モードへ移行する。
CPU−2は、S402でCPU−1がCPU低消費電力モードに入ったかどうかをCPU−1状態レジスタ105を読み出して判定する。CPU−1がCPU低消費電力モードに入るまで待つ。CPU−1がCPU低消費電力モードに入ると、S403でクロック分周設定レジスタ107へ予め定められた値を書き込むことによってCPU−1の通常動作クロック周波数設定を実行する。S403でクロック分周設定レジスタ107の設定が完了するとCPU−1へ供給されるクロック−1が通常動作モードクロック周波数へ変更される。
次に、S404でCPU−1へ復帰割り込み要求を発行する。CPU−2から割り込みコントローラ410内の図示しないレジスタへデータを書き込むことで、CPU−1を通常動作モードへ復帰させるための割り込みをCPU−1に対して掛ける。この割り込みが図3内で破線の矢印で示されたようにCPU−1へ通知され、CPU−1は、S304で通常動作モードへ復帰する。この処理以降、図3に示すようにCPU−1はプリンタの通常動作モード時に動作するクロック周波数で動作する。
CPU−2は、S405でCPU−1状態レジスタ105を読み込み、CPU−1がCPU低消費電力モードから抜けて通常動作モードへ移行するまで待つ。
この処理以降、CPU−1,CPU−2共に通常動作モード時のクロック周波数で動作し、プリンタは通常動作モードとなる。
上述したように、本実施の形態においては、プリンタのスリープモード時はCPU−1 102は、プリンタの通常動作モード時よりも低い動作周波数で動作し、CPU−2 103は、CPU低消費電力モードへ移行し、CPU内部はほぼ停止状態となるので、CPUコアで消費される電力はCPU−2では最低限に抑え、CPU−1ではスリープモード中に必要な処理能力を残した状態で低減することができるので、スリープモード用に別途マイコンを用意する必要はない。
又、2つのCPUコア間で相互に相手CPUの動作状態を確認しながらクロック周波数変更、CPU動作モード移行を行うので動作クロック周波数の動的な変更に対応していないCPUコアを使って電子機器の待機状態時、本実施の形態では、プリンタのスリープモード時の消費電力低減への対応が可能となる。
尚、本実施の形態では、CPUブロックに2個のCPUコアを内蔵する例を示したが、本発明はCPUコアの個数が2個に限定されるものではなく、3個以上のCPUコアを内蔵する場合であっても、スリープモード中に1個のCPUが低いクロック周波数で動作するように他のCPUを本実施の形態のCPU−2と同様に制御することで実現可能である。
101 CPUブロック
102 CPUコア CPU−1
103 CPUコア CPU−2
104 CPUレジスタブロック
105 CPU−1状態レジスタ
106 CPU−2状態レジスタ
107 クロック分周設定レジスタ
108 クロック発振器
102 CPUコア CPU−1
103 CPUコア CPU−2
104 CPUレジスタブロック
105 CPU−1状態レジスタ
106 CPU−2状態レジスタ
107 クロック分周設定レジスタ
108 クロック発振器
Claims (5)
- 複数のCPUを搭載する電子機器において、CPUは通常動作モードと低消費電力モードを備え、少なくとも1つのCPUへ供給するクロックの周波数を変更可能なクロック生成手段と、CPUが相互に動作モードを検知可能なCPU動作モード検知手段と、CPUが相互に動作モード変更要求を通知可能なCPU動作モード変更要求通知手段とを備えることを特徴とする省電力制御システム。
- 前記クロック生成手段は、プログラムによって生成するクロック周波数を変更可能であることを特徴とする請求項1記載の省電力制御システム。
- 前記CPUは、低消費電力モード中にクロック周波数を変更可能であることを特徴とする請求項1又は2記載の省電力制御システム。
- 前記省電力システムのCPUは、LSIに内蔵されたCPUコアであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の省電力制御システム。
- 前記CPU或はCPUコアは、専用命令によって低消費電力動作モードへ移行可能であり、割り込みによって通常動作モードへ復帰可能であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の省電力制御システム。
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