JP2007316805A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体集積回路に関し、特に性能劣化と省電力のバランスを取る事を目的とするクロック制御に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to clock control for the purpose of balancing performance degradation and power saving.
近年、半導体プロセスの微細化技術の進化により半導体集積回路の集積度が飛躍的に向上している。そのため、一つの半導体装置に内装できる回路規模も大きくなり、システムの大部分を一つのシステムLSIで実現している。同時に、システムLSIには揮発性メモリや不揮発性メモリが接続され、システムLSIの動作周波数と共にメモリ動作周波数も年々増加している。 In recent years, the degree of integration of semiconductor integrated circuits has been dramatically improved by the advancement of semiconductor process miniaturization techniques. For this reason, the circuit scale that can be built in one semiconductor device is increased, and most of the system is realized by one system LSI. At the same time, a volatile memory and a non-volatile memory are connected to the system LSI, and the memory operating frequency increases year by year together with the operating frequency of the system LSI.
従来の半導体集積回路では、動作中の回路にのみクロックを供給する事で低消費電力を図る技術等を導入している。特に周辺回路に対してアクセスする際にのみクロックを供給することで低消費電力を図る技術がある(例えば特許文献1参照)。 In a conventional semiconductor integrated circuit, a technique for reducing power consumption by supplying a clock only to an operating circuit is introduced. In particular, there is a technique for reducing power consumption by supplying a clock only when accessing a peripheral circuit (see, for example, Patent Document 1).
同様にメモリに対するアクセスを行なう場合のみ、クロックを供給することで低消費電力を図る技術も公開されている。(例えば特許文献2参照)この技術の中では、複数のバンクをグループとしてまとめ、アクセスのあるバンクのグループのみクロック供給が行なわれている。 Similarly, a technique for reducing power consumption by supplying a clock only when accessing a memory is also disclosed. (For example, refer to Patent Document 2) In this technique, a plurality of banks are grouped together, and clocks are supplied only to groups of banks that are accessed.
図5は従来の構成例を示す図である。図5の半導体集積回路は、主回路としてのCPU10、従属回路制御信号11、従属回路としてのメモリ70、クロックゲーティング制御回路20クロック発生回路60とを備えて構成されている。従来では、クロックゲーティング制御回路20で発生したゲーティング制御信号40により直接、メモリ70へのクロック供給をON/OFF制御し、CPU10からのメモリ70へのアクセスがある場合のみクロック供給を行なう。
しかしながら上記の技術によりメモリに対するクロック制御を行う場合、クロックの停止状態から供給を開始しメモリアクセスが可能となるまでにセットアップ時間という時間が存在する。このセットアップ時間の存在によりメモリアクセス時の応答時間が悪くなる場合がある。特に複数のバンクグループへのアクセスが発生する場合、都度アクセスの有無によりバンクグループのクロック制御が行なわれる。そのため、メモリアクセスによる待ち時間が、クロック制御を全く行なわない場合に比較して伸びる傾向になる。よって処理時間へ影響が発生し、処理性能を劣化させることになる。 However, when the clock control is performed on the memory by the above technique, there is a setup time until the memory is accessible after the supply is started after the clock is stopped. Due to the presence of this setup time, the response time at the time of memory access may deteriorate. In particular, when access to a plurality of bank groups occurs, the clock control of the bank groups is performed depending on the presence or absence of access each time. Therefore, the waiting time due to memory access tends to increase as compared with the case where no clock control is performed. Therefore, the processing time is affected and the processing performance is degraded.
また処理時間が延びる事により、メモリにアクセスする主回路(例えばCPU等)へのクロック供給を停止する期間が短くなり、主回路側での消費電力が増大する。 Further, since the processing time is extended, the period for stopping the clock supply to the main circuit (for example, CPU) accessing the memory is shortened, and the power consumption on the main circuit side is increased.
前記課題を解決するために本発明は、
従属回路へのクロック供給を動的に制御する半導体集積回路であって、
前記従属回路に従属回路制御信号の送受信を行う主回路と、
前記従属回路に対するクロック信号を生成するクロック発生回路と、
前記従属回路制御信号よりゲーティング制御信号を生成するクロックゲーティング制御回路と、
前記従属回路に対するクロックゲーティングの有効化を制御するゲーティング許可信号を生成するクロックゲーティング有効制御回路と、を備え、
前記ゲーティング許可信号が有効を示す場合には、前記ゲーティング制御信号によって前記クロック信号へのゲーティング制御を行い、
前記ゲーティング許可信号が無効を示す場合には、前記ゲーティング制御信号による前記クロック信号へのゲーティング制御を行わないように構成されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A semiconductor integrated circuit for dynamically controlling clock supply to a subordinate circuit,
A main circuit for transmitting and receiving a subordinate circuit control signal to the subordinate circuit;
A clock generation circuit for generating a clock signal for the subordinate circuit;
A clock gating control circuit for generating a gating control signal from the subordinate circuit control signal;
A clock gating enable control circuit for generating a gating permission signal for controlling the clock gating enablement for the subordinate circuit,
When the gating permission signal indicates valid, gating control to the clock signal by the gating control signal,
The gating control signal is configured not to perform gating control on the clock signal when the gating permission signal indicates invalidity.
本発明では、動的にクロック制御を行なう期間と行なわない期間を設ける事で処理性能の劣化を抑え、システムとしての低消費電力化を図ることができる。 In the present invention, it is possible to suppress degradation in processing performance by providing a period in which clock control is dynamically performed and a period in which clock control is not performed, and to reduce power consumption as a system.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1を示す半導体集積回路の構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a semiconductor integrated circuit showing Embodiment 1 of the present invention.
図1の半導体集積回路は、主回路としてのCPU10、従属回路制御信号11、従属回路としてのメモリ70、クロックゲーティング制御回路20、ロックゲーティング有効制御回路30、クロック発生回路60とを備えて構成されている。
The semiconductor integrated circuit of FIG. 1 includes a
かかる構成によれば、まずCPU10でメモリ70に対して従属回路制御信号11を用いてアクセスを行なう。従属回路制御信号11は、通常バス接続されており、アドレスやデータ、バスプロトコルに従った制御信号を用いてメモリ70の制御・通信を行なう。
According to such a configuration, the
クロックゲーティング制御回路20はCPU10からメモリ70へのアクセスを感知し、メモリ70へクロック発生回路60で発生するクロック50のON/OFFを制御する信号であるゲーティング制御信号40を発生する。
The clock
さらにクロックゲーティング有効制御回路30は、ゲーティング制御信号40の有効・無効を制御するゲーティング許可信号41を発生する。このゲーティング許可信号41により有効とされたゲーティング制御信号40は、クロック発生回路60で発生したクロック50のON/OFFを制御する為に用いられる。
Further, the clock gating
本発明では図5の従来の構成とは異なり、クロックゲーティング有効制御回路30を用いて、ゲーティング制御信号40の有効・無効を制御する。クロックゲーティング有効制御回路30の詳細は実施の形態2で述べるが、クロックゲーティング有効回路30により従来のゲーティング制御信号40を有効化するか無効化するかの期間を制御することが可能である。
In the present invention, unlike the conventional configuration of FIG. 5, the validity / invalidity of the
図3は、ゲーティング許可信号41により従属回路が有効になるまでの遅延の有無を説明する一例である。この例では、ゲーティング許可信号41がゲーティング制御信号40を有効とする期間を、ゲーティング許可信号41のLOW期間としている。このゲーティング許可信号41がLOWの期間では、CPU10のメモリ70へのアクセスを感知して発生するゲーティング制御信号40がHIとなると、それに伴い1サイクル遅延してゲーティングクロック51が発生する。さらにゲーティングクロック51が発生後、メモリ70がアクセス可能となるまで1サイクル必要とし、トータルとして2サイクルの遅延が発生する。
FIG. 3 is an example for explaining the presence / absence of a delay until the dependent circuit is enabled by the
ゲーティング許可信号41がHIの期間では、ゲーティング許可信号41がHIとなった1サイクル後にゲーティングクロック51が発生する。ゲーティング制御信号40のHI/LOWには関わらずにゲーティングクロック51がメモリ70へ供給されるため、CPU10がメモリ70へアクセスする際には、既にメモリ70はアクセス可能状態となっているため遅延が発生しない。
During the period when the
この例では、メモリ70がクロックOFF状態からON状態の遷移に伴い、アクセス可能になるまでを1サイクルとしているが、従属回路の種類により遅延がさらに発生する。
In this example, the cycle until the
本発明の構成により、処理性能が必要とされる期間、例えばCPUでメモリアクセスを頻発し、かつ、そのアクセスは複数のバンクにまたがるメモリアクセスであり、その複数のバンク単位で動的にクロック制御を行なう場合、処理性能が必要とされる期間のみ、動的クロック制御をOFFにすることで処理性能の劣化を防ぐことができる。 According to the configuration of the present invention, memory access frequently occurs during a period when processing performance is required, for example, the CPU, and the access is memory access across a plurality of banks, and the clock control is dynamically performed in units of the plurality of banks. When performing the above, it is possible to prevent the degradation of the processing performance by turning off the dynamic clock control only during the period when the processing performance is required.
また処理性能よりメモリで消費される電力を重視する期間、例えばCPUでメモリアクセスを先行的に行い、CPUでの処理時間にデータの書き込み・読み込み時間を隠蔽する設計になっている場合には、動的クロック制御を行う事で、メモリで消費する電力を削減することができる。 In addition, when the power consumption in the memory is more important than the processing performance, for example, the CPU performs memory access in advance, and the CPU processing time is designed to conceal the data writing / reading time. By performing dynamic clock control, the power consumed by the memory can be reduced.
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2を示すクロックゲーティング有効制御回路30の構成図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a configuration diagram of the clock gating
図2のクロックゲーティング有効制御回路30は、設定値回路31、制御回路32、タイマー・カウンタ回路33を備えて構成されている。
The clock gating
かかる構成によれば、まず設定値回路31にゲーティング許可信号41がONとなる期間とその周期が設定されている。タイマー・カウンタ回路33は、所定のクロックでカウント行い、そのカウント数を制御回路32に通知する。まずゲーティング許可信号40がONの場合、制御回路32は、設定値回路31で設定されているゲーティング許可信号41がONとなる期間カウントされた事を検出すると、ゲーティング許可信号41をOFFとし、タイマー・カウンタ回路33をリセットしカウント数を初期化、タイマー・カウンタ回路33を再カウント開始させる。ゲーティング許可信号40がOFFの期間、制御回路32は設定値回路31で設定されている周期期間カウントされた事を検出すると、ゲーティング許可信号41をONとし、タイマー・カウンタ回路33をリセットしカウント数を初期化、タイマー・カウンタ回路33を再カウント開始させる。
According to this configuration, first, the period during which the
上記の構成及び動作を行なう事で、定期的に処理性能が必要となる処理に対してのみ動的クロック制御をOFFする事が可能となり、処理性能の劣化を防ぐ事ができる。 By performing the above-described configuration and operation, it is possible to turn off dynamic clock control only for processes that require periodic processing performance, and it is possible to prevent deterioration in processing performance.
また、システムLSIで処理するアプリケーションは多岐に渡るため、すべてのアプリケーションで共通の設定値を用いる事は困難である。そのため、設定値回路31をレジスタまたはメモリで構成する事により、LSIで処理しているアプリケーションにより設定値を書き換える事により、そのアプリケーションに適した動的クロック制御を行なうことができる。
In addition, since there are a wide variety of applications to be processed by the system LSI, it is difficult to use common setting values for all applications. Therefore, by configuring the
さらに、設定する期間と周期は1組とは限らず、複数設定可能とすることができる。これにより、複数の処理を行う場合にも対応が可能となる。図4にその設定値回路30の構成例を示す。
Furthermore, the set period and period are not limited to one set, and a plurality of settings can be set. Thereby, it is possible to cope with a case where a plurality of processes are performed. FIG. 4 shows a configuration example of the
図4の設定値回路30は、設定値記憶回路35と選択回路36で構成されている。設定値記憶回路35は、レジスタまたはメモリで構成されており、その値をCPU10から書き換え可能とする。また、その設定値は複数の組合せを保持する事ができ、その値を設定値A、B、C・・・とすると、CPU10からの指示により、選択回路36でその設定値A、B、C・・・の中から指示された設定値を選択し、制御回路32へ出力する。
The
また、有効期間を開始するタイミングの調整が必要となる場合がある。例えば、アプリケーションの開始時に動的クロック制御をOFFとする期間タイミングは、アプリケーションに依存している。そのため設定値回路31に位相情報を設定しスタートさせることにより、有効期間の開始時期が調整可能となり、アプリケーションに適した動的制御を行なう事ができる。
In addition, it may be necessary to adjust the timing for starting the effective period. For example, the period timing when the dynamic clock control is turned off at the start of the application depends on the application. Therefore, by setting the phase information in the
また、LSIで処理する複数のアプリケーションがそれぞれ周期性を持たない場合、上記の有効期間と周期で最適な設定することは困難であることが容易に想像できる。その場合、例えば動的クロック制御の有効期間と無効期間の比率の設定値を複数用意し、処理性能と電力を測定することで適した設定値を探ることができる。 In addition, when a plurality of applications processed by the LSI do not have periodicity, it can be easily imagined that it is difficult to optimally set the above effective period and period. In that case, for example, a plurality of setting values of the ratio between the effective period and the ineffective period of the dynamic clock control are prepared, and a suitable setting value can be found by measuring the processing performance and power.
本発明にかかる半導体集積回路の動的クロック制御技術は、処理性能の劣化と低消費電力をユーザが調整可能とし、システムLSI全般に適用できる。 The dynamic clock control technology for a semiconductor integrated circuit according to the present invention allows a user to adjust processing performance degradation and low power consumption, and can be applied to a system LSI in general.
10 主回路
11 従属回路制御信号
70 従属回路
20 クロックゲーティング制御回路
30 クロックゲーティング有効制御回路
40 ゲーティング制御信号
41 ゲーティング許可信号
50 クロック信号
51 ゲーティングクロック信号
60 クロック発生回路
31 設定値回路
32 制御回路
33 タイマー・カウンタ回路
35 設定値記憶回路
36 選択回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記従属回路に従属回路制御信号の送受信を行う主回路と、
前記従属回路に対するクロック信号を生成するクロック発生回路と、
前記従属回路制御信号よりゲーティング制御信号を生成するクロックゲーティング制御回路と、
前記従属回路に対するクロックゲーティングの有効化を制御するゲーティング許可信号を生成するクロックゲーティング有効制御回路と、を備え、
前記ゲーティング許可信号が有効を示す場合には、前記ゲーティング制御信号によって前記クロック信号へのゲーティング制御を行い、
前記ゲーティング許可信号が無効を示す場合には、前記ゲーティング制御信号による前記クロック信号へのゲーティング制御を行わないように構成された半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit for dynamically controlling clock supply to a subordinate circuit,
A main circuit for transmitting and receiving a subordinate circuit control signal to the subordinate circuit;
A clock generation circuit for generating a clock signal for the subordinate circuit;
A clock gating control circuit for generating a gating control signal from the subordinate circuit control signal;
A clock gating enable control circuit for generating a gating permission signal for controlling the clock gating enablement for the subordinate circuit,
When the gating permission signal indicates valid, gating control to the clock signal by the gating control signal,
A semiconductor integrated circuit configured not to perform gating control on the clock signal by the gating control signal when the gating permission signal indicates invalidity.
前記ゲーティング許可信号を発生させる周期と前記ゲーティング制御信号の有効期間とが設定値として設定された設定値回路と、
一定カウントをカウントするタイマー・カウンタ回路と、
前記設定値回路で指定された周期と有効期間とを、前記タイマー・カウンタ回路でカウントした結果に基づいて、前記ゲーティング許可信号を生成する制御回路と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 The clock gating effective control circuit includes:
A set value circuit in which a cycle for generating the gating permission signal and an effective period of the gating control signal are set as set values;
A timer / counter circuit that counts a fixed count;
A control circuit for generating the gating permission signal based on a result of counting the period and the effective period specified by the set value circuit by the timer / counter circuit;
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising:
前記制御回路は、前記位相情報に基づいて前記ゲーティング制御信号の位相を制御する請求項2に記載の半導体集積回路。 The set value of the set value circuit further includes phase information,
The semiconductor integrated circuit according to claim 2, wherein the control circuit controls a phase of the gating control signal based on the phase information.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
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EP2618520A2 (en) | 2012-01-17 | 2013-07-24 | ALAXALA Networks Corporation | Network relay apparatus and control method thereof |
-
2006
- 2006-05-24 JP JP2006143841A patent/JP2007316805A/en active Pending
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EP2618520A2 (en) | 2012-01-17 | 2013-07-24 | ALAXALA Networks Corporation | Network relay apparatus and control method thereof |
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