JP2009237712A - 回路システムおよびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】
本件は、電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックを備えた回路システム等に関し、動作の確保と消費電力の低減を図る。
【解決手段】
電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロック(RDC120,RAM130,ROM140)と複数の回路ブロックそれぞれに対応して設けられ、制御を受けて対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行する複数のスイッチ素子121,131,141と、複数のスイッチ素子をそれぞれ制御して、それらのスイッチ素子に、対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行させる電力制御手段(CPU150およびプログラム)とを備えた。
【選択図】 図1

Description

本件は、電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックを備えた回路システム、および回路システム内で動作するプログラムに関する。
近年、様々な電子機器において、省エネルギー、すなわち消費電力の低減化に関心が集まっている。
例えばハードディスク装置内に組み込まれるシステムLSIには、クロックリソースから供給されるクロックに同期して動作する複数の回路ブロックが組み込まれており、このシステムLSIでは、従来は、そのクロックリソースから供給されるクロックの速度を下げたりクロックを停止することで消費電力を抑える工夫がなされている。
ところが、近年の回路微細化技術向上によるリーク電源の増大や、動作クロックの高速化によるスイッチング電流の増大などにより、従来方法のままでは消費電力対策が不充分となり、例えばラップトップコンピュータ用のハードディスク装置においてはバッテリによる長時間使用が出来なくなるという問題が生じ、またディスクトップ・サーバー用のハードディスク装置においては発熱対策用の冷却装置が必要となるなどの設備面での対策が必要となるおそれがある。
ここで、特許文献1には、電圧の異なる複数電源で動作する半導体集積回路において、低消費電力化を図るために、電源遮断したときにも貫通電流が発生しないレベルシフタ回路が開示されており、また、特許文献2には、2種類以上の電源を使用する多電源マイコンシステムにおいて、低電位電源出力の低下時にもI/Oポート出力端子の出力を安定化させる技術が開示されている。
しかしながら、これら特許文献1、2に開示された技術も、それぞれ低消費電力化や出力の安定化を実現するための工夫の一助となり得るが、回路システム全体を如何にして高機能動作を実現しつつ消費電力の低減化を図るかという観点から見たときには不充分な技術に過ぎない。
特開2004−128590号公報 特開2007−150987号公報
本件開示の回路システムおよびプログラムで解決しようとする課題は、回路システムの動作の確保と消費電力の低減を図ることにある。
本件開示の回路システムは、
電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックと、
複数の回路ブロックそれぞれに対応して設けられ、制御を受けて対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行する複数のスイッチ素子と、
複数のスイッチ素子をそれぞれ制御して、それらのスイッチ素子に、対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行させる電力制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本件開示のプログラムは、プログラムを実行するCPUと、電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックと、複数の回路ブロックそれぞれに対応して設けられ、制御を受けて対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行する複数のスイッチ素子とを備えた回路システムにおける、上記CPUで実行されるプログラムであって、
上記CPUに、複数のスイッチ素子をそれぞれ制御させて、それらのスイッチ素子に、対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行させることを特徴とする。
本件開示の回路システムおよびプログラムによれば、複数の回路ブロックの電力をその時その時の状態に応じて適応的に遮断することができ、その回路システムとしての機能を満足させるとともに電力遮断による消費電力低減化が図られる。
以下、本件開示の回路システムおよびプログラムの実施形態について説明する。
図1は、回路システムの一実施形態であるハードディスク用のシステムLSIの回路構成を示すブロック図である。
この図1に示すシステムLSI100は1つの集積回路を構成しており、1つの半導体パッケージに収容されている。このシステムLSI100は、ハードディスクコントローラ(HDC)110、リードチャネル(RDC)120、RAM130、ROM140、CPU150およびDMA160が備えられている。また、ここには、システムLSI100の外部に、ホスト200と、ダイナミックRAM(DRAM)170が示されている。尚、このシステムLSI100には、この図1に示した回路ブロックの他にも、ハードディスク装置(図示せず)に内蔵された記憶媒体であるディスクをアクセスするヘッドとの間で信号を送受するインタフェースや、ハードディスク装置に内蔵されたディスクを回転させるスピンドルモータやヘッドを位置決めするボイスコイルモータの駆動を指示する信号を出力するインタフェースなどが備えられているが、ここでの図示や詳細説明は省略する。
HDC110は、ホスト200と通信してホスト200からのディスクへの書込命令や書込用データ、読出命令等を受信し、およびディスクから読み出したデータのホスト200への送信を行なう回路ブロックである。
また、RDC120は、書込時には、HDC110から受け取った書込用データをヘッドに送るための信号に変換してヘッドに送り、また、読出時にはヘッドでピックアップされた信号を受け取り信号形式を変換してHDC110に読取信号を送る役割りを担っている回路ブロックである。
また、RAM130は、HDC110がホスト200から受け取った書込用データを一時的に格納しておくバッファや、HDC110がRDC120から受け取った、ホスト200に向けて送信すべきデータを一時的に格納しておくバッファや、CPU150で動作するプログラムの作業エリアなどとして利用される揮発性メモリである。
また、ROM140は、CPU150で実行されるプログラムや固定的な定数などが記憶された不揮発性メモリである。
CPU150は、プログラムを実行してこのシステムLSI100の全体を制御する役割りを担っている。
さらに、DMA160は、CPU150からの指示を受け、RAM130とDRAM170との間で、データを、CPU150を媒介させずに直接に転送する機能を有する回路ブロックである。
ここで、このシステムLSI100を構成する各回路ブロックには電力が供給され、各回路ブロックはその供給された電力で動作するが、特に、RDC120、RAM130およびROM140には、電力供給ライン上に各スイッチ素子121,131,141が備えられ、CPU150の指示により、個々に電力の供給および遮断が行なわれる。
図2は、CPUから見たメモリアドレスマップの一例を示す図である。
ここには、アドレスの若い順にRAM用領域、ROM用領域、HDC用領域およびDRAM用領域が割り当てられており、ROM用領域の先頭アドレスにブート用のファームウェアが格納されている領域の先頭アドレスが格納されている。
図3は、電源遮断/再投入時の第1例を示すフローチャートである。
ハードディスク装置で使われる代表的なプロトコルであるATA(Advanced Technology Attachment)では、パワーダウン用に幾つかのコマンドが用意されている。ここでは、そのうちの1つであるスリープ(Sleep)コマンド指示による電源遮断、リセット(Reset)による復帰手順について説明する。
スリープコマンドの場合、数秒以内に復帰すればよく、ここでは、図1に示すRDC120、RAM130およびROM140の全ての回路ブロックの電源が遮断される。
先ずHDC110でコマンドを受信するとそのコマンドがCPU150に伝えられ(ステップS101)、そのコマンドがスリープコマンドであるか否かが判定される(ステップS102)。この図3に示すフローは、スリープコマンドを受信したときの処理を示しており、スリープコマンド以外のコマンドを受信したときは何もせずにこのフローを抜ける。
その受信したコマンドがスリープコマンドであったときは、ステップS103に進み、RDC120の電源が遮断され、次いで、CPU150からの指示を受けたDMA160により、RAM130に格納されているデータがDRAM170に退避される(ステップS104)。退避が完了すると(ステップS105)、RAM130とROM140の電源が遮断される(ステップS106)。
すなわち、ここでは、RDC120、RAM130およびROM140の全ての回路ブロックの電源が遮断される。
次にホスト200からのリセットコマンドを受信すると(ステップS107)、RAM130とROM140に電源が投入され(ステップS108)、CPU150で処理されるプログラムのステップがROM140の先頭(図2参照)にジャンプし(ステップS109)、DMA160により、DRAM170に退避されていたデータのRAM130への転送による、RAM130のデータ復旧が行なわれ(ステップS110)、データ復旧が完了すると(ステップS111)、RDC120に電源が投入され(ステップS112)、ホスト200に向けて復帰通知がなされる(ステップS113)。
この場合、ホスト200からのリセットコマンド受信から復帰までの間に多少の時間を要するものの、RDC120、RAM130およびROM140の全ての回路ブロックについて電源遮断を行なっており、消費電力の大幅な削減が可能である。
図4は、電源遮断/再投入時の第2例を示すフローチャートである。
特に、いわゆるノート型パーソナルコンピュータ等で使用されるハードディスク装置ではバッテリによる長時間駆動を実現する必要上、ディスクに対する書込み又は読出しを実行している時以外は、極力、図1のシステムLSI100自身の判断にてパワーダウンを行なうことが好ましい。この場合、復帰は一般的に、ホスト200からの書込み又は読出しの指示があったときに行なわれる。この場合、図3に示すスリープコマンドを受信した場合と比べ短時間で復帰する必要があるため、ここでは、RAM130のデータを退避させなくても済むよう、RDC120とROM140については電源を遮断し、RAM130については、引き続き電源を投入したままの状態とする。
尚、ここでのハードディスク装置は、書込みや読出しの指示がないときに、ヘッドをディスクから外れた場所に退避させるアンロードが行なわれ、書込みや読出しの指示があったときにヘッドをディスク上に移動させるロードが行なわれる。
図4に示すフローでは、先ず、書込み(W)/読出し(R)の指示の有無が確認され(ステップS201)、それらの指示が無いときはRDC120の電源が遮断され(ステップS202)、ヘッドの退避(アンロード)が行なわれる(ステップS203)。ヘッドの退避が完了すると(ステップS204)、ROM140の電源が遮断される(ステップS205)。
次に、ホスト200からコマンドを受信すると(ステップS206)、ROM140に電源が投入され(ステップS207)、ヘッドの復旧(ロード)が開始され(ステップS208)、ヘッドの復旧が完了すると(ステップS209)、ホスト200に向けて復旧が通知される(ステップS210)。
この場合、RDC120とROM140のみ電源が遮断され、RAM130については電源が投入され続けるため、図3を参照して説明したスリープコマンドを受信した場合ほどは消費電力は低減されないが、RAM130へのデータの復旧は不要であるため、高速に復旧させることができる。
以下に、いくつかの変形例を説明する。
図5は、RAMについての電源遮断の構成を示す図である。
図5(A)、(B)はRAMの全体について電源をオン/オフする構成であり、前述した図1に示すシステムLSI100に採用されている構成と同じである。
これに対し、図5(C)は、RAMを2つの領域に分け、一方の領域については電源オン/オフ用のスイッチ素子を備え、一部の領域については電源オンの状態を保つ構成となっている。
この場合、このRAMの、電源オンの状態を保つ領域にブート用のプログラムを置くことができる。
図6は、ブート用のアドレスが格納される領域の書き換えの説明図である。
ここでは、ブート時には、0000hのアドレスが参照されるが、電源遮断直前に0000hのアドレスの内容を、電源復旧時のブートプログラムの先頭アドレスに書き換え、電源復旧直後には、0000hのアドレスの内容を通常のリセット時のブートプログラムの先頭アドレスに書き換える。こうすることにより、通常のリセット時と電源遮断後の復旧時とで、別々のブートプログラムを実行させることができる。
電源遮断後の復帰方法としては、以下の態様が存在する。
(復帰方法)
(1)アドレスジャンプ
復帰命令に基づき、ハードウェアにて、復帰コード格納領域を含む電源遮断領域の電源を投入し、その後、復帰コードのアドレスの先頭にジャンプさせる事で、以下の2〜4の様な復帰コードの格納領域を保有せずに復帰を実現する方法。詳細は、図6のアドレスジャンプ方式参照。
ハードウェアにてROMの電源を投入すれば、ジャンプ先を変更せず、通常のブート時と同じアドレスにジャンプさせ、通常と同様の処理をする事も可能である。
(2)不揮発性メモリ
復帰用のコードを不揮発性メモリ(例えば図1に示すROM140)に格納しておく方法。
(3)揮発性メモリ
電源を遮断しないRAMを備え、そのRAMに復帰用コードを格納しておき、ポーリングにより復帰の指示があったことを認識する方法。
(4)揮発性メモリ
RAMの一部領域について電源を遮断せず(図5参照)、その領域に復帰用のコードを格納しておき、ポーリングにより復帰の指示があったことを認識する方法。
(5)割り込み
RAMの全部又は一部領域の電源を遮断せず、そこに復帰用のコードを格納しておき、割り込みを用い復帰する方法。
また、表1は、図5(C)の態様を含む様々な構成における、電源遮断の態様と、その得失を表わした表である。
Figure 2009237712
・A〜Cについては、RAMに電源が供給されている為、復帰方法(5)の割り込みにてハンドリングが可能である。割り込みにてハンドリングする事で(ファームウェアとしても)復帰処理がシンプルでかつ高速化できる。
・D,Eについては、RAMに電源が供給されていない為、復帰コードをROMにおく必要がある。(1)の方法でも構わないが、(1)用に追加回路が必要となる。
・Fについては、回路追加により(1)が実現できれば、一番シンプルである。
・ROMとRAMのみでなく、図1〜4に示すように、RDCについてもデータアクセスがないケースでは電源を遮断する対象に組み入れる事で、更なる省電力化が可能となる。
さらに、表2に示すように、ROM/RAMに供給する動作クロックの制御を組み合わせることで更なる省電力が期待できる。
Figure 2009237712
以下、本件に関する各種態様を付記する。
(付記1)
電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックと、
前記複数の回路ブロックそれぞれに対応して設けられ、制御を受けて対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行する複数のスイッチ素子と、
前記複数のスイッチ素子をそれぞれ制御して、該スイッチ素子に、対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行させる電力制御手段とを備えたことを特徴とする回路システム。
(付記2)
データ退避用メモリを備えるとともに、前記複数の回路ブロックのうちの1つの回路ブロックが揮発性メモリであって、
前記電力制御手段は、前記揮発性メモリに格納されたデータを前記データ退避用メモリに退避させた後に該揮発性メモリへの電力供給を遮断し、該データ退避用メモリに退避させているデータを、該揮発性メモリへの電力供給を再開した後に該揮発性メモリに復帰させるものであることを特徴とする付記1記載の回路システム。
(付記3)
プログラムを実行するCPUと、該CPUを媒介させずに前記揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を行なうDMAとをさらに備え、
前記電力制御手段は、前記CPUにおけるプログラムの実行により実現する機能であって、該電力制御手段は、前記揮発性メモリへの電力の供給/遮断に伴う、該揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を、前記DMAに担わせるものであることを特徴とする付記2記載の回路システム。
(付記4)
前記電力制御手段は、前記複数の回路ブロックのうちの電力供給を遮断する回路ブロックと電力供給を続ける回路ブロックとの組合せが異なる複数の電力遮断モードを有することを特徴とする付記1から3のうちいずれか1項記載の回路システム。
(付記5)
前記電力制御手段は、外部からの指示に基づいて、前記複数の電力遮断モードのうちの第1の電力遮断モードを実行し、当該回路システムの状態に応じて、前記複数の電力遮断モードのうちの、前記第1の電力遮断モードよりも電力供給再開時の動作復旧に要する時間が短かい第2の電力遮断モードを実行するものであることを特徴とする付記4記載の回路システム。
(付記6)
前記複数の回路ブロック、前記複数のスイッチ素子、および前記電力制御手段が、1つの集積回路パッケージに収納されていることを特徴とする付記1から5のうちいずれか1項記載の回路システム。
(付記7)
プログラムを実行するCPUと、電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックと、前記複数の回路ブロックそれぞれに対応して設けられ、制御を受けて対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行する複数のスイッチ素子とを備えた回路システムにおける、前記CPUで実行されるプログラムであって、
前記CPUに、前記複数のスイッチ素子をそれぞれ制御させて、該スイッチ素子に、対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行させることを特徴とするプログラム。
(付記8)
前記回路システムがデータ退避用メモリを備えるとともに、前記複数の回路ブロックのうちの1つの回路ブロックが揮発性メモリであって、
当該プログラムが、前記CPUに、前記揮発性メモリに格納されたデータを前記データ退避用メモリに退避させた後に該揮発性メモリへの電力供給を遮断させ、該データ退避用メモリに退避させているデータを、該揮発性メモリへの電力供給を再開した後に該揮発性メモリに復帰させるものであることを特徴とする付記7記載のプログラム。
(付記9)
前記回路システムが、前記CPUを媒介させずに前記揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を行なうDMAをさらに備えたものであって、
当該プログラムが、前記CPUでの当該プログラムの実行により、前記揮発性メモリへの電力の供給/遮断に伴う、該揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を、前記DMAに担わせるものであることを特徴とする付記8記載のプログラム。
(付記10)
当該プログラムが、前記CPUに、前記複数の回路ブロックのうちの電力供給を遮断する回路ブロックと電力供給を続ける回路ブロックとの組合せが異なる複数の電力遮断モードによる電力の供給/遮断の制御を担わせるものであることを特徴とする付記7から9のうちいずれか1項記載のプログラム。
(付記11)
当該プログラムが、前記CPUに、外部からの指示に基づいて、前記複数の電力遮断モードのうちの第1の電力遮断モードを実行させ、当該回路システムの状態に応じて、前記複数の電力遮断モードのうちの、前記第1の電力遮断モードよりも電力供給再開時の動作復旧に要する時間が短かい第2の電力遮断モードを実行させるものであることを特徴とする付記10記載のプログラム。
回路システムの一実施形態であるハードディスク用のシステムLSIの回路構成を示すブロック図である。 CPUから見たメモリアドレスマップの一例を示す図である。 電源遮断/再投入時の第1例を示すフローチャートである。 電源遮断/再投入時の第2例を示すフローチャートである。 RAMについての電源遮断の構成を示す図である。 ブート用のアドレスが格納される領域の書き換えの説明図である。
符号の説明
100 システムLSI
110 ハードディスクコントローラ(HDC)
120 RDC
121,131,141 スイッチ素子
130 RAM
140 ROM
150 CPU
160 DMA
170 ダイナミックRAM(DRAM)
200 ホスト

Claims (10)

  1. 電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックと、
    前記複数の回路ブロックそれぞれに対応して設けられ、制御を受けて対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行する複数のスイッチ素子と、
    前記複数のスイッチ素子をそれぞれ制御して、該スイッチ素子に、対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行させる電力制御手段とを備えたことを特徴とする回路システム。
  2. データ退避用メモリを備えるとともに、前記複数の回路ブロックのうちの1つの回路ブロックが揮発性メモリであって、
    前記電力制御手段は、前記揮発性メモリに格納されたデータを前記データ退避用メモリに退避させた後に該揮発性メモリへの電力供給を遮断し、該データ退避用メモリに退避させているデータを、該揮発性メモリへの電力供給を再開した後に該揮発性メモリに復帰させるものであることを特徴とする請求項1記載の回路システム。
  3. プログラムを実行するCPUと、該CPUを媒介させずに前記揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を行なうDMAとをさらに備え、
    前記電力制御手段は、前記CPUにおけるプログラムの実行により実現する機能であって、該電力制御手段は、前記揮発性メモリへの電力の供給/遮断に伴う、該揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を、前記DMAに担わせるものであることを特徴とする請求項2記載の回路システム。
  4. 前記電力制御手段は、前記複数の回路ブロックのうちの電力供給を遮断する回路ブロックと電力供給を続ける回路ブロックとの組合せが異なる複数の電力遮断モードを有することを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載の回路システム。
  5. 前記電力制御手段は、外部からの指示に基づいて、前記複数の電力遮断モードのうちの第1の電力遮断モードを実行し、当該回路システムの状態に応じて、前記複数の電力遮断モードのうちの、前記第1の電力遮断モードよりも電力供給再開時の動作復旧に要する時間が短かい第2の電力遮断モードを実行するものであることを特徴とする請求項4記載の回路システム。
  6. 前記複数の回路ブロック、前記複数のスイッチ素子、および前記電力制御手段が、1つの集積回路パッケージに収納されていることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項記載の回路システム。
  7. プログラムを実行するCPUと、電力の供給を受けてそれぞれ動作する複数の回路ブロックと、前記複数の回路ブロックそれぞれに対応して設けられ、制御を受けて対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行する複数のスイッチ素子とを備えた回路システムにおける、前記CPUで実行されるプログラムであって、
    前記CPUに、前記複数のスイッチ素子をそれぞれ制御させて、該スイッチ素子に、対応する回路ブロックへの電力の供給/遮断を実行させることを特徴とするプログラム。
  8. 前記回路システムがデータ退避用メモリを備えるとともに、前記複数の回路ブロックのうちの1つの回路ブロックが揮発性メモリであって、
    当該プログラムが、前記CPUに、前記揮発性メモリに格納されたデータを前記データ退避用メモリに退避させた後に該揮発性メモリへの電力供給を遮断させ、該データ退避用メモリに退避させているデータを、該揮発性メモリへの電力供給を再開した後に該揮発性メモリに復帰させるものであることを特徴とする請求項7記載のプログラム。
  9. 前記回路システムが、前記CPUを媒介させずに前記揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を行なうDMAをさらに備えたものであって、
    当該プログラムが、前記CPUでの当該プログラムの実行により、前記揮発性メモリへの電力の供給/遮断に伴う、該揮発性メモリと前記データ退避用メモリとの間のデータ転送を、前記DMAに担わせるものであることを特徴とする請求項8記載のプログラム。
  10. 当該プログラムが、前記CPUに、前記複数の回路ブロックのうちの電力供給を遮断する回路ブロックと電力供給を続ける回路ブロックとの組合せが異なる複数の電力遮断モードによる電力の供給/遮断の制御を担わせるものであることを特徴とする請求項7から9のうちいずれか1項記載のプログラム。
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