JP2010055364A - コンピュータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＣ発振器の周波数変動が大きい場合やＲＣ発振器の周波数とＵＡＲＴの通信速度が近い場合であっても、スタンバイ状態にあるマイクロコントローラを正常に起動させることができるようにする。
【解決手段】ＵＡＲＴ機能とスタンバイ機能を有するマイクロコントローラ１を備え、該マイクロコントローラがスタンバイ状態のとき該マイクロコントローラ用のＣＰＵクロック発振器３が動作を停止するコンピュータ装置において、マイクロコントローラ１がスタンバイ状態のときＵＡＲＴによるＵＡＲＴ起動信号を受信すると割込み信号ＩＮＴＵを生成するＵＡＲＴ起動回路１０を備え、該割込み信号ＩＮＴＵによりＣＰＵクロック発振器３が動作を開始するとともにマイクロコントローラ１が通常動作に復帰する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＡＲＴ（非同期シリアル送受信）とスタンバイ機能を有するマイクロコントローラを備え、該マイクロコントローラがスタンバイ状態のとき該マイクロコントローラ用のＣＰＵクロック発振器が動作を停止するコンピュータ装置に関するものである。

マイクロコントローラ用の高速のＣＰＵクロック発振器とタイマやカウンタ用の低速のＲＣ発振器を有する半導体集積回路（非特許文献１）では、省電力化のためにスタンバイ機能を備えており、スタンバイ状態ではマイクロコントローラ用のＣＰＵクロック発振器を停止しておき、ＲＣ発振器のクロックで動作している起動用カウンタにより定期的にそのＣＰＵクロック発振器を起動させる機能を設けている。この場合、ＲＣ発振器のクロック周波数とＵＡＲＴ信号のビットレートの差が小さいときは、ＲＣ発振器のクロックでＵＡＲＴ信号を判別することが難しいので、マイクロコントローラがスタンバイ状態においてＵＡＲＴ信号を受け付けることができず、マイクロコントローラの再起動が出来ない。

図６は、ＵＡＲＴ機能とスタンバイ機能を有するマイクロコントローラを含む集積回路からなる従来のコンピュータ装置の構成を示すブロック図である。なお、本発明の説明に不要な部分は省略している。ここで、１００Ａは従来のコンピュータ装置であり、マイクロコントローラ１、水晶２による高速のマイクロコントローラ用のＣＰＵクロック発振器３、通常ＵＡＲＴ回路４、タイマやカウンタ用の低速のＲＣ発振器５、スタンバイ制御回路６Ａ、起動用カウンタ７、マイクロコントローラ起動周期設定したレジスタ８、および比較器９を備えている。ここでは、コンピュータ装置１００Ａが、外部機器２００ＡとＵＡＲＴ通信を行なう例を示している。

このコンピュータ装置１００Ａでは、省電力化のためにマイクロコントローラ１が休止しているときは、スタンバイ状態としてＣＰＵクロック発振器３の動作を停止させる。スタンバイ制御回路６Ａは、マイクロコントローラ１が休止する時に出力するＳＬＥＥＰ命令を受けて、制御信号ＣＬＫＣＴＲをネゲートして、ＣＰＵクロック発振器３を停止させる。

ＲＣ発振器５は数ＫＨｚのクロック信号ＲＣＣＬＫを常時発振しており、このクロック信号ＲＣＣＬＫで動作している起動用カウンタ７をカウント動作させる。起動用カウンタ７のカウント値とマイクロコントローラ起動周期用設定レジスタ８に設定された値とは、比較器９で比較され、両者が一致すると、スタンバイ制御回路６Ａに割込み信号ＩＮＴＳを入力する。スタンバイ制御回路６Ａは、割込み信号ＩＮＴＳが入力されると、制御信号ＣＬＫＣＴＲをアサートして、ＣＰＵクロック発振器３の動作を開始させる。スタンバイ制御回路６Ａは、ＲＣ発振回路５で発振されるクロック信号ＲＣＣＬＫで常時動作している。

図７は、上記のスタンバイ制御の動作タイミングチャートである。ＰＣはマイクロコントローラ１のプログラムカウンタの値、命令コードはマイクロコントローラ１の命令、ＩＮＴＥＸは外部割り込み信号、ＲＣＣＮＴは起動用カウンタ７のカウント値、ＩＮＴ０はマイクロコントローラ１への割込み信号を示す。

図７において、時刻Ｔ２１まではマイクロコントローラ１は通常に命令を実行しており、時刻Ｔ２１でマイクロコントローラ１がＳＬＥＥＰ命令を実行すると、マイクロコントローラ１はＳＬＥＥＰ命令で休止状態となる。ここで、マイクロコントローラ１の休止状態において、消費電流を下げるために、時刻Ｔ２２において制御信号ＣＬＫＣＴＲをネゲートして、ＣＰＵクロック発振器３を停止させ、クロック信号ＣＰＵＣＬＫの発振を停止させる。時刻Ｔ２３において、起動用カウンタ７のカウント値ＲＣＣＮＴがマイクロコントローラ起動周期設定レジスタ８のマイクロコントローラ起動周期（Ｃｗｕ）と一致すると、割込み信号ＩＮＴＳがアサートされる。スタンバイ制御回路６Ａは、時刻Ｔ２５において制御信号ＣＬＫＣＴＲをアサートしてＣＰＵクロック発振器３を起動し、クロック信号ＣＰＵＣＬＫの発振が開始する。但し、ＣＰＵクロック発振器３は発振開始直後は不安定であり、時刻Ｔ２６でクロック信号ＣＰＵＣＬＫが安定した後、時刻Ｔ２７において、スタンバイ制御回路６Ａはマイクロコントローラ１に対して割込み信号ＩＮＴ０をアサートする。マイクロコントローラ１はこの割込み信号ＩＮＴ０により、時刻Ｔ２８以後、ＳＬＥＥＰ状態から通常状態に復帰する。

図８に、ＲＣ発振器５の内部回路例を示す。ＲＣ発振器５はマイクロコントローラ１がスタンバイ状態から復帰するためのタイマー制御用として使用され、インバータ５１〜５３、抵抗５４、コンデンサ５５等で構成されている。このＲＣ発振器５は、マイクロコントローラ１が休止中でも常時動作しており、低電力で動作するために数ＫＨｚの低周波数で発振している。

図９は、ＵＡＲＴ信号の受信動作のタイミングチャートである。ＵＡＲＴ信号は非同期シリアル信号であり、一般的にスタートビット、データ（８ビット）、ストップビットから構成される。ＵＡＲＴ通信は、同期用のクロックを使用しないため、送信側と受信側で、送受信の通信速度やデータフォーマットを事前に合わせる必要がある。一般的にＵＡＲＴの通信速度として、数十ｋｂｐｓ（９６００ｂｐｓ、１９２００ｂｐｓ等）が使用される。ここで、Ｔｂは通信速度（１ビットの周期）を示す。Ｔｓはサンプリングクロックの周期を示す。受信側がスタートビットを検出した後、サンプリングクロックによりデータを受信する。

図１０は、マイクロコントローラ１が通常動作している場合のＵＡＲＴのサンプリングクロックの生成のタイミングチャートである。時刻Ｔ０１でＵＡＲＴの受信信号ＲＸのスタートビットの信号がアサートされると、通常ＵＡＲＴ回路４は、クロック信号ＣＰＵＣＬＫでＵＡＲＴの受信信号ＲＸをサンプリングして、時刻Ｔ０２においてスタートビットを検出して、サンプリングクロックを通信速度に合わせて生成する。時刻Ｔ０３〜Ｔ０４までは、そのサンプリングクロックで受信信号ＲＸのデータ部分を検出して、時刻Ｔ０５においてストップビットを検出することで、ＵＡＲＴ通信を終了する。

ここで、マイクロコントローラ１がスタンバイ状態にある時に、外部機器２００ＡからＵＡＲＴ信号を送った場合には、通常ＵＡＲＴ回路４が動作していないので、外部機器２００Ａはコンピュータ装置１００Ａと通信ができない。

そこで、マイクロコントローラ１がスタンバイ状態にある時に、外部機器２００ＡからＵＡＲＴ通信を行なう手段として、ＵＡＲＴ信号とは別に、外部割り込み信号ＩＮＴＥＸでマイクロコントローラ１用のＣＰＵクロックを起動し、マイクロコントローラ１を通常状態にして、通常のＵＡＲＴ通信を行なう方法がある。
MICROCHIP PIC16F684 Data Sheet 、[平成２０年８月１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41202F-print.pdf＞

図７における外部割込み信号ＩＮＴＥＸによるマイクロコントローラ１の起動タイミングチャートにおいて、時刻Ｔ２４で外部割込み信号ＩＮＴＥＸがアサートされ、時刻Ｔ２５で制御信号ＣＬＫＣＴＲがアサートされ、ＣＰＵクロック発振器３が起動して、時刻Ｔ２８でマイクロコントローラ１が通常状態に戻った後に、外部機器２００ＡはＵＡＲＴ通信を開始する。しかし、この手法では、外部機器２００ＡはＵＡＲＴ信号以外に、特別に割り込み信号ＩＮＴＥＸを追加して送信する必要がある。

また、マイクロコントローラ１がスタンバイ状態である時に、外部機器２００ＡとＵＡＲＴによる通信を行なう場合、ＵＡＲＴの通信速度に対して、ＲＣ発振器５の周波数を数十倍以上大きくした時は、ＲＣ発振器５のクロック信号ＲＣＣＬＫで、図１０で説明したのと同様に、ＵＡＲＴ信号のサンプリングは不可能ではないが、ＲＣ発振器５の周波数が高くなるので、スタンバイ時における消費電流が増大するという問題がある。

また、ＲＣ発振器５はコンピュータ装置１００Ａの電源電圧や動作温度の変化によって、クロック信号ＲＣＣＬＫの周波数が一定ではない。このため、図１０で説明したようにスタートビットは検出できても、時刻Ｔ０３以降のサンプリングの周期が通信速度と一致せず、ＵＡＲＴのデータを正確に検出できないこともある。

さらに、ＲＣ発振器５のクロック信号ＲＣＣＬＫの周波数とＵＡＲＴの通信速度の差が小さい時は、図９に示すＲＣ発振器５のクロック信号ＲＣＣＬＫ１のように、ＵＡＲＴの信号のサンプリングが難しく、マイクロコントローラ１がスタンバイの状態においてＵＡＲＴの信号を受け付けることができず、マイクロコントローラ１の再起動が出来ないという問題がある。

さらに、ＲＣ発振器５は、クロック信号ＲＣＣＣＬＫ１やＲＣＣＬＫ２のように、電源電圧や動作温度よって発信周波数（周期Ｔｒｃ１，Ｔｒｃ２）が変動するという問題がある。

本発明の目的は、ＲＣ発振器の周波数変動が大きい場合やＲＣ発振器の周波数とＵＡＲＴの通信速度が近い場合であっても、スタンバイ状態にあるマイクロコントローラを正常に起動させることができるようにしたコンピュータ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のコンピュータ装置は、ＵＡＲＴ機能とスタンバイ機能を有するマイクロコントローラを備え、該マイクロコントローラがスタンバイ状態のとき該マイクロコントローラ用のＣＰＵクロック発振器が動作を停止するコンピュータ装置において、前記マイクロコントローラがスタンバイ状態のときＵＡＲＴによるＵＡＲＴ起動信号を受信すると割込み信号を生成するＵＡＲＴ起動回路を備え、該割込み信号により前記ＣＰＵクロック発振器が動作を開始するとともに前記マイクロコントローラが通常動作に復帰することを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のコンピュータ装置において、前記ＵＡＲＴ起動回路は、前記ＵＡＲＴ起動信号のエッジをカウントするカウント手段と、該カウント手段によるカウント結果が所定値のとき前記割込み信号を生成するゲート手段とを備えることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項２に記載のコンピュータ装置において、前記ＵＡＲＴ起動信号は、スタートビットとストップビットとの間に挿入されるデータのビット数が、通常ＵＡＲＴ信号よりも多いことを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項１に記載のコンピュータ装置において、前記ＵＡＲＴ起動回路は、前記マイクロコントローラが通常動作状態ではクリア信号を受けて動作停止状態にあることを特徴とする。

本発明によれば、ＲＣ発振器の周波数変動が大きい場合やＲＣ発振器の周波数とＵＡＲＴの通信速度が近い場合であっても、スタンバイ状態にあるマイクロコントローラを正常に起動させることができるようになり、スタンバイ状態においてＵＡＲＴ通信を開始するための割込み信号が不要となり、またＲＣ発振器の周波数を高くする必要はないので省電力化が影響をうけることもない。

本発明では、通常ＵＡＲＴ回路の他に、ＵＡＲＴ起動回路を備える。ＵＡＲＴ起動回路は、ＵＡＲＴ信号をクロックとして動作する回路であり、ＵＡＲＴ起動信号をマイクロコントローラ起動用の信号として送ると、そのＵＡＲＴ起動信号のエッジをカウントし、所定カウント値に達すると、マイクロコントローラのスタンバイ状態を解除する割込み信号を生成する。その割込み信号を元にして、ＣＰＵクロック発振器が起動され、マイクロコントローラが通常動作モードに復帰する。

図１は本発明の１つの実施例のコンピュータ装置１００の構成を示すブロック図である。ここでは本発明の説明に不要な部分は省略している。マイクロコントローラ１、水晶２による数ＭＨｚのＣＰＵクロック発振器３、通常ＵＡＲＴ回路４、数ｋＨｚのＲＣ発振器５、起動用カウンタ７、マイクロコントローラ起動周期設定レジスタ８、および比較器９は、図５で説明したものと同じである。スタンバイ制御回路６は外部割り込み信号は受け付けない。

本実施例では、ＵＡＲＴ起動信号で直接起動させるために、ＵＡＲＴ起動回路１０を実装している。図２はこのＵＡＲＴ起動回路１０の内部構成を示すブロック図である。このＵＡＲＴ起動回路１０は、フリップフロップ１１〜１６とアンドゲート１７，１８から構成されている。フリップフロップ１１〜１６は、ＵＡＲＴの受信信号ＲＸをクロックとして入力するカウント手段を構成する。アンドゲート１７，１８は、受信信号ＲＸ（ＵＡＲＴ起動信号「ＡＡ」）のカウント結果に応じて、スタンバイ制御回路６への割込み信号ＩＮＴＵ１又はＩＮＴＵ２を生成するゲート手段を構成する。この割込み信号ＩＮＴＵ１，ＩＮＴＵ２の違いは、受信信号ＲＸの立上りエッジのカウント数による違いであり、ＵＡＲＴ起動信号「ＡＡ」のデータフォーマットに合わせて使い分ける。また、ＵＡＲＴ起動回路１０は、スタンバイ制御回路６から入力するクリア信号ＣＬＲＵがアサートされているときは、フリップフロップ１１〜１６がクリアされる。つまり、マイクロコントローラ１がスタンバイ状態のときは、クリア信号ＣＬＲＵはネゲートされていて、ＵＡＲＴ起動回路１０は動作可能であるが、マイクロコントローラ１の通常動作時は、クリア信号ＣＬＲＵがアサートされ、ＵＡＲＴ起動回路１０は動作しない。

図３は、ＵＡＲＴ起動回路１０の動作のタイミングチャートである。スタンバイ状態において、外部機器２００からＵＡＲＴの受信信号（ＵＡＲＴ起動信号）ＲＸ１のデータ「１０１０１０１０」を受信すると、時刻Ｔ３０でスタートビットが入力され、時刻Ｔ３１〜Ｔ３８にかけて、順次データ「１０１０１０１０」が入力される。最後に時刻Ｔ３９でストップビットが入力されることによって、ＵＡＲＴ起動信号の全部が入力される。ここで、時刻Ｔ３１，Ｔ３３，Ｔ３５，Ｔ３７，Ｔ３９での受信信号ＲＸ１の立上りエッジが、ＵＡＲＴ起動回路１０の各フリップフロップ１１〜１６のＣ端子に入力されると、時刻Ｔ３７〜Ｔ３９の期間、アンドゲート１７から割込み信号ＩＮＴＵ１が生成される。

一方、受信信号が、信号ＲＸ１の「１０１０１０１０」の後に「１０」の拡張データを加えた受信信号（別のＵＡＲＴ起動信号）ＲＸ２の場合には、時刻Ｔ３０でスタートビットが入力され、時刻Ｔ３１〜Ｔ４０にかけて順次データ「１０１０１０１０１０」が入力される。そして、最後に時刻Ｔ４１でストップビットが入力されることによって、ＵＡＲＴ起動信号の全部が入力される。ここで、時刻Ｔ３１，Ｔ３３，Ｔ３５，Ｔ３７，Ｔ３９，Ｔ４１での受信信号ＲＸ２の立上りエッジが、ＵＡＲＴ起動回路１０の各フリップフロップ１１〜１６のＣ端子に入力されると、時刻Ｔ３９〜Ｔ４１の期間、アンドゲート１８から割込み信号ＩＮＴＵ２が生成される。

図１に示したコンピュータ装置１００では、スタンバイ制御回路６に割込み信号ＩＮＴＵ（ＩＮＴＵ１又はＩＮＴＵ２）が入力すると、制御信号ＣＬＫＣＴＲがアサートされて、ＣＰＵクロック発振器３の電源がオンになり、クロック信号ＣＰＵＣＬＫが安定した後に、マイクロコントローラ１に入力する割込み信号ＩＮＴ０がアサートされ、マイクロコントローラ１は通常動作になる。

図４に、上記のスタンバイ制御の動作のタイミングチャートを示す。時刻Ｔ２１まではマイクロコントローラ１は通常に命令を実行しており、時刻Ｔ２１でマイクロコントローラ１がＳＬＥＥＰ命令を実行すると、マイクロコントローラ１はＳＬＥＥＰ命令で休止状態となる。マイクロコントローラ１の休止状態において、消費電流を下げるために、時刻Ｔ２２において制御信号ＣＬＫＣＴＲをネゲートして、ＣＰＵクロック発振器３を停止させ、クロック信号ＣＰＵＣＬＫの生成を止める。時刻Ｔ１３において、外部機器２００からＵＡＲＴ起動信号（ＲＸ１又はＲＸ２）が入力されると、時刻Ｔ１４〜Ｔ１６において割込み信号ＩＮＴＵ（ＩＮＴＵ１又はＩＮＴＵ２）がアサートされる。これにより、スタンバイ制御回路６は、時刻Ｔ１５において制御信号ＣＬＫＣＴＲをアサートして、ＣＰＵクロック発振器３を起動して、クロック信号ＣＰＵＣＬＫの発振を開始する。但し、ＣＰＵクロック発振器３の発振直後はクロック信号ＣＰＵＣＬＫの発振は不安定であり、時刻Ｔ２６でクロック信号ＣＰＵＣＬＫが安定した後、時刻Ｔ２７においてスタンバイ制御回路６は、マイクロコントローラ１に対して割込み信号ＩＮＴ０をアサートする。この割込み信号ＩＮＴ０により、マイクロコントローラ１は時刻Ｔ２７において、ＳＬＥＥＰ状態から動作状態に復帰する。

図５は、外部機器２００から、スタンバイ状態のマイクロコントローラ１を起動させ、ＵＡＲＴ通信を行なう動作のフローチャートである。コンピュータ装置１００のスタンバイ状態においては、外部装置２００からＵＡＲＴ信号を送って（ステップＳ１）も、マイクロコントローラ１はＵＡＲＴ信号を受け付けないので、コンピュータ装置１００の応答はない。このように、外部装置２００がＵＡＲＴ信号を送信した後、ＵＡＲＴから返答が無い場合（ステップＳ２−ＮＯ）には、その外部装置２００は、次に、ＵＡＲＴによりマイクロコントローラ起動用のＵＡＲＴ起動信号を送る（ステップＳ３）。これにより、図１〜図４で説明したように、ＵＡＲＴ起動回路１０によりマイクロコントローラ１を起動することが可能である。外部装置２００は、マイクロコントローラ１の起動が安定する時間を経過する（ステップＳ４）と、通常のＵＡＲＴ信号の送信（ステップＳ５）および受信（ステップＳ６）を行なう。データ信号の受信の後は、マイクロコントローラ１は必要に応じてスタンバイ状態に戻る。このような動作により、マイクロコントローラ１がスタンバイ状態にあるとき、外部装置２００からＵＡＲＴ起動信号を送信することでマイクロコントローラ１を通常動作に復帰させることが可能となる。

ここで、通常ＵＡＲＴ信号とＵＡＲＴ起動信号のデータが同じとなり、システム上問題がある場合は、ＵＡＲＴ起動信号を通常ＵＡＲＴ信号のデータ長より長く（例えば１０ビット）することにより、通常ＵＡＲＴ信号とＵＡＲＴ起動信号を区別できる。例えば、起動用ＵＡＲＴ信号を、「１０１０１０１０」に拡張データ２ビット「１０」を加えて１０ビットデータ「１０１０１０１０１０」とした場合について、図２のＵＡＲＴ起動回路１０の構成や図３のタイミングチャートで、割込み信号ＩＮＴＵ２を生成する例で示している。この場合、外部機器２００のＵＡＲＴ回路では、ＵＡＲＴ信号をソフトウェアで生成している場合には、容易に通常ＵＡＲＴ信号と起動用ＵＡＲＴ信号を生成することは可能である。

本発明の１つの実施例のコンピュータ装置の構成を示すブロック図である。 本実施例のコンピュータ装置のＵＡＲＴ起動回路の内部構成を示すブロック図である。 本実施例のコンピュータ装置のＵＡＲＴ起動回路の動作のタイミングチャートである。 本実施例のコンピュータ装置のスタンバイ状態から復帰に至る動作のタイミングチャートである。 本実施例のコンピュータ装置のスタンバイ状態から復帰に至る動作のフローチャートである。 従来のコンピュータ装置の構成を示すブロック図である。 従来のコンピュータ装置のスタンバイ状態から復帰に至る動作のタイミングチャートである。 従来のコンピュータ装置のＲＣ発振器の内部構成を示すブロック図である。 従来のコンピュータ装置の受信動作のタイミングチャートである。 従来のコンピュータ装置のＵＡＲＴのサンプリングクロック生成のタイミングチャートである。

符号の説明

１００，１００Ａ：コンピュータ装置、１：マイクロコントローラ、２：水晶、３：ＣＰＵクロック発振器、４：通常ＵＡＲＴ回路、５：ＲＣ発振器、６：スタンバイ制御回路、７：起動用カウンタ、８：マイクロコントローラ起動周期設定レジスタ、９：比較器、１０：ＵＡＲＴ起動回路
２００，２００Ａ：外部機器

Claims (4)

1. ＵＡＲＴ機能とスタンバイ機能を有するマイクロコントローラを備え、該マイクロコントローラがスタンバイ状態のとき該マイクロコントローラ用のＣＰＵクロック発振器が動作を停止するコンピュータ装置において、
   前記マイクロコントローラがスタンバイ状態のときＵＡＲＴによるＵＡＲＴ起動信号を受信すると割込み信号を生成するＵＡＲＴ起動回路を備え、該割込み信号により前記ＣＰＵクロック発振器が動作を開始するとともに前記マイクロコントローラが通常動作に復帰することを特徴とするコンピュータ装置。
2. 請求項１に記載のコンピュータ装置において、
   前記ＵＡＲＴ起動回路は、前記ＵＡＲＴ起動信号のエッジをカウントするカウント手段と、該カウント手段によるカウント結果が所定値のとき前記割込み信号を生成するゲート手段とを備えることを特徴とするコンピュータ装置。
3. 請求項２に記載のコンピュータ装置において、
   前記ＵＡＲＴ起動信号は、スタートビットとストップビットとの間に挿入されるデータのビット数が、通常ＵＡＲＴ信号よりも多いことを特徴とするコンピュータ装置。
4. 請求項１に記載のコンピュータ装置において、
   前記ＵＡＲＴ起動回路は、前記マイクロコントローラが通常動作状態ではクリア信号を受けて動作停止状態にあることを特徴とするコンピュータ装置。

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