JP2011128813A - データ処理回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】データ長の変化する入力データに対して必要なデータ処理期間だけ処理モジュールを動作可能にするデータ処理回路を提供する。
【解決手段】データ処理回路は、外部から処理対象データを含む入力データを受信する受信手段と、受信した入力データのうちの処理対象データのデータ量を計測する計測手段と、処理対象データに対して所定の処理を行い、その処理結果を出力データとして出力するデータ処理手段と、入力データの受信に基づいてデータ処理手段にクロック供給を行うことで該データ処理手段を動作状態に設定し、出力データの量が計測手段により計測されたデータ量のデータに所定の処理を行うことで得られるデータのデータ量まで達した場合に、クロック供給を停止することでデータ処理手段を動作状態よりも消費電力の少ないスリープ状態に設定する制御手段とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、データ処理回路における省電力を実現する技術に関する。
従来、データ処理回路に用いられるLSIは、消費電力よりも動作速度などの性能のほうが重視されてきた。しかし、近年では、LSIの高速化、高集積化に伴い、チップ全体での消費電力を抑えるために、低消費電力化のための技術の重要性が高まってきている。
特許文献1および特許文献2には、LSIの低消費電力化を実現する手法として、処理モジュールを動作させる必要の無い期間にクロック信号の供給を停止する手法が記載されている。例えば、特許文献1に開示された回路では、処理回路へのデータの入力を検知し、あらかじめ設定された、処理回路がその入力データを処理するのに十分な時間の間クロックを供給する。そして、処理を行う以外の時間はクロック周波数を低くすることで無駄な消費電力を低減している。
特開平08-054954号公報
しかしながら、特許文献1に記載された技術では、所定のデータ長の入力データに対して、規定された期間にクロック供給を行うことができるが、データ長の変化する入力データに対して柔軟に処理を行うことができないという問題がある。
本発明は従来の係る課題を鑑み、データ長の変化する入力データに対して必要なデータ処理期間だけ処理モジュールを動作可能にするデータ処理回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、データ処理回路は、外部から処理対象データを含む入力データを受信する受信手段と、前記受信した入力データのうちの処理対象データのデータ量を計測する計測手段と、前記処理対象データに対して所定の処理を行い、その処理結果を出力データとして出力するデータ処理手段と、前記入力データの受信に基づいて前記データ処理手段に動作可能な動作電圧を供給することで前記データ処理手段を動作状態に設定し、前記出力データのデータ量が前記計測手段により計測されたデータ量のデータに前記所定の処理を行うことで得られるデータ量まで達した場合に、前記動作電圧から該動作電圧よりも低いスリープ電圧を供給することで前記データ処理手段をスリープ状態に設定する制御手段と、を備えることを特徴とする。
本発明を用いることで、データ長の変化する入力データに対して必要なデータ処理期間だけ処理モジュールを動作可能にするデータ処理回路を提供できる。
実施形態1の処理回路モジュールのブロック図である。 実施形態1の処理回路モジュールのタイミングチャートである。 実施形態2の処理回路モジュールのブロック図である。 実施形態2の処理回路モジュールのタイミングチャートである。 実施形態3の処理回路モジュールのブロック図である。 実施形態3の処理回路モジュールのタイミングチャートである。 実施形態4の処理回路モジュールのブロック図である。 実施形態4の処理回路モジュールのタイミングチャートである。 実施形態4のカウント手段の動作フローチャートである。 実施形態5の処理回路モジュールのブロック図である。 実施形態5の処理回路モジュールのタイミングチャートである。 実施形態5のクロック停止手段の動作を示す状態遷移図である。 クロック停止手段の一例を示す図である。 電圧制御手段の一例を示す図である。
<実施形態1>
図1は、実施形態1の処理回路モジュールのブロック図である。また、図2は実施形態1の処理回路モジュールのタイミングチャートである。本発明における処理モジュールとは、例えば、プリンター画像処理フロー内の処理モジュールを言う。図2の例は、ページ画像データを処理する場合の一部の処理タイミングチャートを示している。また、この前段の処理モジュールは、画像のライン間引き処理のような間欠的なデータ出力動作(例えば、4つのデータを出力した後、しばらく間隔を空けて次の4つのデータを出力する動作)を行うものとして図に示してある。
以下、図2のタイミングチャートを用いて、図1で示したブロック図の各機能に関する動作説明を行う。不図示の前段の処理回路モジュール(外部データ処理回路)に接続され、前段処理回路モジュールからt0のタイミングで本発明の処理回路1へ送られるデータ入力という)を開始すべく、データの入力を要求する入力要求信号205を"H"としてアサートする。図1のFIFO15は、常時クロック供給がなされている。従って、処理回路1で処理対象データとなる入力データ206を常時受け付けられる状態にあるので、t1のタイミングで入力されてくるデータの取り込みを行うことができる。
いま処理回路1は、入力データ206を入力可能である状態にあり、入力許可信号204が"H"の状態にあると仮定する。従って、入力検知手段(AND回路)14は、入力要求信号205および入力許可信号204が共に"H"でアサートされているので、これをトリガにしてその出力を"H"とし、入力要求検出信号として出力する。この入力要求検出信号に基づき、ラッチ回路12は、ラッチ出力信号202"H"を出力する。
このラッチ回路12の出力に従い、クロック停止手段11は、処理回路モジュール16に供給する基準クロック信号201のクロックの停止措置を解除し、タイミングt1においてクロック供給を再開し動作クロック203を供給する。カウント手段13は入力検出手段14の出力"H"がアサートされたことを受けてタイミングt1にてカウントアップ動作を開始する。カウンターデータは、初期値の0から1にカウントアップを行って、Up信号210が"H"となる。その結果、"Zero信号"213はデアサートされ、ゼロになり、未処理データの存在を示す。ラッチ回路12は入力検出手段14からの出力信号をカウント手段13からの"Zero信号"出力よりも優先するように構成すべきであることは言うまでも無い。
タイミングt2、t3、t4にて各々データが入力され、カウンターデータ212が1づつ増加し積算される。一方、この処理モジュールから処理され出力されるデータは処理モジュール内の処理に依存した時間だけ入力から遅延して出力される。図2の例では、入力後2クロック経過した後に、出力可能となるとして図示してある。つまり出力要求信号208は、t3直後にアサートされる。ただし、不図示の後段の処理モジュールは、t4のタイミングで、データの受け取り準備ができていないと仮定してタイミングを図示してある。すなわち、出力許可信号207は、t4時点ではまだデアサートされている。このため、処理回路モジュール16は出力データを保持している。
この例では、入力要求信号205は、入力要求解除を行うため、t4のタイミングで"L"となることで、入力データ206の終了を入力検出手段14に知らせる。入力要求信号205が"L"となることで、入力検出手段14の出力は"L"となる。そして、t5のタイミングで、出力許可信号207が"H"となり、カウント手段13のDown信号211が"H"となり、カウントダウンが開始可能となる。
図2では、後段の処理回路モジュールがt5にてデータ入力が可能となったと仮定して図示してある。出力データはt6、t7、t8、t9のタイミングで後段の処理回路モジュールに出力される。これに伴い、カウンターデータ212はt9時点で0となり、Zero信号213が、t9でアサートされ"H"となる。Zero信号213のアサートを受けて、ラッチ出力は、t9のサイクル中にデアサートされ、その結果、処理回路モジュール16に供給される動作クロック信号はt10のサイクルからクロック停止手段11により停止され、処理モジュールは、スリープ状態となる。いったん停止された動作クロック信号は入力検出手段14の再度のデータ入力検出により供給を再開し、処理モジュールは動作状態となる(t12)。
以上のように、実施形態1のデータ処理回路は、前段の処理回路からの入力要求信号が"H"となることで、データ処理回路のクロック供給を開始する。そして、入力要求信号の"H"期間にわたり、入力データのデータ長をカウントアップし、入力要求信号が"L"となって、入力データの終了時点で、カウントダウンが可能となる。そして、データ処理回路の処理が終わり、データの出力毎に積算値から1ずつカウントダウンし、カウントがゼロになった時点で、クロックの供給を停止する。
このようにして、データ処理回路のクロック供給の制御を行うことで、データ長の変化する入力データに対し必要なデータ処理期間だけ処理モジュールの動作を可能にし、それ以外の期間は、データ処理回路をスリープ状態して無駄な消費電力を低減するという効果を生み出す。
<実施形態2>
実施形態1では、クロックの供給/停止の制御対象からFIFO15を除外していたが、実施形態2では、クロックの供給/停止の制御対象にFIFOの機能範囲まで含める。図3は、入力側のFIFOの機能範囲を含めてクロック供給を制御した場合の例を示す。
実施形態2では、実施形態1のFIFO15のように常時クロックが供給されていないので、データ処理回路16に動作クロックが供給されるまで、入力データを格納することができない。従って、入力データの先頭データについては、データ処理回路16およびその前段回路に動作クロックが供給される動作可能になるまで、同じデータを供給して確実に先頭データを入力する必要がある。
このように、実施形態2では、実施形態1のFIFOとデータ処理回路の範囲に、動作クロックが同時に供給される。従って、実施形態2では、データを格納する目的のFIFOは必要なく、いわゆるバッファ回路でよい。この場合の入力検知手段14の実施形態1における入力要求信号は、FIFOへの入力要求信号そのもので代用できる。この場合のタイミングチャートは、図4で示すようになる。
図4にて、不図示の前段回路からの入力要求信号405がアサートされる。このアサートをトリガとして、ラッチ回路12のラッチ信号はアサートされ、"H"となる。一方、入力バッファ35へのクロックは停止状態にあるので、このときは、入力許可信号が、まだアサートされていない。ラッチ信号"H"のアサートに伴い、t1のタイミングで、回路範囲39で示される範囲の回路に、動作クロック信号403の供給が開始される。
クロック供給開始および入力要求信号405のアサートに伴い、t2のタイミングで、入力許可信号404をアサートし、t3のタイミングで入力データ406の受信を開始する。これに伴い、カウント手段13のカウント値が増加し、Zero信号はt3よりデアサートされる。
入力要求信号305は、必要数のデータ出力を完了したt6にて、デアサートされ"L"となる。このデアサートを受けて入力許可信号304は、t7のタイミングでデアサートされ"L"となる。これ以降のカウンタ手段のカウントダウンや動作クロック信号の供給停止に関しては、実施形態1と同様であるので説明を省略する。
以上のように、実施形態2のデータ処理回路は、前段の処理回路からの入力要求信号が"H"となり、データ処理回路の前段のバッファにクロックが供給されるまで、入力データの先頭データを連続して送信することで、データ処理回路のクロック供給を開始する。そして、入力要求信号の"H"期間にわたり、入力データのデータ長をカウントアップし、入力要求信号が"L"となって、入力データの終了時点で、カウントダウンが可能となる。これにより、データ処理回路の処理が終わり、データの出力毎にカウントダウンし、カウントがゼロになった時点で、クロックの供給を停止する。
このようにして、データ処理回路の前段を含めた回路範囲に対して、クロック供給の制御をおこなうことで、データ長の変化する入力データに対して必要なデータ処理期間だけ処理モジュールの動作を可能にし、無駄な消費電力を低減するという効果を生み出す。
<実施形態3>
実施形態1と2では、画像処理回路を対象にした例を示し、すべて同期回路を前提とした。実施形態3では、画像処理回路以外に本発明を適用する場合の例を示す。
図5は、非同期シリアル通信の送信回路に適用した場合の概略ブロック図を示す。図5にて51はクロック停止手段、52はラッチ回路、53はカウント手段、54は入力カウント用AND回路、55は入力バッファ、56は非同期シリアル通信の送信回路であり、57は動作クロックが停止される対象回路範囲である。
図6は、実施形態3における送信回路のタイミングチャートを示す。この例では説明を簡略化するため、非同期シリアル通信は、内部クロックを2分周したレートでデータ出力を行い、また、送信フロー制御を用いるものと仮定する。
図6にて、t0にて送信されるデータを入力バッファ35に書き込むための入力要求信号605がアサート("H")される。この入力要求信号605のアサート("H")に従って、ラッチ出力信号がアサート("H")され、t1よりクロック停止対象範囲57の各ブロックにクロック供給が開始される。入力バッファ35は、クロック供給の開始後、入力要求信号605がアサート("H")されているので、入力許可信号604をt2にてアサート("H")する。
入力バッファ35にデータを書き込む前段回路は、必要数(この例ではデータ個数は1)の書き込みを終え、t3にて入力要求信号605をデアサートする。同じタイミングで、入力要求信号605と入力許可信号604が共にアサート("H")されたのでカウント手段13はカウント手段13のカウント値を0から1にカウントアップし、Zero信号はデアサート("L")される。
一方、シリアル通信の送信回路56は、通信相手の出力許可信号407がアサート("H")されるまで出力を行わずに待機を行い、t5にて相手側からの出力許可を確認し、t6より出力を開始する。本実施形態ではシリアル通信は、スタートビット、ストップビットは共に1ビットとして図示している。送信回路56は、t6、t7でスタートビット出力を行った後t8より送信データをビット毎に出力する。
最後のビット出力がtn+2で出力された後、送信回路56はストップビットの送信を開始し、ストップビットの最後に1個のデータの送信完了を示すDown信号をtn+3にて出力する。この出力をうけてカウント手段13はカウント値を1から0に戻し、この結果を受けてZero信号がアサート("H")される。Zero信号のアサート("H")を受けてラッチ出力信号はデアサート("L")され、これによりクロック停止手段11は、tn+5より動作クロック信号のクロック供給を停止する。
このようにして、実施形態3においては、スタートビットとストップビットによるシリアルデータの送信回路の前段を含めた回路範囲に対して、クロック供給の制御を行う。こうして、データ長の変化する入力データに対して必要なデータ処理期間だけ処理モジュールの動作を可能にし、無駄な消費電力を低減することができるという効果を生み出す。
<実施形態4>
実施形態1から3では、入力されるデータ数と処理回路モジュールが出力するデータ数との比が1対1になる場合について述べた。実施形態4では、入力データ数と出力データ数との比が1対N(自然数)となる、一意に決定される処理回路に対して本発明を適用した例を説明する。すなわち、これまでの実施例と同様に、カウンタにより入力データ量を計測し、所定のデータ処理の後、出力データのデータ量が1/Nになったとき、クロックを停止すればよい。これまでの実施例は、N=1の場合に相当していた。
図7および図8にてその例を示す。これは例えば、画像データのブレンド処理を行った場合であり、入力データ数は、出力データ数の2倍となる場合で、N=2に相当する。図8において、処理モジュール76は、画像データのブレンド処理回路であり、入力が8データ、出力が4データの場合のタイミングチャートを示す。
図8にて、不図示の前段回路から入力要求信号805がアサートされる。これに伴いラッチ信号はアサート("H")される。一方、入力バッファ35もクロック停止対象であるので、このときの入力許可信号804はアサートされていない。
ラッチ信号のアサート("H")に伴い、t1で動作クロック信号803がクロック制御範囲79で示される範囲のブロックにクロック供給を開始する。動作クロック信号803のクロック供給開始および入力要求信号805のアサート("H")に伴い、t2で入力許可信号804をアサート("H")し、t3で8個のデータの受信を開始する。これに伴い、カウント手段73のカウント値が増加し、Zero信号813は、t3でデアサート("L")される。
カウント手段73のカウンターデータ812は、t3からt9まで順にカウントアップを行う。一方、出力データは、t9より連続して4データを出力する。これによりカウント手段73のカウンターデータ812は、積算値からN(=2)ずつカウントダウンし、t13にて0に戻り、Zero信号が、アサート("H")され、t14で動作クロック停止対象回路範囲79へのクロック供給が停止される。
実際のカウント手段は、図7のカウント手段73および係数手段78により、図9に示すフローチャートで動作することで、実現可能である。すなわち、ステップ901で、リセット信号(入力許可信号)により、カウント値をゼロにする。ステップS902で、Up信号がHで、かつ、Down信号がHであるかを判断する。Yesの場合、ステップS907へ進む。Noの場合、ステップS903へ進む。
ステップS903で、Up信号がLで、かつ、Down信号がHであるかを判断する。Yesの場合、S905へ進む。Noの場合、S904へ進む。ステップS904で、Up信号がHで、かつ、Down信号がLであるかを判断する。Yesの場合、S906へ進む。Noの場合、S902へ戻る。ステップS905で、カウント値から2を引き、S902へ戻る。ステップS906で、カウント値に1を加え、S902へ戻る。ステップS907で、カウント値から1を引き、S902へ戻る。
本実施形態では、係数手段を出力側に適用し、入力データ数と出力データ数の関係が一意に決定される処理回路の例を示したが、処理の内容によって入力側あるいは入力および出力側の両方に適用することも可能である。すなわち、入力データと出力データの比を1対N(自然数)にして、入力データの量よりも処理した出力データの量が多くなる場合に対しても本発明を適用することは可能である。
このようにして、本発明は、入力データ数と出力データ数の関係が一意に決定される処理回路にも適用範囲を広げることが可能である。
<実施形態5>
実施形態5では、実施形態1から4におけるクロック制御に加えて、処理モジュールに供給する電圧の制御を行う例を説明する。図10は、クロック制御および供給電圧制御を行うように構成したブロック図の例を示す。
また、図11に本実施形態の回路動作を説明するタイミングチャート例を示す。図11にて、不図示の前段回路からの入力要求信号がアサートされる。これに伴い、ラッチ回路12の出力である制御信号がアサート("H")される。この信号がアサートされたことにより、電圧制御手段99は省電力制御対象回路範囲98に供給する供給電圧をスリープモード電圧から動作モード電圧に変更する。スリープモード電圧は、動作モード電圧より低い値である。
ラッチ回路12からの制御信号アサート("H")および、クロック停止手段11は電圧制御手段99が省電力制御対象回路範囲98の供給電圧1103を動作モード電圧に戻したことを受け、クロック制御信号1105をアサートする(図11ではt2)。クロック制御信号1105のアサートタイミングは電圧制御手段99の構成および省電力制御対象回路範囲98の回路規模に依存する。そのタイミングは設計時に設定する時間(クロック数)でも、また、実際の供給電圧レベルをモニターして決定してもよい。
クロック制御信号1105のアサート("H")を受けてクロック出力信号がアサートされる。クロック出力信号1106は、クロック制御信号1105をラッチ回路で受けることで構成可能である。クロック出力信号1106がアサート("H")され、省電力制御対象回路範囲98への動作クロック供給が開始される(t3)。入力バッファ35は、動作クロック信号のクロック供給開始および入力要求信号1109のアサート("H")に伴い、t4で入力許可信号1108をアサート("H")し、入力データの取り込みを開始する。これに伴い、カウント手段13がカウントアップ動作を行い、カウンターデータ1116がカウントアップし、Zero信号1117がデアサート("L")される(t5)。
処理結果出力である出力データ1113は、t8から出力開始され、これに伴い、カウント手段13は、カウントダウンを行い、t12にてカウント手段13のカウンターデータ1116は0となり、Zero信号1117はデアサート("L")される。Zero信号1117のデアサートを受けて、クロック停止手段11はクロック制御信号1105をデアサート("L")し、その後、電圧制御手段99をスリープ電圧にすべく、ラッチ回路12のリセット入力に対し、終了信号1104をアサート("H")する。終了信号1104のアサート("H")によりラッチ回路12は、電圧制御信号1102をデアサート("L")し、電圧制御手段99は省電力制御対象回路範囲98への供給電圧1103をスリープモード電圧に切り換える。
図11のタイミングチャートに従うクロック停止手段11は、図12に示すステート遷移図にて実現できる。図12にて、停止手段は、まず初期状態の"スリープ状態"1201にあり、この状態でタイマーカウンタ値はゼロである。このタイマーカウンタは、待ち時間を測定する。この待ち時間は、電圧を動作状態の電圧に戻す指示を行う電圧制御信号を電圧制御回路99に指示してから実際に動作電圧に復帰させるまでの時間を言う。もし回路が、実際の電圧をチェックする機能をもっている場合、このタイマーカウンタは不用である。
また、"スリープ状態"1201では、終了信号とクロック制御信号を共に値を0に設定する。電圧制御がアサートされると状態は"電源復帰待ち"1202の状態に移行する。この状態ではタイマーカウンタの値をクロックごとに1づつ増加させ、あらかじめ設定された時間経過を待つ状態である。タイマーカウンタの値が設定値以上となった時点で状態は"動作状態"1203に移行する。この状態は処理回路を動作させるためにクロック供給を行う状態であり、状態遷移時からクロック制御信号はアサートされる。"動作状態"1203から"スリープ状態"1201に移行する条件はZero信号がアサートされることであり、この時、終了信号をアサートし、クロック制御信号をデアサートする。
また、図10と図11で示されるクロック停止のための具体的構成は、図13に示すDラッチとAND回路の構成で実現できる。つまり、クロック制御信号1105がアサートされ"H"になることで、Dラッチ1301の出力が"H"となり、AND回路1302の出力から、基準クロック信号1101が、動作クロック信号1107として出力される。
実際の電圧制御回路の具体例は、図14に示すようなスイッチ回路1401で実現可能である。つまり、電圧制御信号1102のアサート("H")またはデアサート("L")により、動作電圧1402およびスリープ電圧1403の切り換えが行なわれる。ここでいうスリープ電圧は、スリープ時にクロック供給を行わないので、回路を現状の状態に維持できる電圧であればよい。
以上のように、実施形態5の構成をとることで、入力データの入力とその出力に合わせたクロック制御に加えて、処理モジュールへの供給電圧の制御も行うことで、更に無駄な消費電力を低減することが可能になるという効果を生み出すことができる。

Claims (6)

  1. 外部から処理対象データを含む入力データを受信する受信手段と、
    前記受信した入力データのうちの処理対象データのデータ量を計測する計測手段と、
    前記処理対象データに対して所定の処理を行い、その処理結果を出力データとして出力するデータ処理手段と、
    前記入力データの受信に基づいて前記データ処理手段にクロック供給を行うことで該データ処理手段を動作状態に設定し、前記出力データのデータ量が前記計測手段により計測されたデータ量のデータに前記所定の処理を行うことで得られるデータのデータ量まで達した場合に、前記クロック供給を停止することで前記データ処理手段を前記動作状態よりも消費電力の少ないスリープ状態に設定する制御手段と、
    を備えることを特徴とするデータ処理回路。
  2. 外部から処理対象データを含む入力データを受信する受信手段と、
    前記受信した入力データのうちの処理対象データのデータ量を計測する計測手段と、
    前記処理対象データに対して所定の処理を行い、その処理結果を出力データとして出力するデータ処理手段と、
    前記入力データの受信に基づいて前記データ処理手段に動作可能な動作電圧を供給することで前記データ処理手段を動作状態に設定し、前記出力データのデータ量が前記計測手段により計測されたデータ量のデータに前記所定の処理を行うことで得られるデータのデータ量まで達した場合に、前記動作電圧から該動作電圧よりも低いスリープ電圧を供給することで前記データ処理手段をスリープ状態に設定する制御手段と、
    を備えることを特徴とするデータ処理回路。
  3. 更に、前記処理対象データを格納する格納手段を備え、
    前記データ処理手段は、前記供給されたクロックを用いて前記格納手段から処理対象データを読み出すことを特徴とする請求項1に記載のデータ処理回路。
  4. 前記所定の処理は、前記処理対象データの量と前記出力データの量との比がN(自然数)対1になる処理であり、
    前記計測手段は、前記処理対象データの受信に必要としたクロック数を計測し、前記制御手段は、出力データの出力に必要としたクロック数を計測し、該計測した出力データの出力に必要なクロック数が前記処理対象データの受信に必要としたクロック数の1/Nになったとき、前記クロック供給を停止することを特徴とする請求項1に記載のデータ処理回路。
  5. 前記所定の処理は、前記処理対象データの量と前記出力データの量との比がN(自然数)対1になる処理であり、
    前記計測手段は、前記処理対象データの受信に必要としたクロック数を計測し、前記制御手段は、出力データの出力に必要としたクロック数を計測し、該計測した出力データの出力に必要なクロック数が前記処理対象データの受信に必要としたクロック数の1/Nになったとき、前記動作電圧から該動作電圧よりも低いスリープ電圧を供給することを特徴とする請求項2に記載のデータ処理回路。
  6. 請求項1に記載のデータ処理回路に接続された前段処理回路であって、
    前記入力データを前記受信手段へ送信する送信手段を備え、
    前記送信手段は、前記入力データを前記受信手段へ入力してから前記データ処理手段が前記クロック供給を受けて動作可能になる迄の期間に対して、前記入力データに含まれる前記処理対象データの先頭データを送信し続けることを特徴とする前段処理回路。
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