JP2015176214A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】データの受信に関する機能に係る消費電力を低減することが可能な通信装置を提供する。
【解決手段】実施形態の通信装置は、受信レジスタと制御部とを備える。受信レジスタは、入力用データ線を介して、外部装置からのデータを受信するための手段である。制御部は、入力用データ線に対してデータが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、通信装置の状態を、通信装置がデータを受信可能な状態を示す第１状態よりも消費電力が少ない第２状態に遷移させる制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、通信装置に関する。

電子機器に搭載されるプロセッサなどのデバイスの消費電力を削減するため、リーク電流の少ないトランジスタを使ってプロセッサ全体を省電力化する技術や、プロセッサ内で特定の機能を実現するモジュールという小さい単位（ハードウェアブロック）で省電力化する技術が知られている。

このモジュール単位で消費電力を削減する技術はパワーゲーティングと呼ばれ、モジュールへの電力の供給を停止する技術であり、モジュールを利用しないときのみ利用することができる。一方、モジュールの使用時の消費電力を削減するための技術として、動作時の電圧やクロック周期を動的に変化させるＤＶＦＳ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｃａｌｉｎｇ）がある。この他にも、従来から使われている省電力技術として、クロック信号を停止させて消費電力を抑えるクロックゲーティングがある。このクロックゲーティングは、パワーゲーティングと同じように利用しない機能のモジュールの消費電力を下げる際に利用されるものある。

モジュールの消費電力の削減効果は、パワーゲーティングを用いたほうが高いが、パワーゲーティングの前に必要な情報の退避や、利用するために通電したあとにモジュールの初期化が必要となるため、パワーゲーティングする際にはオーバーヘッドが発生する。一方、クロックゲーティングであれば、クロック信号を停止させるだけであり、消費電力の削減効果はパワーゲーティングよりも少ないが、情報の退避などが必要ないためクロックゲーティングする際のオーバーヘッドがない。モジュールの消費電力を削減する際、パワーゲーティングを行うか、クロックゲーティングを行うかの判断は、それぞれのメリット、デメリットを考慮して行われる。

パワーゲーティングやクロックゲーティングでは、どちらもモジュールが動作しないと事前にわかっているときに利用することができるが、例えばプロセッサが外部からの入力待ち状態では、いつ外部から入力があるかわからないため、電力やクロック信号を供給し続ける必要がある。

特開２０００−１８１５８４号公報

これまで、パワーゲーティングやＤＶＦＳなどのプロセッサ単体での省電力化の技術開発は行われてきたが、例えばプロセッサが、他のデバイスと通信を行うような場合には、いつ、相手からのデータ送信があるか分からないため、データの受信に関する機能（モジュール）に対しては、相手からのデータを受信するのに必要な電力を供給し続けなければならないという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、データの受信に関する機能に係る消費電力を低減することが可能な通信装置を提供することである。

実施形態の通信装置は、受信レジスタと制御部とを備える。受信レジスタは、入力用データ線を介して、外部装置からのデータを受信するための手段である。制御部は、入力用データ線に対してデータが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、通信装置の状態を、通信装置がデータを受信可能な状態を示す第１状態よりも消費電力が少ない第２状態に遷移させる制御を行う。

実施形態の情報処理装置の概略構成の一例を示す図。 実施形態の情報処理装置の構成の一例を示す図。 実施形態の制御装置の構成の一例を示す図。 実施形態の起動信号の波形の一例を示す図。 実施形態のデータ取得方法を説明するための図。 実施形態のステートマシンの動作を説明するための概念図。 変形例の起動信号の波形の一例を示す図。 変形例の極性変換部を説明するための図。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る通信装置の実施形態を詳細に説明する。

図１は、実施形態の情報処理装置２１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、情報処理装置２１は、外部デバイス２４と通信を行う通信装置１０を備える。

図２は、情報処理装置２１の具体的な構成の一例を示す図である。図２に示すように、情報処理装置２１は、ＣＰＵ３０と、メモリ２３と、電力制御部２２と、通信装置１０とを備える。

ＣＰＵ３０は、メモリ２３等に格納されたプログラムを実行することにより、情報処理装置２１全体の動作を制御する。電力制御部２２は、情報処理装置２１の各部（通信装置１０等）に対する電力供給を制御する。

通信装置１０は、例えばセンサーなどの外部デバイス２４と通信を行う。外部デバイス２４は、請求項の「外部装置」に対応していると考えることができる。図２に示すように、通信装置１０は、データの受信に関する機能を有する受信部２と、データの送信に関する機能を有する出力部４と、通信装置１０のデータの入出力を行う機能を有するバスインターフェース（以下の説明では、ＢＵＳ Ｉ／Ｆと表記する場合がある）３１とを備える。受信部２は、入力用データ線１７を介して外部デバイス２４と接続されている。また、出力部４は、出力用データ線１８を介して外部デバイス２４と接続されており、出力用データ線１８に出力するデータの制御を行う。

受信部２は、入力用データ線１７を介して外部デバイス２４からのデータを受信するための受信レジスタ１１と、クロック信号（同期信号）を生成するクロック信号生成部１３と、制御装置１４と、を備える。この例では、クロック信号生成部１３は、請求項の「同期信号生成部」に対応していると考えることができる。

図３は、制御装置１４の具体的な構成の一例を示す図である。図３に示すように、制御装置１４は、ステートマシン１５と、ステートマシン１５の状態を制御するのに用いられるレジスタ１６と、セレクター１９と、タイマー４０とを備える。

本実施形態では、制御装置１４（ステートマシン１５）は、通信装置１０がデータを受信可能な状態を示す第１状態において、入力用データ線１７に対して最後にデータが供給された時刻からタイマー４０は計測を開始する。このタイマー４０には第１状態で入力用データ線１７へのデータ入力を待ち続ける時間が設定されており、タイマー４０に設定された時間までにデータが受信されない場合、タイマー４０は、データが入力されていないことを通知する信号（見方を変えれば、第１状態において、入力用データ線１７に対してデータが供給されない状態が一定期間にわたって継続したことを示す信号、以降、「タイムアウト通知信号」と称する）を制御装置１４に送る。このタイムアウト通知信号を受けた制御装置１４は、通信装置１０の状態を、上記第１状態よりも消費電力が少ない第２状態に遷移させる制御を行う。

つまり、本実施形態では、制御装置１４は、第１状態において、入力用データ線１７に対してデータが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、通信装置１４の状態を第２状態に遷移させる制御を行う。より具体的には、制御装置１４は、第１状態において入力用データ線１７に対してデータが供給されない期間を測定するためのタイマー４０の測定結果から、入力用データ線１７に対してデータが供給されない期間が一定期間にわたって継続した場合は、通信装置１４の状態を第２状態に遷移させる制御を行う。
より具体的には以下のとおりである。なお、この例では、制御装置１４が請求項の「制御部」に対応していると考えることもできるし、ステートマシン１５が請求項の「制御部」に対応していると考えることもできる。

本実施形態では、セレクター１９は、入力用データ線１７に供給される信号、および、制御装置１４の動作タイミング（ステートマシン１５の動作タイミングであると考えることもできる）を決定するためのクロック信号のうちの何れかを選択してレジスタ１６へ供給する。この例では、レジスタ１６は、請求項の「制御用の記憶装置」に対応していると考えることができる。図３の例では、セレクター１９の入力側には、クロック信号生成部１３により生成されたクロック信号が供給される出力線と、入力用データ線１７とが接続されており、セレクター１９は、ステートマシン１５から供給される切替信号に応じて、上記出力線および入力用データ線１７のうちの何れか一方からの入力を選択してレジスタ１６へ供給する。

ここで、通信装置１０が外部デバイス２４からのデータを受信可能な第１状態においては、電力制御部２２は、通信装置１０に含まれる複数の要素のうち、少なくとも受信部２（受信レジスタ１１、クロック信号生成部１３、制御装置１４）、および、ＢＵＳ Ｉ／Ｆ３１の各々に対して電力を供給する制御を行う。この場合、セレクター１９は、上記出力線からの入力（クロック信号）を選択してレジスタ１６へ供給し、制御装置１４（ステートマシン１５）は、レジスタ１６に入力されたクロック信号に従って動作する。

制御装置１４（ステートマシン１５）は、上記第１状態において、タイマー４０からタイムアウト信号を受け取ると、制御装置１４は、セレクター１９に対して、入力用データ線１７に供給される信号を選択することを指示する切替信号を送信するとともに、クロック信号生成部１３、および、受信レジスタ１１の各々に対する電力供給を少なくとも停止することを、電力制御部２２に対して要求する。この要求を受けた電力制御部２２は、クロック信号生成部１３、および、受信レジスタ１１の各々に対する電力供給を少なくとも停止する制御を行う。この例では、電力制御部２２は、通信装置１０に含まれる複数の要素のうち制御装置１４以外の要素に対する電力供給を停止する。これにより、通信装置１０の状態は、省電力モードである第２状態に遷移する。

上記第２状態において、入力用データ線１７に対して、通信装置１０を第１状態に遷移させるための起動信号が外部デバイス２４から供給され、その起動信号がセレクター１９を経由してレジスタ１６に入力された場合、制御装置１４（ステートマシン１５）は、通信装置１０を第１状態に遷移させる制御を行う。この起動信号は、事前に外部デバイス２４と情報処理装置２１とのプロトコルで定義された電圧と幅を持ったパルス状の信号（矩形波の信号）である。図４は、入力用データ線１７に供給される起動信号の波形の一例を示す図である。図４の例では、入力用データ線１７に供給される信号がハイレベルに維持される期間が、起動信号が供給される期間を表している。ここでは、第２状態において、入力用データ線１７に供給される信号のローレベル（「０」）からハイレベル（「１」）への変化を、クロック信号の立ち上がりとして利用する。

本実施形態では、制御装置１４（ステートマシン１５）は、第２状態において、外部デバイス２４からの起動信号がセレクター１９を経由してレジスタ１６に入力された場合、セレクター１９に対して、クロック信号を選択することを指示する切替信号を送信するとともに、クロック信号生成部１３、および、受信レジスタ１１の各々に対する電力供給を再開することを、電力制御部２２に対して要求する。この例では、制御装置１４は、通信装置１０に含まれる複数の要素のうち、少なくともデータの受信に関する要素（制御装置１４以外の、受信レジスタ１１、クロック信号生成部１３、ＢＵＳ Ｉ／Ｆ３１などの要素）に対する電力供給の再開を要求する。この要求を受けた電力制御部２２は、通信装置１０に含まれる複数の要素のうち、少なくともデータの受信に関する要素に対する電力供給を再開する制御を行う。これにより、通信装置１０の状態は、外部デバイス２４からのデータを受信可能な状態を示す第１状態に遷移する。

また、制御装置１４（ステートマシン１５）は、クロック信号生成部１３に対して、クロック信号生成部１３の機能を有効にするためのＣＬＫ ｅｎａｂｌｅ信号を供給する。電力制御部２２からの電力供給が再開されたクロック信号生成部１３は、制御装置１４（ステートマシン１５）からのＣＬＫ ｅｎａｂｌｅ信号を受けると、クロック信号の生成を再開する。また、セレクター１９は、制御装置１４（ステートマシン１５）からの切替信号に従い、上記出力線からの入力（クロック信号）を選択してレジスタ１６へ供給し、制御装置１４（ステートマシン１５）は、レジスタ１６に入力されたクロック信号に従って動作する。

ここで、図５を用いて、入力用データ線１７上のデータの取得方法の一例を説明する。なお、一般的な８ｂｉｔのデータ通信の場合、通信用のデータは、データの有無（データの開始）を知らせる１ｂｉｔの信号と、８ｂｉｔのデータと、データの終了を示す１ｂｉｔの信号とから構成される。

前述したように、この例では、制御装置１４（ステートマシン１５）は、上記第１状態において、入力用データ線１７に対してデータが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、通信装置１０の状態を第２状態に遷移させて、外部デバイス２４からの起動信号の入力を待つ。そして、制御装置１４（ステートマシン１５）は、起動信号の入力を検知すると、通信装置１０の状態を第１状態に遷移させる制御を行い、データの取得を待つ（以下、この状態を「データ取得待ち状態」と称する場合がある）。通常、データ通信では、１ｂｉｔのデータを通信する際の時間が決まっているので、その間に入力用データ線１７に供給された値を、図５のｂｉｔ０（あるいはｂｉｔ７）のレジスタ（１ｂｉｔのレジスタ）から順番に格納していく。なお、ｂｉｔ０から値を入れていくか、ｂｉｔ７から値を入れていくかは、送受信するデバイス間で事前に決められている。

データ取得待ち状態は、クロック周波数と通信時の速度（１秒間当たりの送信ビット数を示す速度）で計算された時間を待つ（例えばタイマーを使って待つ）と、データを取得するデータ取得状態に遷移し、制御装置１４（ステートマシン１５）は、そこで入力用データ線１７上にあるデータを１ｂｉｔのレジスタに取り込む（ラッチする）制御を行う。例えばｂｉｔ０のレジスタにデータを取り込む場合、制御装置１４（ステートマシン１５）は、ｂｉｔ０のレジスタに対して書き込み許可信号を供給する。書き込み許可信号を受けたｂｉｔ０のレジスタは、クロック信号に従って、入力用データ線１７上のデータを取り込むという具合である。このようにして、取り込まれたデータ数が、決められたデータ数になるまで、データ取得待ち状態とデータ取得状態とが繰り返され、データの終了を示す信号を受け取ると、データの受信は終了する。図５は、８ｂｉｔのデータを取得（受信）したところで、ＢＵＳ Ｉ／Ｆ３１にデータを送る場合を例示している。

図６は、ステートマシン１５の動作を概念的に示す図である。前述したように、ステートマシン１５は、上記第１状態において、入力用データ線１７に対してデータが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、通信装置１０の状態を第２状態に遷移させる。そして、ステートマシン１５は、起動信号の入力を待つ（Ｓｔｅｐ１）。

外部デバイス２４は、データを送信する前に、通信装置１０の状態を、データを受信可能な第１状態に遷移させるため、入力用データ線１７に対して起動信号を送る。この起動信号は、セレクター１９を経由してレジスタ１６に入力される。起動信号がレジスタ１６に入力されると、ステートマシン１５は、セレクター１９に対して、クロック信号を選択することを指示する切替信号を送信するとともに、クロック信号生成部１３、および、受信レジスタ１１の各々に対する電力供給を再開することを、電力制御部２２に対して要求する。また、制御装置１４（ステートマシン１５）は、クロック信号生成部１３に対して、クロック信号生成部１３の機能を有効にするためのＣＬＫ ｅｎａｂｌｅ信号を供給する。これにより、クロック信号生成部１３によるクロック信号の供給が開始され（Ｓｔｅｐ２）、クロック信号はセレクター１９を経由してレジスタ１６へ入力される。

そして、ステートマシン１５は、ＣＰＵ３０へ割り込みをかける条件を設定してから、データ取得待ち状態になり、前述したようにデータ取得待ち状態とデータ取得状態とを繰り返して、データを受信する（Ｓｔｅｐ３、以下の説明では「データ受信中」と称する場合がある）。そして、ＣＰＵ３０への割り込みが発生すると（Ｓｔｅｐ４）、受信したデータをＢＵＳ Ｉ／Ｆ３１を経由してＣＰＵ３０へ受け渡す制御を行う（Ｓｔｅｐ５）。なお、ＣＰＵ３０への割り込み発生後も、データの受信がある場合は、データ受信中に戻ってデータを受信する。

外部デバイス２４からのデータ転送が終了すると、入力用データ線１７にはデータが送信されず、有効な信号が送られてこない。前述したように、タイマー４０は、入力用データ線１７に対して最後にデータが供給された時刻から計測を開始し（Ｓｔｅｐ６）、一定時間内にデータが送られてきた場合は、ステートマシン１５はデータを受信する一方（Ｓｔｅｐ３）、一定時間内にデータが送られてこなかった場合（タイマー４０からタイムアウト信号を受け取った場合）、ステートマシン１５は、第２状態に遷移させる制御を行う（Ｓｔｅｐ７）。前述したように、ステートマシン１５は、タイマー４０からタイムアウト信号を受け取ると、セレクター１９に対して、入力用データ線１７に供給される信号を選択することを指示する切替信号を送信するとともに、クロック信号生成部１３、および、受信レジスタ１１の各々に対する電力供給を少なくとも停止することを、電力制御部２２に対して要求する。この要求を受けた電力制御部２２は、クロック信号生成部１３、および、受信レジスタ１１の各々に対する電力供給を少なくとも停止する制御を行う。これにより、通信装置１０の状態は、省電力モードである第２状態に遷移する。

なお、上述のタイマー４０は、通信装置１０に含まれる形態であってもよいし、通信装置１０に含まれずにＣＰＵ３０によって起動される形態であってもよい。

以上に説明したように、本実施形態では、制御装置１４（ステートマシン１５）は、通信装置１０がデータを受信可能な状態を示す第１状態において、入力用データ線１７に対してデータが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、通信装置１０の状態を、第１状態よりも消費電力が少ない第２状態に遷移させる制御を行う。これにより、データの受信に関する機能に係る消費電力を低減することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

上述の実施形態では、第２状態において、入力用データ線１７に供給される信号のローレベルからハイレベルへの変化を、クロック信号の立ち上がりとして利用しているが、例えば図７に示すように、入力用データ線１７に供給される信号がローベルに維持される期間が、起動信号が供給される期間を表す場合、つまり、入力用データ線１７に供給される信号のハイレベルからローレベルへの変化を、クロック信号の立ち上がりとして検出する必要がある場合は、図８に示すように、セレクター１９の入力用データ線１７側の入力に、極性変換部５０を設けることもできる。図８の例では、極性変換部５０は、極性選択用セレクター５１を含み、極性選択用セレクター５１には、入力用データ線１７に供給される信号と、入力用データ線１７に供給される信号をｎｏｔ素子５２で反転させた信号とが入力される。

図８の例では、極性選択用セレクター５１は、起動信号の波形が図４で表される場合は、入力用データ線１７に供給される信号を選択して前述のセレクター１９へ供給する一方、起動信号の波形が図７で表される場合は、入力用データ線１７に供給される信号をｎｏｔ素子（例えばインバータ）５２で反転させた信号を選択して前述のセレクター１９へ供給している。要するに、極性変換部５０は、入力用データ線１７に供給される起動信号の極性を、制御装置１４（ステートマシン１５）がクロック信号として検知可能な極性に変換してセレクター１９へ供給する形態であればよい。

また、上述の実施形態では、クロック信号生成部１３は、通信装置１０（受信部２）内に設けられているが、これに限らず、例えばクロック信号生成部１３に高い精度が必要な場合は、情報処理装置２１の外部にある水晶発振器などを用い、通信装置１０が必要なときにクロック信号が供給されるように、通信装置１０の外側でクロック信号を制御する形態であってもよい。

なお、上述の実施形態では、通信装置１０が請求項の「通信装置」に対応していると考えることができるが、例えば通信装置１０が搭載された情報処理装置２１が請求項の「通信装置」に対応していると考えることもできるし、通信装置１０内の受信部２が請求項の「通信装置」に対応していると考えることもできる。

また、外部デバイス２４と情報処理装置２１との通信は、シリアル通信インターフェース以外に、双方向かつ２ｂｉｔ以上のデータ信号を持つパラレルインターフェースであってもよい。つまり、外部デバイス２４と情報処理装置２１との通信は、２ビット以上のデータ通信線で通信されても良く、入力用データ線１７は、２ビット以上のデータ通信線のうちの１ビットである。２ビット以上のデータ通信線のうちの１ビットを用いることにより、入力用データ線１７として機能する。この場合には、複数の信号線（通信用の信号線）のうちの何れかで起動信号を送るように規定されていれば、その信号線を前述の入力用データ線１７として利用することで、パラレルインターフェースであっても、上述の実施形態のようなシリアルインターフェースのときと同じように、データの受信待ちにおける消費電力を削減することが可能となる。要するに、通信装置１０は、前述の入力用データ線１７を含む複数の通信用の信号線を備える形態であってもよい。

２ 受信部
４ 出力部
１０ 通信装置
１１ 受信レジスタ
１３ クロック信号生成部
１４ 制御装置
１５ ステートマシン
１６ レジスタ
１７ 入力用データ線
１９ セレクター
２１ 情報処理装置
２２ 電力制御部
２３ メモリ
２４ 外部デバイス
３０ ＣＰＵ
４０ タイマー
５０ 極性変換部
５１ 極性選択用セレクター
５２ ｎｏｔ素子

Claims (7)

1. 通信装置であって、
   入力用データ線を介して、外部装置からのデータを受信するための受信レジスタと、
   前記通信装置が前記データを受信可能な状態を示す第１状態において、前記入力用データ線に対して前記データが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、前記通信装置の状態を、前記第１状態よりも消費電力が少ない第２状態に遷移させる制御を行う制御部と、を備える、
   通信装置。
2. 通信装置であって、
   入力用データ線を介して、外部装置からのデータを受信するための受信レジスタと、
   前記通信装置が前記データを受信可能な状態を示す第１状態において、前記入力用データ線に対して前記データが供給されない期間を測定するためのタイマーと、
   前記タイマーの測定結果から、前記入力用データ線に対して前記データが供給されない期間が一定期間にわたって継続した場合は、前記通信装置の状態を、前記第１状態よりも消費電力が少ない第２状態に遷移させる制御を行う制御部と、を備える、
   通信装置。
3. 前記入力用データ線に供給される信号、および、前記制御部の動作タイミングを決定するための同期信号のうちの何れかを選択して前記制御部の制御用の記憶装置へ供給する選択部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記第１状態において、前記入力用データ線に対して前記データが供給されない状態が一定期間にわたって継続した場合は、前記選択部に対して、前記入力用データ線に供給される信号を選択することを指示する切替信号を送信するとともに、前記同期信号を生成する同期信号生成部、および、前記受信レジスタの各々に対する電力供給を停止することを、前記通信装置への電力供給を制御する電力制御部に対して要求する、
   請求項１または請求項２に記載の通信装置。
4. 前記制御部は、
   前記第２状態において、前記入力用データ線に対して、前記通信装置を前記第１状態に遷移させるための起動信号が前記外部装置から供給され、前記起動信号が前記選択部を経由して前記制御用の記憶装置に入力された場合、前記通信装置を前記第１状態に遷移させる制御を行う、
   請求項３に記載の通信装置。
5. 前記制御部は、
   前記第２状態において、前記起動信号が前記制御用の記憶装置に入力された場合、前記選択部に対して、前記同期信号を選択することを指示する切替信号を送信するとともに、前記同期信号生成部、および、前記受信レジスタの各々に対する電力供給を再開することを、前記電力制御部に対して要求する、
   請求項４に記載の通信装置。
6. 前記入力用データ線に供給される前記起動信号の極性を、前記制御部が前記同期信号として検知可能な極性に変換して前記選択部へ供給する極性変換部をさらに備える、
   請求項４または請求項５に記載の通信装置。
7. 前記入力用データ線は、２ビット以上のデータ通信線のうちの１ビットである、
   請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の通信装置。

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