JP5414323B2 - 半導体集積回路装置 - Google Patents
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請求項8記載の発明の半導体集積回路装置は、命令データを記憶する記憶手段と、予め定められたタイミング条件において第1の時間で伝送可能な第1の半導体集積回路部と、該予め定められたタイミング条件において前記第1の時間よりも長い第2の時間で伝送可能な第2の半導体集積回路部と、を備え、前記記憶手段から読み出された命令データに応じて定まる該第1の半導体集積回路部又は該第2の半導体集積回路部に命令データを伝送する半導体集積回路装置であって、前記命令データの伝送のタイミングの基準となる基準信号を生成して前記第1の半導体集積回路部または前記第2の半導体集積回路部に入力する生成手段と、所定の指示信号が入力され続ける間、前記基準信号の入力間隔に応じて定まる所定時間以内に、前記第2の半導体集積回路部がデータの伝送を終了するように、前記第2の半導体集積回路部に対するタイミング条件を変更する変更手段と、前記命令データが、前記第2の半導体集積回路部に伝送されるものである場合、前記指示信号を前記変更手段に入力する指示手段と、前記記憶手段から読み出された命令データが次に実行すべき命令を読み出すことを内容とする分岐命令でありかつ前記指示手段が前記指示信号を前記変更手段に入力している場合、前記分岐命令に応じて前記記憶手段から読み出された命令データが前記第1の半導体集積回路部に伝送される際に、前記指示手段による前記指示信号の入力を停止させて前記変更されたタイミング条件を前記予め定められたタイミング条件に戻す停止手段と、を備えている。
図1は、従来技術のマイクロコントローラ100を示す構成図である。
マスタ104は、実行すべきプログラムを実行するために命令フェッチ(プロセッサが処理する命令オペコード(命令データ)をメモリから取り出し、レジスタに転送すること)を行う。また、マスタ104は、命令フェッチが実行されていることを示すop_fetch信号をスレーブ106に出力する。そして、マスタ104が発行した命令及び次の命令を実行できることを示すready信号を受信する。詳細には、この命令フェッチアクセスは、スレーブ106を介してメモリ108に格納されているプログラムをリードする(読み込む)。
マスタ104から命令フェッチが実行されたため、スレーブ106はメモリに対してリードアクセス(所望のデータを読み込むためのアクセス)を行う。
メモリ108は、スレーブ106からのリードアクセスに対応したアドレスに格納されているデータであるリードデータrdata1を、スレーブ106に出力する。
スレーブ106は、メモリ108からリードデータrdata1が入力されると、マスタ104にリードデータrdata2を入力する。
クロックclk1信号は、クロックマスク回路130から供給され、命令先読み回路120を動作させるクロック(クロック信号)である。
cri_flag信号(指示信号)は、命令先読み回路120からクロックマスク回路130に出力され、クロック信号clk0を、所定間隔(2クロック信号に対して1つのクロック信号を)マスクすることにより、クロック周波数を遅くしてクロック信号clkを出力させる指示を信号である。
マスタ104は、スレーブ106を介してメモリ108から受け取ったリードデータrdata2に基づいてプログラムを実行する。詳細には、マスタ104がスレーブ106へ送信した命令フェッチ、op_fetch信号、及びready信号を基にして受信したリードデータrdata2には、マスタ104が実行すべき命令を判別できるように命令コード(図2の命令オペコード)が格納されている。そして、そのリードデータrdata2に格納されている命令コードを、該命令コードに応じて定まる半導体集積回路部を伝送させて、所定のプログラムを実行する。
次に、以下、従来技術の作用を説明する。
ここで、上記のように分岐命令とは、割り込み命令、即ち、次に実行すべき命令をメモリから次に読み出すことを内容とする命令である。したがって、通常マスタから命令フェッチが実行された場合、そのアドレスはインクリメントされるが、分岐命令により一連の命令から離れたアドレスに制御が移ると命令アドレスは単なるインクリメントとならない。一例として、ARM926の命令フェッチでは、命令フェッチする場合、命令フェッチアドレスは0x0000_0010(Hexadecimal)の後0x0000_0014(Hexadecimal)のように+4されるが、分岐命令の場合は0x0000_0010(Hexadecimal)の後0xD000_0000(Hexadecimal)のように単なるインクリメントではなく離れたアドレスに制御が移る。
時刻T1において、マスタ104からアドレス0x0000_0010(Hexadecimal)に対する命令フェッチが実行される。このとき、命令フェッチを示す信号op_fetch信号は”H”となる。なお、同時にready信号は”H”から”L”に変化する。
時刻T5において、マスタ104は、次のアドレス0x0000_0014(Hexadecimal)に対する命令フェッチを出力する。このとき、命令フェッチを示す信号op_fetch信号は”H”となる。なお、同時にready信号は”H”から”L”に変化する。
このように、分岐命令を実行している時刻T9から時刻T16の期間に、クロック周波数が遅くなり、LSI全体の性能が低下することとなる。
次に、本願発明の第1の実施の形態を説明する。
図10に、第1の実施の形態における命令先読み回路120の回路図を示す。なお、上記の従来技術の命令先読み回路120の回路を示す構成図と、同一の構成には、同一の符号を付して、その説明を省略する。
次に、第1の実施の形態の作用を説明する。図11に、本願発明の第1の実施の形態における分岐命令後のクリティカルパス命令のタイムチャートを示す。
時刻T1において、マスタ104からアドレス0x0000_0010(Hexadecimal)に対する命令フェッチが実行される。このとき、命令フェッチを示す信号op_fetch信号は”H”となる。このように、マスタ104により命令フェッチが実行されたので、スレーブ106により、この命令に従うため、同時にready信号は”H”から”L”に変化する。
時刻T5において、マスタ104は、次のアドレス0x0000_0014(Hexadecimal)に対する命令フェッチを出力する。このとき、命令フェッチを示す信号op_fetch信号は”H”のままである。なお、上記のようにready信号は”H”から”L”に変化される。
また、図12に本願発明の第1の実施の形態におけるクリティカルパス命令後の分岐命令のタイムチャートを示す。
時刻T9において、マスタ104は、次のアドレス0x0000_0018(Hexadecimal)に対する命令フェッチを出力する。このとき、命令フェッチを示す信号op_fetch信号は”H”となる。なお、同時にready信号は”H”から”L”に変化する。また、フリップフロップ回路730は、AND回路700が“H”となることにより、セレクタ回路720のセレクト信号が“H”、セレクタ回路721のセレクト信号が“L”であるため、初期値“0”からカウントアップを開始する。
でマスタ104が発行した命令フェッチアドレスの分岐命令により分岐したアドレスである。マスタ104は、分岐命令を実行することにより、分岐命令の次の命令である0x0000_0018(Hexadecimal)の命令は実行しない。
以上説明したように、本願発明の第1の実施の形態によれば、クリティカルパス命令前後に分岐命令がある場合でも、分岐命令を実行する際にはクロック周波数を元に戻して命令を実行するため、分岐命令を実行している期間は、通常のクロック周波数で動作することとなり、LSI全体の性能低下を防ぐことが出来る。この結果、マスタの処理時間の低減、及びLSI全体の性能向上が期待できる。
(第2実施形態の構成)
図13に本願発明の第2の実施の形態における構成図を示すが、上記従来技術のマイクロコントローラ100を示す構成図と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
図14に本願発明の第2の実施の形態における命令先読み回路120の回路図を示す。なお、図10の第1の実施の形態における命令先読み回路120の回路を示す構成図と、同一の構成には、同一の符号を付す。
以下、本願発明の第2の実施の形態の作用を説明する。図15に、本願発明の第2の実施の形態における分岐命令後のクリティカルパス命令のタイムチャートを示す。
時刻T1において、マスタ104からアドレス0x0000_0010(Hexadecimal)に対する命令フェッチが実行される。このとき、命令フェッチを示す信号op_fetch信号は”H”となる。なお、同時にready信号は”H”から”L”に変化する。
時刻T5において、マスタ104は、次のアドレス0x0000_0014(Hexadecimal)に対する命令フェッチを出力する。このとき、命令フェッチを示す信号op_fetch信号は”H”となる。なお、同時にready信号は”H”から”L”に変化する。また、フリップフロップ回路730は、AND回路700が“H”となることにより、セレクタ回路720のセレクト信号が“H”、セレクタ回路721のセレクト信号が“L”であるため、初期値“0”からカウントアップを開始する。このとき、比較回路810の出力は、アドレスaddrとフリップフロップ800の出力信号に+4した値が同じであるため“H”となる。
以上説明した第1の実施形態及び第2実施形態では、タイミング条件の変更として、クロック信号の入力間隔を長くする処理(第1の変更処理)を実行するようにしているが、本発明は、これに限定されるものではない。即ち、上記特許文献1においても示されているように、クリティカルパスにおける各半導体素子へ印加する電圧を大きくすれば、各半導体素子のデータの伝送速度が速くなるので、クロック信号の入力間隔を長くしなくとも、各半導体素子のデータの伝送速度を速くすることにより、1サイクル内でデータの伝送を完了させることができる。そこで、上記第1の変更処理に代えて、クリティカルパスにおける各半導体素子へ印加する電圧を大きくする処理(第2の変更処理)を行なってもよい。
120 命令先読み回路
130 クロックマスク回路(変更手段)
420 クリティカルパス
420 クリティカルパス(第2の半導体集積回路部)
Claims (8)
- 処理の実行を命ずる命令を識別する各々異なる複数の命令データを記憶する記憶手段と、
複数の半導体素子を備え、データの伝送のタイミングに影響を及ぼす予め定められたタイミング条件において各半導体素子間でデータを第1の時間で伝送可能な第1の半導体集積回路部と、複数の半導体素子を備え、該予め定められたタイミング条件では各半導体素子間でデータを該第1の時間よりも長い第2の時間でなければ伝送し終わらない第2の半導体集積回路部と、を備え、実行する命令及び該命令の次に実行予定の命令の命令データを含む複数の命令データを順に読み出す指示を与え、該指示に応じて順に読み出された複数の命令データ各々が入力されて、各命令データに応じて定まる該第1の半導体集積回路部又は該第2の半導体集積回路部に命令データを伝送する制御手段と、
前記制御手段により前記読み出す指示が与えられ、該指示に応じて前記複数の命令データを順に前記記憶手段から読み出して、前記制御手段に入力する読出入力手段と、
前記各半導体素子のデータの伝送のタイミングの基準となる基準信号を生成して前記各半導体素子に入力する生成手段と、
所定の指示信号が入力され続ける間、前記基準信号の入力間隔に応じて定まる所定時間以内に、前記第2の半導体集積回路部が前記データの伝送を終了するように、前記第2の半導体集積回路部に対する前記タイミング条件を変更する変更手段と、
前記読出入力手段により出力される前記複数の命令データが順に入力され、該入力された命令データが、前記第2の半導体集積回路部に伝送されるものであると予め定められた第1の命令データである場合、前記制御手段により前記第2の半導体集積回路部に該第1の命令データが伝送され始めるときから、前記指示信号を前記変更手段に入力し続ける指示手段と、
次に実行すべき命令を識別する第2の命令データを前記記憶手段から次に読み出すことを内容とする分岐命令を識別する第3の命令データが予め定められ、前記読出入力手段により出力される前記複数の命令データが順に入力され、該入力された命令データが前記第3の命令データでありかつ前記指示手段が前記指示信号を前記変更手段に入力している場合、前記記憶手段から読み出された前記第2の命令データが前記制御手段により前記第1の半導体集積回路部に伝送される際に、前記指示手段による前記指示信号の入力を停止させて前記変更されたタイミング条件を前記予め定められたタイミング条件に戻す停止手段と、
を備えた半導体集積回路装置。 - 前記分岐命令には、予め定められた実行条件が満たされている場合にのみ、前記第2の命令データを前記記憶手段から次に読み出すことを命ずる条件付き分岐命令が含まれ、
前記第3の命令データには、前記条件付き分岐命令を識別する第4の命令データが含まれ、
前記制御手段は、前記第4の命令データの入力に応じて前記実行条件が満たされているか否かを判断し、前記実行条件が満たされていないと判断した場合には、前記停止手段による前記指示信号の入力の停止が無効となるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路装置。 - 前記変更手段は、前記タイミング条件の変更として、前記基準信号の入力間隔を長くする第1の変更処理及び各半導体素子へ印加する電圧を大きくする第2の変更処理の少なくとも一方を行なうことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体集積回路装置。
- 請求項1に記載の半導体集積回路装置のデータ伝送方法であって、
前記制御手段が、前記第3の命令データ、前記第1の命令データ、及び前記第2の命令データを順に読み出す指示を与えると共に、前記読出入力手段が、前記指示に応じて前記第3の命令データ、前記第1の命令データ、及び前記第2の命令データを順に前記記憶手段から読み出して、前記制御手段、前記指示手段、及び前記停止手段に入力する場合、
前記指示手段が、前記第1の命令データの入力に応じて前記指示信号を前記変更手段に入力するステップと、
前記変更手段が、前記指示信号が入力され続ける間、前記基準信号の入力間隔に応じて定まる所定時間以内に、前記第2の半導体集積回路部が前記データの伝送を終了するように、前記第2の半導体集積回路部に対する前記タイミング条件を変更するステップと、
前記制御手段が、前記第3の命令データの次に入力された前記第1の命令データを無視して、前記第2の命令データを、前記第1の半導体集積回路部に伝送するステップと、
前記停止手段が、前記制御手段により前記第2の命令データが前記第1の半導体集積回路部に伝送される際に、前記指示手段による前記指示信号の入力を停止させて前記変更されたタイミング条件を前記予め定められたタイミング条件に戻すステップと、
を備えた半導体集積回路装置のデータ伝送方法。 - 請求項1に記載の半導体集積回路装置のデータ伝送方法であって、
前記制御手段が、前記第1の命令データ、前記第3の命令データ、及び前記第2の命令データを順に読み出す指示を与えると共に、前記読出入力手段が、前記指示に応じて前記第1の命令データ、前記第3の命令データ、及び前記第2の命令データを順に前記記憶手段から読み出して、前記制御手段、前記指示手段、及び前記停止手段に入力する場合、
前記制御手段が、前記第1の命令データを前記第2の半導体集積回路部に伝送するステップと、
前記指示手段が、前記第1の命令データの入力に応じて前記指示信号を前記変更手段に入力するステップと、
前記変更手段が、前記指示信号が入力され続ける間、前記基準信号の入力間隔に応じて定まる所定時間以内に、前記第2の半導体集積回路部が前記データの伝送を終了するように、前記第2の半導体集積回路部に対する前記タイミング条件を変更するステップと、
前記制御手段が、前記第1の命令データを前記第2の半導体集積回路部に伝送した後、前記読出入力手段により入力された第2の命令データを、前記第1の半導体集積回路部に伝送するステップと、
前記停止手段が、前記制御手段により前記第2の命令データが前記第1の半導体集積回路部に伝送される際に、前記指示手段による前記指示信号の入力を停止させて前記変更されたタイミング条件を前記予め定められたタイミング条件に戻すステップと、
を備えた半導体集積回路装置のデータ伝送方法。 - 請求項2に記載の半導体集積回路装置のデータ伝送方法であって、
前記制御手段が、前記第4の命令データ及び前記第1の命令データを順に読み出す指示を与えると共に、前記読出入力手段が、前記指示に応じて前記第4の命令データ及び前記第1の命令データを順に前記記憶手段から読み出して、前記制御手段、前記指示手段、及び前記停止手段に入力する場合、
前記指示手段が、前記第1の命令データの入力に応じて前記指示信号を前記変更手段に入力するステップと、
前記変更手段が、前記指示信号が入力され続ける間、前記基準信号の入力間隔に応じて定まる所定時間以内に、前記第2の半導体集積回路部が前記データの伝送を終了するように、前記第2の半導体集積回路部に対する前記タイミング条件を変更するステップと、
前記制御手段が、前記第4の命令データの入力に応じて前記予め定められた実行条件が満たされているか否かを判断し、該実行条件が満たされていないと判断した場合、前記停止手段による前記指示信号の入力の停止が無効となるように制御すると共に、前記第1の命令データを前記第2の半導体集積回路部に伝送するステップと、
を備えた半導体集積回路装置のデータ伝送方法。 - 前記変更手段は、前記タイミング条件の変更として、前記基準信号の入力間隔を長くする第1の変更処理及び各半導体素子へ印加する電圧を大きくする第2の変更処理の少なくとも一方を行なうことを特徴とする請求項4〜請求項6の何れか1項に記載の半導体集積回路装置のデータ伝送方法。
- 命令データを記憶する記憶手段と、
予め定められたタイミング条件において第1の時間で伝送可能な第1の半導体集積回路部と、
該予め定められたタイミング条件において前記第1の時間よりも長い第2の時間で伝送可能な第2の半導体集積回路部と、
を備え、
前記記憶手段から読み出された命令データに応じて定まる該第1の半導体集積回路部又は該第2の半導体集積回路部に命令データを伝送する半導体集積回路装置であって、
前記命令データの伝送のタイミングの基準となる基準信号を生成して前記第1の半導体集積回路部または前記第2の半導体集積回路部に入力する生成手段と、
所定の指示信号が入力され続ける間、前記基準信号の入力間隔に応じて定まる所定時間以内に、前記第2の半導体集積回路部がデータの伝送を終了するように、前記第2の半導体集積回路部に対するタイミング条件を変更する変更手段と、
前記命令データが、前記第2の半導体集積回路部に伝送されるものである場合、前記指示信号を前記変更手段に入力する指示手段と、
前記記憶手段から読み出された命令データが次に実行すべき命令を読み出すことを内容とする分岐命令でありかつ前記指示手段が前記指示信号を前記変更手段に入力している場合、前記分岐命令に応じて前記記憶手段から読み出された命令データが前記第1の半導体集積回路部に伝送される際に、前記指示手段による前記指示信号の入力を停止させて前記変更されたタイミング条件を前記予め定められたタイミング条件に戻す停止手段と、
を備えた半導体集積回路装置。
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