JP6322891B2 - 間欠動作に適した計算装置およびその動作方法 - Google Patents
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Description
(第1の実施形態)
図3は、本発明の第1の実施形態のマイクロコンピュータの構成を示す。本実施形態のマイクロコンピュータは、中央演算装置(CPU)1、小規模な不揮発メモリ(1)2、大規模な不揮発メモリ(2)3、電源制御回路(PMU)4、信号線(バス)5を備える。本実施形態では、少なくとも2つの不揮発メモリをマイクロコンピュータの処理コードを格納する記憶装置として用いる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態のマイクロコンピュータの構成要素は、図3に示す、中央演算装置(CPU)1、小規模な不揮発メモリ(1)2、大規模な不揮発メモリ(2)3、電源制御回路(PMU)4、信号線(バス)5を備える。本実施形態でも、第1の実施形態と同様に、少なくとも2つの不揮発メモリをマイクロコンピュータの処理コードを格納する記憶装置として用いる。
(マイクロコンピュータの構成)
図9は、本発明の実施例のマイクロコンピュータ(あるいは計算装置)の構成を示す図である。図9に示すように、マイクロコンピュータの内部では、中央演算装置(CPU)20である演算回路と、大小、規模の異なる2つの不揮発性メモリ(不揮発メモリ(1)21、不揮発メモリ(2)22)と電源を制御する電源制御回路(PMU)23の他に、タイマーモジュールや周辺モジュール(IO回路や通信回路など)を有する各種モジュール24が、信号線(バス)25を介してお互いに接続されている。
(マイクロコンピュータ用のプログラムコードの作成方法と解析方法)
本実施例のマイクロコンピュータに処理させるプログラムコードは、汎用のパーソナルコンピュータ(PC)を用いて作成する。Cなどの高級言語によるプログラムから最終的にコンパイルすることで作成することを基本に、必要に応じてアセンブリコードで直接記述する。本マイクロコンピュータに接続されたセンサーや無線、有線通信などの他のデバイスの制御や、デバイスから得られたデータの解析、解析結果をデバイスに返すなどの処理プログラムをPC上で作成する。また、処理するデータや制御するデバイスがない場合は、CPUの電源をOFFする命令をプログラムコード内に記述して、CPUとメモリ(小規模メモリ、大規模メモリ)を含むマイクロコンピュータの電源をOFF状態にする。
(マイクロコンピュータのON・OFF動作時間、ON・OFFコード長の定義)
図11は本実施例のマイクロコンピュータのON・OFF動作時間を示す。図11に示すように、マイクロコンピュータのON時間1は、起動開始時刻T1(タイマーモジュールからの信号によってCPUの電源がON状態になって実行される最初の命令時刻)から、CPUをOFF状態にする命令が実行される時刻までの間の命令サイクル数に、内部システムクロックの周期を掛けた値とする。また、計算機のOFF時間は、CPUの電源のOFF命令が実行された時刻から、タイマーによって次のCPUの電源がONする時刻(起動開始時刻T2)までの時間(OFF時間1=T2−T1−ON時間1)であり、CPUのOFF処理の前に実行されたタイマーモジュールへの命令コードとタイマーモジュールの設定レジスタ(ON命令が実行されるカウンター値やタイマーモジュールの動作クロック)の値から算出する。
(プログラムコードの区切りと、プログラムコードの格納単位)
図13は、作成したプログラムコードのうち、タイマーモジュール以外の割り込み命令によって実行を開始する命令コード群40の扱いを示す。図13に示すように、作成したプログラムコードのうち、タイマーモジュール以外の割り込み命令によってCPUがONしてからOFFするまでの間に実行されるコード群に対しては、所定のコード長Ctを境にさらに2分割し、作成したプログラムコードを計算機内のメモリに格納する際には、それぞれを1つの集まり(セット)とする。作成したプログラムコードをメモリ(小規模メモリ、大規模メモリ)に格納する際には、上記の集まりを持つコード群を1セットとしてセット単位で前記メモリに格納する。
(命令コード群(セット単位)の格納先決定方法)
図16は、小規模メモリであるメモリ(1)42と大規模メモリであるメモリ(2)43への、サブ命令コード群Pf格納領域44、サブ命令コード群Pf以外の命令コード(Pb、、、Pi、、、)45の格納を説明する図である。割り込みに対するサブ命令コード群Pfを、小規模メモリであるメモリ(1)42に格納するコード群とする。また、所定期間における命令コード群Pi(Piは、コード群PbもしくはPs)においてその命令コード長Liを呼び出し回数Niで割り算して得られた値(Li/Ni)が小さい命令コード群Piを優先的に、小規模メモリに命令コードを格納していくコード群とし、サブ命令コード群1が全て格納された場合の小規模メモリの残りのメモリ空間に格納できる範囲で、小規模メモリに格納するコード群を決定する。
(格納先が確定した命令コード群のON、OFF命令最適化)
図18は、格納先が確定した命令コード群のON、OFF命令のタイミングの最適化を説明する図である。図18を用いて、以下、命令コード群のON、OFF命令最適化の説明を行う。
(ON、OFF動作の適正判断と修正をする前の準備)
マイクロコンピュータを構成するCPUや各メモリなどの各回路ブロックに対して、ONからOFF状態を経由して再度ON状態になるために必要な電力(OFF処理に必要な電力)は、マイクロコンピュータの電気特性を実機で測定して求める。ただし、電力評価用の端子が用意されていない回路ブロックがある場合は、代わりにSPICEなどのデバイスシミュレータを用いて算出する。なお、OFF処理に必要な電力は、ON時に必要な回路ブロック内の電源ラインへの帯電エネルギー(電源線の電位を動作電圧まで昇圧するために必要なエネルギーであり、電源線の配線容量と昇圧に必要な電圧から求める電力)と、OFFする回路ブロックにSRAMやDRAMなどの揮発性メモリがあればOFF時の不揮発メモリへのデータ退避に必要な書き込み、および、ON時の再ロードに必要な読み出し電力と、動作が安定するまで待機するために発生する待機電力を合算した値とする。
(ON・OFF動作の適正判断と修正方法)
PCを用いて、大規模メモリと小規模メモリにそれぞれ配置先が割り振られたプログラムコードをマイクロコンピュータで実行したときの、マイクロコンピュータ内のCPUやメモリの各回路ブロックのON・OFF時間をそれぞれ算出する。また、得られたOFF時間と、予め求めたリーク電流値とを積算することで、(電源をOFFさせずにクロックを止めた場合の)スタンバイ電力を求める。
(実施例の効果)
CPUがアクセスしているメモリに格納されているコードの中に、アクセスしていないメモリの電源をON、OFFする命令を記述しておくことで、アクセスしていないメモリの電源を適宜ON、OFFできる。従って、演算プログラムの長く、かつ、コードが2つのメモリの両方に格納されているような処理Cの期間中であっても2つのメモリを同時に立ち上げる必要がない期間は、使用していないメモリの電源をOFFすることができる。このため動作時の消費電力を低減することができる。
(付記1)
第1の命令コードを格納する第1の記憶手段と、第2の命令コードを格納する第2の記憶手段と、
前記第1の記憶手段に格納された前記第1の命令コードと前記第2の記憶手段に格納された前記第2の命令コードとに従って命令を行う中央演算処理手段と、
前記命令を受けて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段とをオン状態もしくはオフ状態にする電源制御手段と、を備え、
前記中央演算処理手段は、前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段を、前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段を、それぞれオン状態もしくはオフ状態にする命令を行う、計算装置。
(付記2)
前記中央演算処理手段は、一つのクロックサイクルにおいて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段のいずれか一方にアクセスするようにアクセスを切り替える、付記1記載の計算装置。
(付記3)
前記第1の記憶手段と、前記第2の記憶手段とは、不揮発メモリである、
付記1または2記載の計算装置。
(付記4)
前記第1の記憶手段の記憶容量と前記第2の記憶手段の記憶容量とは異なる、
付記1から3の内の1項記載の計算装置。
(付記5)
前記中央演算処理手段は、
前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段をオン状態にする命令を、前記アクセスを前記第1の記憶手段から前記第2の記憶手段へ切り替える命令を行うよりも、前記第2の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行い、
前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段をオン状態にする命令を、前記アクセスを前記第2の記憶手段から前記第1の記憶手段へ切り替える命令を行うよりも、前記第1の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行う、
付記2から4の内の1項記載の計算装置。
(付記6)
前記中央演算処理手段は、
前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段のそれぞれについて、オン状態とするための電力とオフ状態とするための電力との合計の電力と、動作を続ける電力と、を比較し、
それぞれの、前記合計の電力が前記動作を続ける電力よりも大きい場合、
それぞれの、前記オフ状態にする命令をスタンバイ状態にする命令に置換する、
付記1から5の内の1項記載の計算装置。
(付記7)
前記オン状態とするための電力は、動作電圧にする電力と前記動作電圧にした後に動作が安定するまで待機する間の電力との合計である、
付記6記載の計算装置。
(付記8)
前記スタンバイ状態は、クロックを止める状態である、
付記6または7記載の計算装置。
(付記9)
前記第1の記憶手段の記憶容量は前記第2の記憶手段の記憶容量よりも小さい、
付記1から8の内の1項記載の計算装置。
(付記10)
前記中央演算処理手段は、
外部からの割り込み命令によって前記中央演算処理手段をオフ状態からオン状態とした後に開始する開始命令コードから、次に前記中央演算装置をオフ状態とする命令コードまでの命令コード群を、
前記開始命令コードを含みかつ所定の命令コード長を有するサブ命令コード群1と、サブ命令コード群2とに分割し、
前記所定の命令コード長を、前記第1の記憶手段をオン状態にするための電力と前記第1の記憶手段から命令コードを読み込んで実行する電力との合計が、前記第2の記憶手段から命令コードを読み込んで実行する電力よりも小さくなる命令コード長以上の長さとし、
前記サブ命令コード群1を前記第1の記憶手段に格納する、
付記9記載の計算装置。
(付記11)
前記中央演算処理手段は、
前記サブ命令コード群2、もしくは、
前記外部からの割込み命令以外で前記中央演算装置の電源をオン状態とした後に開始する開始命令コードから、次に前記中央演算装置の電源をオフ状態とする命令コードまでの命令コード群、において
各々の命令コードの命令コード長を所定期間内での呼び出し回数で除して得られる値が小さい命令コードから順に前記第1の記憶手段に格納する、
付記9または10記載の計算装置。
(付記12)
前記中央演算処理手段は、
前記外部からの割り込み命令が実行される頻度を受けて、時刻やセンサーからの信号を定期的に計測して作成したデータテーブルに基づいて所定期間の前記外部からの割込み命令の回数を推定し、前記命令の回数と所定の値との大小関係が入れ替わった時点で、前記中央演算処理手段が実行する命令コードを前記第1と第2の記憶手段に再格納、もしくは、すでに格納された前記命令コードとの差分を格納する、
付記1から11の内の1項記載の計算装置。
(付記13)
第1の命令コードを第1の記憶手段に格納し、第2の命令コードを第2の記憶手段に格納し、
前記第1の記憶手段に格納された前記第1の命令コードと前記第2の記憶手段に格納された前記第2の命令コードとに従って命令を行い、
前記命令を受けて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段とをオン状態もしくはオフ状態にする電源制御を行い、
前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段を、前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段を、それぞれオン状態もしくはオフ状態にする命令を行う、計算装置の動作方法。
(付記14)
前記命令は、一つのクロックサイクルにおいて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段のいずれか一方にアクセスするようにアクセスを切り替えて行う、付記13記載の計算装置の動作方法。
(付記15)
前記第1の記憶手段と、前記第2の記憶手段とは、不揮発メモリである、
付記13または14記載の計算装置の動作方法。
(付記16)
前記第1の記憶手段の記憶容量と前記第2の記憶手段の記憶容量とは異なる、
付記13から15の内の1項記載の計算装置の動作方法。
(付記17)
前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段をオン状態にする命令を、前記アクセスを前記第1の記憶手段から前記第2の記憶手段へ切り替える命令を行うよりも、前記第2の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行い、
前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段をオン状態にする命令を、前記アクセスを前記第2の記憶手段から前記第1の記憶手段へ切り替える命令を行うよりも、前記第1の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行う、
付記14から17の内の1項記載の計算装置の動作方法。
(付記18)
前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段のそれぞれについて、オン状態とするための電力とオフ状態とするための電力との合計の電力と、動作を続ける電力と、を比較し、
それぞれの、前記合計の電力が前記動作を続ける電力よりも大きい場合、
それぞれの、前記オフ状態にする命令をスタンバイ状態にする命令に置換する、
付記13から17の内の1項記載の計算装置の動作方法。
(付記19)
前記オン状態とするための電力は、動作電圧にする電力と前記動作電圧にした後に動作が安定するまで待機する間の電力との合計である、
付記18記載の計算装置の動作方法。
(付記20)
前記スタンバイ状態は、クロックを止める状態である、
付記18または19記載の計算装置の動作方法。
(付記21)
前記第1の記憶手段の記憶容量は前記第2の記憶手段の記憶容量よりも小さい、
付記13から20の内の1項記載の計算装置の動作方法。
(付記22)
外部からの割り込みによって前記命令をオフ状態からオン状態とした後に開始する開始命令コードから、次に前記命令をオフ状態とする命令コードまでの命令コード群を、
前記開始命令コードを含みかつ所定の命令コード長を有するサブ命令コード群1と、サブ命令コード群2とに分割し、
前記所定の命令コード長を、前記第1の記憶手段をオン状態にするための電力と前記第1の記憶手段から命令コードを読み込んで実行する電力との合計が、前記第2の記憶手段から命令コードを読み込んで実行する電力よりも小さくなる命令コード長以上の長さとし、
前記サブ命令コード群1を前記第1の記憶手段に格納する、
付記21記載の計算装置の動作方法。
(付記23)
前記サブ命令コード群2、もしくは、
前記外部からの割込み以外で前記命令をオン状態とした後に開始する開始命令コードから、次に前記命令をオフ状態とする命令コードまでの命令コード群、において
各々の命令コードの命令コード長を所定期間内での呼び出し回数で除して得られる値が小さい命令コードから順に前記第1の記憶手段に格納する、
付記21または22記載の計算装置の動作方法。
(付記24)
前記外部からの割り込みが実行される頻度を受けて、時刻やセンサーからの信号を定期的に計測して作成したデータテーブルに基づいて所定期間の前記外部からの割込み命令の回数を推定し、前記命令の回数と所定の値との大小関係が入れ替わった時点で、前記命令の命令コードを前記第1と第2の記憶手段に再格納、もしくは、すでに格納された前記命令コードとの差分を格納する、
付記13から23の内の1項記載の計算装置の動作方法。
2、11、21、31 不揮発メモリ(1)
3、12、22、32 不揮発メモリ(2)
4、13、23、33 電源制御回路(PMU)
5、25 信号線(バス)
14、15、16、36、37、38、39 電源スイッチ
24 各種モジュール
34 タイマーモジュール
35 周辺モジュール
40 命令コード群
41 プログラムコード
42 メモリ(1)
43 メモリ(2)
44 サブ命令コード群Pf格納領域
45 命令コード(Pb、、、Pi、、、)
Claims (10)
- 第1の命令コードを格納する第1の記憶手段と、
前記第1の記憶手段とは記憶容量が異なり、第2の命令コードを格納する第2の記憶手段と、
前記第1の記憶手段に格納された前記第1の命令コードと前記第2の記憶手段に格納された前記第2の命令コードとに従って命令を行う中央演算処理手段と、
前記中央演算処理手段の命令を受けて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段とをオン状態もしくはオフ状態にする電源制御手段と、を備え、
前記第1の記憶手段および前記第2の記憶手段のうち記憶容量が小さい方に処理時間が短いプログラムコードを格納しておき、
前記中央演算処理手段は、
前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段を、前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段を、それぞれオン状態もしくはオフ状態にする命令を行う、計算装置。 - 前記中央演算処理手段は、一つのクロックサイクルにおいて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段のいずれか一方にアクセスするようにアクセスを切り替える、請求項1記載の計算装置。
- 前記第1の記憶手段と、前記第2の記憶手段とは、不揮発メモリである、
請求項1または2記載の計算装置。 - 前記中央演算処理手段は、
前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段をオン状態にする命令を、前記第1の記憶手段から前記第2の記憶手段へアクセス先を切り替える命令を行うよりも、前記第2の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行い、
前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段をオン状態にする命令を、前記第2の記憶手段から前記第1の記憶手段へアクセス先を切り替える命令を行うよりも、前記第1の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行う、
請求項2または3記載の計算装置。 - 前記第1の記憶手段の記憶容量は前記第2の記憶手段の記憶容量よりも小さい、
請求項1から4の内の1項記載の計算装置。 - 前記中央演算処理手段は、
外部からの割り込み命令によって前記中央演算処理手段をオフ状態からオン状態とした後に開始する開始命令コードから、次に前記中央演算処理手段をオフ状態とする命令コードまでの命令コード群を、
前記開始命令コードを含みかつ所定の命令コード長を有するサブ命令コード群1と、サブ命令コード群2とに分割し、
前記所定の命令コード長を、前記第1の記憶手段をオン状態にするための電力と前記第1の記憶手段から命令コードを読み込んで実行する電力との合計が、前記第2の記憶手段から命令コードを読み込んで実行する電力よりも小さくなる命令コード長以上の長さとし、
前記サブ命令コード群1を前記第1の記憶手段に格納する、
請求項5記載の計算装置。 - 前記中央演算処理手段は、
前記サブ命令コード群2、もしくは、
外部からの割込み命令以外で前記中央演算処理手段の電源をオン状態とした後に開始する開始命令コードから、次に前記中央演算処理手段の電源をオフ状態とする命令コードまでの命令コード群、において
各々の命令コードの命令コード長を所定期間内での呼び出し回数で除して得られる値が小さい命令コードから順に前記第1の記憶手段に格納する、
請求項6記載の計算装置。 - 前記中央演算処理手段は、
外部からの割り込み命令が実行される頻度を受けて、時刻やセンサーからの信号を定期的に計測して作成したデータテーブルに基づいて所定期間の前記割り込み命令の回数を推定し、前記割り込み命令の回数と所定の値との大小関係が入れ替わった時点で、前記中央演算処理手段が実行する命令コードを前記第1の記憶手段および前記第2の記憶手段の少なくとも一方に再格納、もしくは、すでに格納された前記命令コードとの差分を格納する、
請求項1から7の内の1項記載の計算装置。 - 第1の命令コードを第1の記憶手段に格納し、前記第1の記憶手段とは異なる記憶容量の第2の記憶手段に第2の命令コードを格納し、前記第1の記憶手段および前記第2の記憶手段のうち記憶容量が小さい方に処理時間が短いプログラムコードを格納しておき、
前記第1の記憶手段に格納された前記第1の命令コードと前記第2の記憶手段に格納された前記第2の命令コードとに従って命令を行い、
前記第1の命令コードおよび前記第2の命令コードの少なくともいずれかに従った命令を受けて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段とをオン状態もしくはオフ状態にする電源制御を行い、
前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段を、前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段を、それぞれオン状態もしくはオフ状態にする命令を行う、計算装置の動作方法。 - 第1の命令コードを格納する第1の記憶手段と、
第2の命令コードを格納する第2の記憶手段と、
前記第1の記憶手段に格納された前記第1の命令コードと前記第2の記憶手段に格納された前記第2の命令コードとに従って命令を行う中央演算処理手段と、
前記中央演算処理手段の命令を受けて前記第1の記憶手段と前記第2の記憶手段とをオン状態もしくはオフ状態にする電源制御手段と、を備え、
前記中央演算処理手段は、
前記第1の命令コードを受けて前記第2の記憶手段をオン状態にする命令を、前記第1の記憶手段から前記第2の記憶手段へアクセス先を切り替える命令を行うよりも、前記第2の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行い、
前記第2の命令コードを受けて前記第1の記憶手段をオン状態にする命令を、を前記第2の記憶手段から前記第1の記憶手段へアクセス先を切り替える命令を行うよりも、前記第1の記憶手段がオン状態になるために必要な時間以上、先行して行う、計算装置。
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