JP7199860B2 - 集積回路装置 - Google Patents

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Description

本発明は集積回路装置に関する。
従来、半導体集積回路の消費電力の削減手法として、半導体集積回路に供給する電源電圧を低減する方法が知られている。電源電圧を低減すると半導体集積回路の遅延量が増加するため、遅延量と消費電力の両方を考慮して適切な電源電圧に設定する必要がある。電源電圧を設定する方法として、DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)や、AVS(Adaptive Voltage Scaling)などが知られている。DVFSでは、動作周波数に応じて電源電圧が動的に制御される。また、AVSでは、温度やプロセスばらつきに応じて適応的に電圧が制御される。
半導体集積回路に備える温度センサにより温度を検出し、温度が所定の閾値を越えた際に電源電圧を制御する構成が提案されている(特許文献1参照)。
特開2012-221301号公報
しかしながら特許文献1では、温度を常時監視し、温度が閾値以上変化するたび、頻繁に電源電圧を制御する必要がある。電源電圧を頻繁に制御しない場合、温度に応じた適切な電源電圧でない期間が発生するため、余分な消費電力の発生や、半導体集積回路の遅延量が増加することによる半導体集積回路の誤動作が発生する可能性がある。
そのため、CPUは温度センサから温度を取得し、電源電圧を制御する処理を頻繁に行う必要があり、CPUに大きな負荷がかかってしまう。CPUの負荷が大きくなると、集積回路内の他の処理回路に対する必要な制御を行うことができず、処理性能が低下するという問題がある。
本発明はこのような問題を解決し、CPUへの負荷を抑えながら、集積回路装置の動作周波数及び電圧を適切に制御して、消費電力を低減することを目的とする。
クロック信号に応じて動作する集積回路装置であって、前記クロック信号の周波数を制御する周波数制御手段と、前記集積回路装置が動作するための電源電圧を制御する電圧制御手段と、前記周波数制御手段と前記電圧制御手段とを制御する制御指示手段と、前記集積回路装置の温度を検出する温度検出手段とを備え、前記制御指示手段は、前記クロック信号の周波数に応じて前記電源電圧を設定する第1の電圧制御処理と、前記クロック信号の周波数および、前記温度検出手段にて検出された温度に応じて前記電源電圧を設定する第2の電圧制御処理とを行い、前記制御指示手段は、前記周波数制御手段を制御して前記クロック信号の周波数を変更すると、前記第1の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御し、その後、前記温度検出手段により検出された温度が安定したと判断すると、前記第2の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御する。
本発明によれば、CPUへの負荷を抑えながら、集積回路装置の動作周波数及び電圧を適切に制御することができる。
第1の実施形態における画像処理装置を示すブロック図である。 動作周波数および電源電圧の制御手順を示すフローチャートである。 動作モードと動作周波数、及び電圧の変化を示す図である。 動作周波数や温度に対応した電源電圧の情報を示す図である。 第2の実施形態における画像処理装置を示すブロック図である。 電源電圧の制御手順を示すフローチャートである。 温度変化に対応した電源電圧の波形を示す図である。 動作周波数や温度に対応した電源電圧の情報を示す図である。
以下図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明の集積回路装置が適用された、第1の実施形態における画像処理装置100を示すブロック図である。
図1において、画像処理装置100は、半導体集積回路101と、動作モード指示部102と、不揮発メモリ部104と、電源電圧生成部107と、クロック生成部109を含む。半導体集積回路101は、本発明の集積回路装置に対応している。半導体集積回路101は、一つの集積回路チップとして構成される。また、半導体集積回路101は、画像処理用のASIC(Application Specfic IC)として構成され、図1に示す構成の他に、画像処理のために必要な回路要素を備える。
動作モード指示部102は、ボタン、リモコン、タッチパネルなどの操作部材である。動作モード指示部102は、半導体集積回路101の動作モード変更指示をユーザーから受け付け、半導体集積回路101内部の制御指示部105へ出力する。半導体集積回路101は複数の動作モードを有する。また、各動作モードに対応した動作周波数で動作するように制御される。動作モードに対応した動作周波数の情報が不揮発メモリ部104に格納されている。
不揮発メモリ部104は、フラッシュROMなどの不揮発性のメモリである。不揮発メモリ部104は、制御指示部105によって実行されるプログラム、動作モードに対応した動作周波数の情報、動作周波数に対応した電源電圧の情報、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報などが格納されている。動作周波数に対応した電源電圧の情報と、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。
電源電圧生成部107は、半導体集積回路101内部の電圧制御部108より入力される制御信号により、生成する電源電圧の値を制御可能な電源制御ICである。電源電圧生成部107から出力される電源電圧は、半導体集積回路101へ供給される。クロック生成部109は、一般的には水晶発振子が用いられ、半導体集積回路101の基準となるクロックを生成する。
制御指示部105は、CPU、MPUなどのプログラマブルプロセッサや、必要なメモリ、レジスタ等を有し、半導体集積回路101の各部の処理を制御する。制御指示部105は、不揮発メモリ部104に格納されている動作プログラムを読み出し、揮発メモリ部110に展開する。そして、揮発メモリ部110に展開したプログラムを実行することにより、各部を制御する。
制御指示部105は、動作モード指示部102から動作モード変更の指示を受けると、動作モードに応じた動作周波数を、不揮発メモリ部104に格納された動作モードに対応した動作周波数情報に基づいて決定する。さらに、決定した動作周波数に対応した電源電圧を、不揮発メモリ部104に格納された、動作周波数に対応した電源電圧情報に基づいて決定する。
続いて制御指示部105は、動作モード変更前の動作周波数と、動作モード変更後の動作周波数の比較を行う。比較結果に基づき、動作周波数および電源電圧の制御手順を決定し、決定した手順に従って周波数制御部106および電圧制御部108へ制御を指示する。
さらに制御指示部105は、温度検出部103から半導体集積回路101の現在の温度を取得することが可能である。取得した温度が安定した場合、動作周波数および温度に応じた電源電圧を、不揮発メモリ部104に格納された、動作周波数および温度に対応した電源電圧情報に基づいて決定し、電圧制御部108へさらなる電源電圧の制御を指示する。動作周波数および温度に対応した電源電圧情報と、制御指示部105の処理手順の詳細は、図を用いて後述する。
周波数制御部106は、PLL、クロックゲーティングセルから構成され、クロック生成部109より出力されたクロック信号を逓倍、分周した後に、半導体集積回路101の各動作部に対して動作クロック信号を供給する。また、動作周波数の変更は、制御指示部105より受領した動作周波数制御指示に基づく。
電圧制御部108は、I2CやSPIといった通信方式により、半導体集積回路101の外部にある電源電圧生成部107と通信を行うインタフェースである。制御指示部105より受領した電圧制御指示に基づき、電源電圧生成部107の生成する電源電圧を制御する。
揮発メモリ部110は、例えばSDRAMなどの揮発性の半導体メモリである。揮発メモリ部110は、前記のように、制御指示部105が実行するプログラムを展開するために使用される。また、揮発メモリ部110は、画像処理のための記憶領域としても使用され、半導体集積回路101の各部からアクセスされ、各部の処理に伴う画像データやその他のデータを記憶する。
図2は、第1の実施形態における、動作周波数および電源電圧の制御手順のフローチャートを示す図である。図2に示すフローは、制御指示部105が不揮発メモリ104から読み出したプログラムに従って実行されるものである。
制御指示部105が動作モード指示部102より、半導体集積回路101の動作モード変更の指示を受けると図2の処理が開始する。制御指示部105は、変更後の動作モードを検出し(S201)、変更後の動作モードに対応した動作周波数を、不揮発メモリ部104より取得する(S202)。続いて、動作モード変更前の動作周波数と、ステップ202にて取得した動作モード変更後の動作周波数を比較して、動作モード変更前後の動作周波数が同じであるか否かを判別する(S203)。
S203における動作周波数の比較によって、動作周波数制御と、後述する第1の電圧制御処理による電源電圧の制御の順序が異なる。これは、動作周波数を下げる場合、先に電源電圧を制御してしまうと、動作周波数に対して半導体集積回路101の遅延量が許容されない可能性のある期間が発生するからである。動作周波数を上げる場合も同様であり、先に動作周波数を制御してしまうと、動作周波数に対して半導体集積回路101の遅延量が許容されない可能性のある期間が発生する。
S203にて、動作モードの変更前後の動作周波数が同じでないと判別された場合、動作モード変更後の動作周波数より、動作モード変更前の動作周波数の方が高いか否かを判別する(S204)。動作モード変更後の動作周波数より、動作モード変更前の動作周波数の方が高い場合、周波数制御部106へ、S202にて取得した動作周波数への変更を指示する(S205)。また、動作周波数を変更したことにより温度が変化し、温度が不安定な状態が継続する。
動作周波数の変更の後、制御指示部105は、電圧制御部108へ電源電圧の制御を指示する(S206)。S206にて設定される電源電圧は、第1の電圧制御処理に基づき、決定する。第1の電圧制御処理とは、S202にて決定した動作周波数に対応した電源電圧となるように制御する処理である。第1の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部105が、不揮発メモリ部104に格納された動作周波数に対応した電源電圧の情報を参照し、決定する。動作周波数に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。
次に、制御指示部105は温度検出部103から温度を検出し(S209)、温度が安定しているか否かの判定を行う(S210)。温度が安定していない場合はS209へと戻り、温度が安定するまでS209とS210を繰り返す。本実施形態では、前回検出された温度と今回検出された温度との差分が所定値以下となった場合、もしくは、前回と今回の温度の差分が所定値以下である状態が複数回の温度検出結果において継続している場合、温度が安定していると判別する。
検出される温度が安定した場合、制御指示部105は、電圧制御部108へ電源電圧の制御を指示する(S211)。S211にて設定される電源電圧は、第2の電圧制御処理に基づき、決定する。第2の電圧制御処理とは、S202にて決定した動作周波数と、S209にて検出され、S210にて安定したと判断された温度に対応した電源電圧となるように制御する処理である。
第2の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部105が、不揮発メモリ部104に格納された動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報を参照し、決定する。動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。
S204にて、動作モード変更後の動作周波数より、動作モード変更前の動作周波数の方が高くない場合、制御指示部105は、電圧制御部108へ電源電圧の制御を指示する(S207)。S207にて設定される電源電圧は、第1の電圧制御処理により決定する。第1の電圧制御処理は前述の通り、S202にて決定した動作周波数に対応した電源電圧となるように制御する処理である。続いて、周波数制御部106へ、S202にて取得した動作周波数になるように指示する(S207)。S209~S211は、S204からS205へ分岐した場合と同様の処理である。
S203にて、動作モード変更前の動作周波数と動作モード変更後の動作周波数が同じである場合、動作周波数および電源電圧の変更指示を行わずに処理を終了する。
図3(a)は、第1の実施形態における、動作モード、動作周波数、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、半導体集積回路101の動作モードが高駆動率モードから低駆動率モードへ遷移する場合を示す。低駆動率モードは動作周波数が低い動作モードを、高駆動率モードは動作周波数が高い動作モードをそれぞれ表す。
図3(a)において、動作モード301は半導体集積回路101の動作モードを示す。動作周波数302は周波数制御部106から各動作部へ供給されるクロックの動作周波数を示し、f1は、f2と比較して高い動作周波数を示す。電源電圧303は電源電圧生成部107によって生成される電源電圧を示し、v1は高駆動率モード時の電源電圧を、v2は第1の電圧制御手段により設定される電源電圧を、v3は第2の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度304は半導体集積回路101の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。図3(a)の横軸は経過時間である。
時間t1は、制御指示部105が、動作モード301の変更を受け、周波数制御部106へ動作周波数の制御指示を行う時間を示す。また、動作周波数302を変更したことにより、温度304が変化を開始する時間である。時間t2は、制御指示部105が、電圧制御部108へ第1の電圧制御処理を行う時間を示す。時間t3は、制御指示部105が温度検出部103から取得した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部105が、電圧制御部108へ第2の電圧制御処理示を行う時間である。
時間t1から時間t3の期間は、半導体集積回路101に供給される動作周波数が変更したことによる半導体集積回路101の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間t3以降の期間は、半導体集積回路101の温度が安定後、次に半導体集積回路101の動作モードが変更されるまでの期間である。この期間は設定された半導体集積回路101の動作モードに依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はv2-v3となり、一般的には数十ミリV程度である。
図3(b)は、第1の実施形態における、動作モード、動作周波数、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、動作モードが低駆動率モードから高駆動率モードへ遷移する場合を示す。図3(b)において、動作モード305は半導体集積回路101の動作モードを示す。
動作周波数306は周波数制御部106から各動作部へ供給されるクロックの動作周波数を示し、f3は、f4と比較して高い動作周波数を示す。電源電圧307は電源電圧生成部107によって生成される電源電圧を示し、v4は低駆動率モード時の電源電圧を、v5は第1の電圧制御手段により設定される電源電圧を、v6は第2の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度308は半導体集積回路101の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。
図3(b)の横軸は経過時間である。時間t4は、制御指示部105が、動作モード305の変更を受け、電圧制御部108へ第1の電圧制御処理を行う時間を示す。また、電源電圧307を変更したことにより、温度308が変化を開始する時間である。時間t5は、制御指示部105が、周波数制御部106へ動作周波数の制御指示を行う時間を示す。時間t4から時間t5の期間は、電源電圧制御部108が電源電圧生成部107を制御後、電源電圧生成部107によって生成される変更後の電源電圧が安定するまでの時間が支配的であり、一般的な電源制御ICによれば数百マイクロ秒程度である。時間t6は、制御指示部105が温度検出部103から受領した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部105が、電圧制御部108へ第2の電圧制御処理を行う時間である。
図3(b)の時間t4から時間t6の期間は、半導体集積回路101に供給される電源電圧が変更したことによる半導体集積回路101の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間t6以降の期間は、半導体集積回路101の温度が安定後、次に半導体集積回路101の動作モードが変更されるまでの期間である。この期間は設定された半導体集積回路101の動作モードに依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はv4-v5となり、一般的には数十ミリV程度である。
図4(a)は、第1の実施形態における、不揮発メモリ部104に格納されている、動作周波数に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部105は、第1の電圧制御処理において、電圧制御部108への制御を指示する際に図4(a)の電源電圧の情報を参照する。動作周波数F1~Fnに対して、電源電圧V1~Vnがそれぞれ対応する。また、V1~Vnは、半導体集積回路101がそれぞれの動作周波数で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。また、電源電圧V1~Vnには、温度変化に依存しないよう所定のマージンが含まれている。
図4(b)は、第1の実施形態における、不揮発メモリ部104に格納されている、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部105は、第2の電圧制御処理において、電圧制御部108への制御を指示する際に参照する。動作周波数F1~Fnと、温度T1~Tnに対応した電源電圧がV11~Vnnとなる。また、V11~Vnnは、半導体集積回路101がそれぞれの動作周波数および温度で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。
以上で説明したように、第1の実施形態によれば、制御指示部105は第1の電圧制御処理によって、動作モード変更後即座に、電圧制御部108へ動作周波数に応じた電源電圧への制御指示が可能となる。また、制御指示部105は第2の電圧制御処理によって、温度安定後、電圧制御部108へ動作周波数および温度に応じた電源電圧への制御指示が可能となる。
また、制御指示部105は、電源電圧を制御するために、動作モード変更時から温度が安定する期間においてのみ温度検出部103から温度を取得すればよい。温度が安定した後は、電源電圧制御のために温度を取得する必要がない。
また、御指示部105が電圧制御部108に指示して行う電源電圧の制御は、動作モード変更時および温度安定時の2回のみでよい。従って、制御指示部105におけるCPUの負荷を抑えながら、半導体集積回路の動作周波数と温度に応じた効率的な電源電圧の制御が可能となり、半導体集積回路の消費電力の低減を実現できる。
次に、第2の実施形態を説明する。図5は、本発明の集積回路装置が適用された、第2の実施形態における画像処理装置を示すブロック図である。
図5において、画像処理装置500は、半導体集積回路501と、撮像光学部502と、撮像センサ部503と、動作モード指示部506と、不揮発メモリ部510と、記録媒体514と、電源電圧生成部515と、クロック生成部518と、表示部519を含む。
半導体集積回路501は、一つの集積回路チップとして構成される。また、半導体集積回路101は、画像処理用のASIC(Application Specfic IC)として構成され、図2に示す構成の他に、画像処理のために必要な回路要素を備える。
画像処理装置500の撮影対象となる被写体像は、撮像光学部502を通して撮像センサ部503上に結像する。撮像センサ部503は、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサを示し、撮像光学部502を通した光を電気信号に変換する。動作モード指示部506は、ボタン、リモコン、タッチパネルなどの操作部材を有する。動作モード指示部506は、半導体集積回路501の動作モード変更の指示をユーザーから受け、半導体集積回路501内部の制御指示部511へ出力する。半導体集積回路501は複数の動作モードを有する。また、各動作モードに対応した動作周波数で動作するように制御される。動作モードに対応した動作周波数の情報が不揮発メモリ部510に格納されている。
不揮発メモリ部510は、フラッシュROM等の不揮発性の記憶装置である。不揮発メモリ部510には、制御指示部511によって実行されるプログラム、動作モードに対応した動作周波数の情報、動作周波数に対応した電源電圧の情報、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報等が格納されている。動作周波数に対応した電源電圧の情報と、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。
記録媒体514は、内蔵式のメモリ、ハードディスク、メモリカード等である。電源電圧生成部515は、半導体集積回路501内部の電圧制御部516より入力される制御信号により、生成する電源電圧の値を制御可能な電源制御ICである。電源電圧生成部515から出力される電源電圧は、半導体集積回路501へ供給される。
クロック生成部518は、一般的には水晶発振子が用いられ、半導体集積回路501の基準となるクロックを生成する。表示部509は、LCDモニタといった、半導体集積回路501より出力される動画像を表示するモニタである。半導体集積回路501において、センサ信号処理部504は、撮像センサ部503によって変換された電気信号の欠落画素の補完や、ノイズの除去を行う。センサ信号処理部504から出力される画像データは一般的に、未現像のデータである事を区別し、RAWデータと呼ばれる。センサ信号処理部504から出力されたRAWデータは、現像部505で現像処理される。
現像部505は、RAWデータに対してデベイヤー処理(デモザイク処理もしくは色補間処理とも呼ばれる)、ホワイトバランス調整、RGB-YUV変換、ノイズ低減、光学歪補正等のいわゆる現像処理を行う。
画像変化検出部507は、現像部505によって現像された画像データのパラメータを解析し、前回取得の画像データの画像パラメータと比較を行う。画像パラメータとは、輝度、コントラスト、色相、彩度、明度など、画像データの情報において数値化できるパラメータを表す。画像変化の比較には複数の画像パラメータを用いてもよく、どれか一つを用いてもよい。複数のパラメータを用いる場合、複数のパラメータの加減乗除またはそれらの組み合わせによる演算結果と比較してもよい。前回取得の画像データのパラメータとは、1フレーム前の画像のパラメータ、もしくは1フレーム前から複数フレーム前の画像の画像パラメータの平均値である。比較の結果、画像パラメータに所定値以上の変化があった場合、画像変化検出部507は、制御指示部511へ画像変化検出信号を出力する。
制御指示部511は、CPU、MPUなどのプログラマブルプロセッサやレジスタ等の必要な回路を備えている。制御指示部511にて実行するプログラムは、不揮発メモリ部510に格納されている。制御指示部511は、動作モード指示部506から動作モード変更指示を受けると、各動作モードに応じた動作周波数を、不揮発メモリ部510に格納された動作モードに対応した動作周波数の情報に基づいて決定する。さらに、決定した動作周波数に対応した電源電圧を、不揮発メモリ部510に格納された、動作周波数に対応した電源電圧の情報に基づいて決定する。
続いて制御指示部511は、動作モード変更前の動作周波数と、動作モード変更後の動作周波数の比較を行う。比較結果に基づき、動作周波数および電源電圧の制御手順を決定し、決定した手順に従って周波数制御部512および電圧制御部516へ制御を指示する。さらに制御指示部511は、温度検出部509から半導体集積回路501の現在の温度を取得することが可能である。取得した温度が安定した場合、動作周波数および温度に応じた電源電圧を、不揮発メモリ部501に格納された、動作周波数および温度に対応した電源電圧情報に基づいて決定し、電圧制御部516へさらなる電源電圧の制御を指示する。動作周波数および温度に対応した電源電圧情報の詳細は、図を用いて後述する。
さらに制御指示部511は、画像変化検出部507より画像検出信号が入力された場合、温度検出部509から半導体集積回路501の現在の温度を取得し、画像変化検出前に取得した前回の温度と、画像変化後に取得した現在の温度を比較する。また、温度の比較結果に基づき、電源電圧を制御する。制御の詳細は後述する。
制御指示部511は、温度検出部509から半導体集積回路501の現在の温度をさらに取得する。取得した温度が安定した場合、動作周波数および温度に応じた電源電圧を、不揮発メモリ部501に格納された、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報に基づいて決定し、電圧制御部516へさらなる電源電圧の制御を指示する。
周波数制御部512は、PLL、クロックゲーティングセルから構成され、クロック生成部518より出力されたクロックを逓倍、分周した後に、半導体集積回路501の各動作部に対してクロックを供給する。また、動作周波数の変更は、制御指示部511より受領した動作周波数の制御の指示に基づく。電圧制御部516は、I2CやSPIといった通信方式により、半導体集積回路501の外部にある電源電圧生成部515と通信を行うインタフェースである。制御指示部511より受けた電圧の制御の指示に基づき、電源電圧生成部515の生成する電源電圧を制御する。
圧縮部508は、現像部505より入力される画像データが動画像である場合は、MPEG-2や、H.264、H.265等の符号化手法によって動画ファイルを作成する。入力される画像データが静止画像である場合は、JPEGなどの符号化によって静止画ファイルを作成する。作成された動画及び静止画ファイルは、記録再生部513によって、記録媒体514に記録される。表示処理部517は、記録時や記録待機時においては、現像部505より入力された動画像を表示部519に表示する。また、再生時においては、記録再生部により読み出された動画及び静止画ファイルを復号して伸長し、動画及び静止画ファイルを表示部519に表示する。
揮発性メモリ部520は、例えばSDRAMなどの揮発性のメモリである。揮発メモリ部520は、前記のように、制御指示部511が実行するプログラムを展開するために使用される。また、揮発メモリ部520は、画像処理のための記憶領域としても使用され、半導体集積回路511の各部からアクセスされ、各部の処理に伴う画像データやその他のデータを記憶する。
第2の実施形態においても、第1の実施形態と同じく、半導体集積回路501は複数の動作モードを持つ。そして、制御指示部511は、動作モードと温度とに基づいて、図2の処理を行うことにより、クロック信号の周波数と電源電圧とを制御する。
このような制御に加え、更に、第2の実施形態では、図6に示す処理を行う。図6は、第2の実施形態における、電源電圧の制御手順のフローチャートであり、特に制御指示部511が画像変化検出部507より画像が変化したことを示す信号を受けた時の制御に関する。図6に示すフローは、制御指示部511が不揮発メモリ部510からプログラムを読みだすことで実行されるものである。制御指示部511が画像変化検出部507より画像の変化を検出したことを示す信号を受けると、図6の処理が開始される。
画面の変化が検出された場合、クロックの動作周波数が変化せずとも、圧縮部508や表示処理部517にて処理するデータ量が変化し、半導体集積回路501の温度が変化する場合がある。そこで、制御指示部511は温度検出部509から温度を取得する(S601)。なお、画面変化が検出されてから所定時間後に温度を取得してもよいものとする。
次に、取得した温度と、前回取得した温度とを比較し、前回の温度と同じであるか否かを判別する(S602)。同じ温度で無い場合、前回の温度よりも今回の温度の方が低いか否かを判別する(S603)。今回取得した温度より、画像変化を検出する前に取得した、前回の温度の方が高い場合、温度は下降していく傾向にあると予測できる。すると半導体集積回路501の遅延量は大きくなり、現在設定されている電源電圧では回路が誤動作を起こす可能性がある。
従って、制御指示部511は、電圧制御部516へ電源電圧の制御を指示する(S604)。S604にて設定される電源電圧は、第1の電圧制御処理に基づき、決定する。第1の電圧制御処理とは、周波数制御部512より供給されている動作周波数に対応した電源電圧になるように制御する処理である。第1の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部511が、現在の動作モードに対応し、不揮発メモリ部510に格納された動作周波数に対応した電源電圧の情報を参照し、決定する。動作周波数に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。
画像変化の検出の前に取得した、前回の温度の方が低い場合、温度は上昇していく傾向にあると予測できる。すると半導体集積回路501の遅延量は小さくなり、現在設定されている電源電圧で回路が誤動作を起こす可能性はない。従って、電源電圧の制御は行わず、S605へと移行する。
次に、制御指示部511は温度検出部509から温度を検出し(S605)、温度が安定しているか否かの判定を行う(S606)。温度が安定していない場合はS605へと戻り、温度が安定するまでS605とS606を繰り返す。本実施形態でも、第1の実施形態と同じく、前回と今回の温度の差分が所定値以下となった場合、もしくは、温度の差分が所定値以下である状態が、所定の回数以上、継続している場合に、安定していると判断する。検出される温度が安定した場合、電圧制御部516へ電源電圧の制御を指示する(S607)。
S607にて設定される電源電圧は、第2の電圧制御処理に基づき、決定する。第2の電圧制御処理とは、周波数制御部512より供給されている動作周波数と、ステップ605にて検出され、かつステップ606にて安定したと判断された温度に対応した電源電圧に制御する処理である。第2の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部511が、不揮発メモリ部510に格納された動作周波数および温度に対応した電源電圧情報を参照し、決定する。動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。S602において、前回検出された温度と今回の温度が同じであると判別した場合、制御指示部511は、電圧制御部516へ電源電圧の変更の指示を行わずに処理を終了する。
図7(a)は、第2の実施形態における、画像変化検出信号、処理量、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、半導体集積回路501の処理量が多い画像から少ない画像へ変化した場合を示す。半導体集積回路501の処理量とは、特に、センサ信号処理部504、現像部505、圧縮部508、記録再生部513および表示処理部517における動画像データの処理量を示すが、以後は省略する。
図7(a)において、画像変化の検出信号701は画像変化検出部507より出力され、制御指示部511へ入力される信号である。前述の通り、半導体集積回路画像501に入力される画像のパラメータに所定値以上の変化があった場合に検出される。処理量702は、半導体集積回路501の処理量を示し、特に処理量が多い画像から少ない画像へ変化した場合を示す。d1は、d2と比較して処理量が多い値を示す。
電源電圧703は電源電圧生成部515によって生成される電源電圧を示している。v9は画像変化検出前の電源電圧を、v7は第1の電圧制御手段により設定される電源電圧を、v8は第2の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度704は半導体集積回路501の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。
図7(a)の横軸は経過時間である。時間t7は、画像変化の検出信号701が画像変化検出部507より出力される時間を示し、また画像の変化により半導体集積回路501の処理量702が変化する時間を示す。また、半導体集積回路501の処理量が変化することにより、温度704が変化を開始する時間である。時間t8は、制御指示部511が、電圧制御部516へ第1の電圧制御処理を行う時間を示す。時間t9は、制御指示部511が温度検出部509から取得した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部511が、電圧制御部516へ第2の電圧制御処理を行う時間である。
時間t7から時間t9の期間は、半導体集積回路501の処理量が変化したことによる半導体集積回路501の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間t9以降の期間は、半導体集積回路501の温度が安定後、次に画像変化が検出され、半導体集積回路501の処理量が変化するまでの期間である。この期間は、被写体の変化に依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はv7-v8となり、一般的には数十ミリV程度である。
図7(b)は、第2の実施形態における、画像変化の検出信号、処理量、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、半導体集積回路501の処理量が少ない画像から多い画像へ変化した場合を示す。図7(b)において、画像変化の検出信号705は画像変化検出部507より出力され、制御指示部511へ入力される信号である。前述の通り、半導体集積回路501に入力される画像のパラメータに所定値以上の変化があった場合に検出される。
処理量706は、半導体集積回路501の処理量を示し、特に処理量が少ない画像から多い画像へ変化した場合を示す。d3は、d4と比較して処理量が多い値を示す。
電源電圧707は電源電圧生成部515によって生成される電源電圧を示し、v10は画像変化検出前の電源電圧を、v11は第2の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度708は半導体集積回路501の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。
図7(b)の横軸は経過時間である。時間t10は、画像変化検出信号705が画像変化検出部507より出力される時間を示し、また画像の変化により半導体集積回路501の処理量706が変化する時間を示す。また、半導体集積回路501の処理量が変化することにより、温度708が変化を開始する時間である。
時間t11は、制御指示部511が温度検出部509より取得した温度が、画像変化が検出される前の温度よりも高く、制御指示部511が第1の電圧制御処理を行わないと判断した時間を示す。時間t12は、制御指示部511が温度検出部509から取得した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部511が、電圧制御部516へ第2の電圧制御処理を行う時間である。
時間t10から時間t11の期間は、半導体集積回路501の処理量が変化したことによる半導体集積回路501の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間t11以降の期間は、半導体集積回路501の温度が安定後、次に画像変化が検出され、半導体集積回路501の処理量が変化するまでの期間である。この期間は、画像処理装置500が撮影している被写体の変化に依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はv10-v11となり、一般的には数十ミリV程度である。
図8(a)は、第2の実施形態における、不揮発メモリ部510に格納されている、動作周波数に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部511は、第1の電圧制御処理においてこれらの情報を参照する。動作周波数F1~Fnに対して、電源電圧V1~Vnがそれぞれ対応する。また、V1~Vnは、半導体集積回路501がそれぞれの動作周波数で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。また、電源電圧V1~Vnには、温度変化に依存しないよう所定のマージンが含まれている。
図8(b)は、第2の実施形態における、不揮発メモリ部510に格納されている、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部511は、第2の電圧制御処理において、これらの情報を参照する。動作周波数F1~Fnと、温度T1~Tnに対応した電源電圧がV11~Vnnとなる。また、V11~Vnnは、半導体集積回路501がそれぞれの動作周波数および温度で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。
以上で説明したように、第2の実施形態によれば、画像変化が検出された時に温度の下降が確認された場合、制御指示部511が第1の電圧制御処理を行うことによって、温度によらず動作が安全な電源電圧へと設定可能となる。
画像変化検出時に温度の上昇が確認された場合、半導体集積回路501の遅延は小さくなるため、制御指示部511が電圧制御部516へ第1の電圧制御処理を行う必要はなく、現在の電源電圧を維持しても半導体集積回路501の動作は安全であるといえる。また、制御指示部511は第2の電圧制御処理によって、温度安定後、電圧制御部516へ動作周波数および温度に応じた電源電圧への制御指示が可能となる。
制御指示部511が温度検出部509から行う温度の取得は、画像変化が検出された時から温度が安定する期間のみでよい。制御指示部511が電圧制御部516に指示して行う電源電圧の制御は、画像変化検出時および温度安定時の最大2回でよい。さらに、画像変化検出時に温度の上昇が確認された場合は第1の電圧制御手順を省略可能である。従って、半導体集積回路の動作周波数と温度に応じた効率的な電源電圧制御が可能となり、半導体集積回路の消費電力の低減を実現できる。

Claims (10)

  1. クロック信号に応じて動作する集積回路装置であって、
    前記クロック信号の周波数を制御する周波数制御手段と、
    前記集積回路装置が動作するための電源電圧を制御する電圧制御手段と、
    前記周波数制御手段と前記電圧制御手段とを制御する制御指示手段と、
    前記集積回路装置の温度を検出する温度検出手段とを備え、
    前記制御指示手段は、前記クロック信号の周波数に応じて前記電源電圧を設定する第1の電圧制御処理と、前記クロック信号の周波数および、前記温度検出手段にて検出された温度に応じて前記電源電圧を設定する第2の電圧制御処理とを行い、
    前記制御指示手段は、前記周波数制御手段を制御して前記クロック信号の周波数を変更すると、前記第1の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御し、その後、前記温度検出手段により検出された温度が安定したと判断すると、前記第2の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御することを特徴とする集積回路装置。
  2. 前記制御指示手段は、動作周波数が異なる複数の動作モードのいずれかの動作モードへの変更の指示に応じて、指示された動作モードで動作するように制御を行い、前記指示された動作モードの動作周波数に対応した周波数の前記クロック信号を生成するように前記周波数制御手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の集積回路装置。
  3. 前記制御指示手段は、前記変更の指示による変更の前の動作モードの前記動作周波数が、変更の後の動作モードの前記動作周波数より高い場合、前記周波数制御手段により前記クロック信号の周波数を前記変更の後の動作モードの動作周波数に対応した周波数に変更した後、前記第1の電圧制御処理により設定した電源電圧となるように前記電圧制御手段を制御することを特徴とする請求項2に記載の集積回路装置。
  4. 前記制御指示手段は、前記変更の指示による変更の前の動作モードの前記動作周波数が、変更の後の動作モードの前記動作周波数より低い場合、前記電圧制御手段により、前記電源電圧を前記第1の電圧制御処理により設定した電源電圧に変更した後、前記周波数制御手段により、前記クロック信号の周波数を前記変更の後の動作モードの動作周波数に対応した周波数に変更するように制御することを特徴とする請求項2に記載の集積回路装置。
  5. 前記制御指示手段は、前記変更の指示による変更の前の動作モードの前記動作周波数と、変更の後の動作モードの前記動作周波数とが同じ場合、前記電圧制御手段による前記電源電圧の変更を行わないようにすることを特徴とする請求項2に記載の集積回路装置。
  6. 入力された画像を処理する処理手段を備え、
    前記制御指示手段は、前記画像が変化したことが検出された場合、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の前記温度検出手段により検出された温度よりも高いか否かを判別し、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の温度よりも高い場合、前記電圧制御手段により、前記第1の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように制御し、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の温度よりも高くない場合、前記第1の電圧制御処理により電源電圧を変更しないようにすることを特徴とする請求項1または2に記載の集積回路装置。
  7. 前記制御指示手段は、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の温度よりも高い場合、前記電圧制御手段により、前記第1の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように制御した後、さらに、前記温度検出手段にて検出された温度が安定すると、前記電圧制御手段により、前記第2の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように制御することを特徴とする請求項6に記載の集積回路装置。
  8. 前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の前記温度検出手段により検出された温度と同じである場合、前記制御指示手段は、前記電圧制御手段による前記電源電圧の制御を指示しないことを特徴とする請求項6に記載の集積回路装置。
  9. 前記温度検出手段にて検出された温度が安定しているか否かの判定は、前回検出された温度と今回検出された温度との差分が所定値以下であるか否か、または、前記温度の差分が所定値以下である状態が所定の回数以上、継続しているか否かに基づく、ことを特徴とする請求項1に記載の集積回路装置。
  10. 前記集積回路装置の複数の動作周波数に対応した電源電圧の情報である第1の情報と、
    前記複数の動作周波数および前記集積回路装置の複数の温度に対応した情報である第2の情報とを記憶する記憶手段を備え、
    前記制御指示手段は、前記第1の電圧制御処理において、前記第1の情報を用いて電源電圧を設定し、前記第2の電圧制御処理において、前記第2の情報を用いて電源電圧を設定することを特徴とする請求項1に記載の集積回路装置。
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