JPH05297993A - マイクロプロセッサの駆動制御装置 - Google Patents

マイクロプロセッサの駆動制御装置

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JPH05297993A
JPH05297993A JP4096780A JP9678092A JPH05297993A JP H05297993 A JPH05297993 A JP H05297993A JP 4096780 A JP4096780 A JP 4096780A JP 9678092 A JP9678092 A JP 9678092A JP H05297993 A JPH05297993 A JP H05297993A
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microprocessor
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Osamu Ikeda
治 池田
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Dia Semicon Systems Inc
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロプロセッサの処理能力、処理速度を
見掛け上全く低下させずに、不必要な消費電力を低減さ
せる。マイクロプロセッサが過熱したときにプログラム
実行動作を継続しながら発熱を抑える。 【構成】 プロセッサ２が高速処理を必要としない時に
は消費電力・処理速度の小さなモードで動作させる。プ
ロセッサ２の周辺温度を温度センサ１０で検出し、過熱
状態になったときに処理速度・消費電力の小さな動作モ
ードに切り換え、発熱を少なくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばバッテリで動
作する携帯型のパーソナルコンピュータのようなマイク
ロプロセッサ利用機器に関し、特に、マイクロプロセッ
サの駆動条件を状態に応じて適切に制御するマイクロプ
ロセッサの駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば特開平２−１７８８１８号公報に
見られるように、コンピュータシステムの各部の動作状
態に応じて、実質的な仕事を行っていない休止状態にな
っている部分への給電を停止することで、システム全体
の消費電力を減らすという技術があり、様々な形態で具
体的に実施されている。特にバッテリー駆動の可搬型パ
ーソナルコンピュータについては、小型・軽量のバッテ
リーでできるだけ長時間動作できるようにするために、
この種の節電技術が盛んに研究されている。
【０００３】従来のある種のパーソナルコンピュータで
はレスト・モードとスリープ・モードと呼ぶ２種類のス
タンバイ機能を備えている。レスト・モードは、一定時
間ＣＰＵが動作しないと、自動的に動作周波数を１６Ｍ
Ｈｚから１ＭＨｚに下げる機能である。さらに一定時間
が経過すると自動的にスリープ・モードに入る。スリー
プ・モードでは電源供給が停止する。どちらのモードで
動作していても、任意のキーを押すことで通常のモード
に復帰する。スタンバイ・モードに入る時間はユーザが
任意に設定することができる。
【０００４】ここで「一定時間ＣＰＵが動作しない」こ
とが節電状態（前記のスタンバイ・モード）に移行する
条件となっている。具体的には、キーボードからの入力
や通信コントローラからの入力など、ＣＰＵの仕事を起
動する外部要因が一定時間以上発生しなかった時に、節
電状態に移行するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般的なパーソナルコ
ンピュータで日本語ワードプロセッサや表計算などのア
プリケーションソフトを実行している場合、最近の高性
能なマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）の処理速度はオペレ
ータによるキーボード入力速度に比べてはるかに高速で
あり、ＣＰＵが次の仕事の起動要因を待つ状態が頻繁に
生じているのが普通である。そのようなＣＰＵの実質休
止状態をとらえて前記のような節電状態（ＣＰＵの消費
電力および処理速度がともに小さい状態）に移行するこ
とができれば、おおいに効果がある。この種の節電制御
技術をさらに進歩させ、マイクロプロセッサの実質上の
処理能力、処理速度を低下させることなく、実動作上で
の不必要な電力消費を削減できるようにすることが強く
望まれている。
【０００６】また、マイクロプロセッサの不必要な消費
電力を削減することは、バッテリでの使用時間を長くす
る面からだけではなく、マイクロプロセッサ利用機器の
熱設計の面でも有利になる。処理能力および処理速度の
大きなマイクロプロセッサほど消費電力が大きく、した
がって発熱も大きい。いわゆるノート型パーソナルコン
ピュータや電子手帳などを設計するにあたり、発熱部品
が過熱状態にならないように放熱を考えた実装設計をす
ることが非常に重要な問題である。充分な容量の放熱用
ファンやフィンを用いれば素子過熱の恐れはなくなる
が、小型軽量化がきわめて重要なノート型パーソナルコ
ンピュータなどでは非常に困難な熱設計を強いられる。
【０００７】この発明は以上のような技術的課題に鑑み
なされたもので、その目的は、マイクロプロセッサのプ
ログラム実行状態に応じて不必要な消費電力を削減する
ことと、プロセッサの過熱を防ぐこととを共通の構成要
素により簡単に実現することができるようにしたマイク
ロプロセッサの駆動制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明のマイクロプロ
セッサの駆動制御装置は、マイクロプロセッサの駆動条
件を変化させて処理速度と消費電力を連動して変化させ
る駆動条件変更手段と、前記プロセッサによるプログラ
ム実行状態に応じた適切な処理速度になるように前記駆
動条件変更手段を制御するプログラム実行状態適合手段
と、前記プロセッサの周辺温度を検出し、過熱状態にな
ったときに前記プログラム実行状態適合手段に優先して
前記駆動条件変更手段を制御して前記プロセッサの消費
電力を低下させる発熱状態適合手段とを備えたものであ
る。
【０００９】
【作用】前記駆動条件変更手段は、マイクロプロセッサ
を処理速度が大きくて消費電力大きい状態で動作させた
り、消費電力が小さくて処理速度も小さい状態で動作さ
せることができる。前記プログラム実行状態適合手段
は、マイクロプロセッサが高速処理を求められている状
態では処理状態・消費電力が大きい状態で駆動させるよ
うにし、特に高速処理を求められていない実質休止状態
の時は処理速度・消費電力が小さな状態で駆動させる。
【００１０】また、前記発熱状態適合手段は温度センサ
によって検出されるマイクロプロセッサの周辺温度に基
づいて動作し、予め設定された過熱状態になったときに
マイクロプロセッサを処理速度・消費電力が小さい状態
で駆動させる。
【００１１】
【実施例】図１はこの発明の一実施例によるマイクロプ
ロセッサの駆動制御装置の概略構成を示している。この
実施例では、マイクロプロセッサシステム１はＣＰＵ２
としてインテル社製のマイクロプロセッサ８０４８６Ｓ
Ｘを用いたノート型パーソナルコンピュータを想定して
いる。
【００１２】システム１のＣＰＵ２に与えるＣＰＵクロ
ック信号の周波数変えることで、ＣＰＵ２を処理速度・
消費電力の大きな高速モードで動作させるか、処理速度
・消費電力の小さな低速モードで動作させるかを切換え
ることができる。図１において、高速クロック発生回路
３は例えば５０ＭＨｚのクロック信号を出力し、低速ク
ロック発生回路４は例えば４ＭＨｚのクロック信号を出
力する。両クロック信号の一方が切換回路６で選択され
てＣＰＵ２に供給される。このクロック切換部分が前述
の駆動条件変更手段に相当する。
【００１３】次に、前述のプログラム実行状態適合手段
に相当する部分を説明する。マイクロプロセッサシステ
ム１のシステムバス６には状態判定回路７とアドレス監
視回路８とアドレス検出回路９が接続され、これらによ
ってＣＰＵ２のプログラム実行状態が監視され、切換回
路５を切り換える節電制御が行われる。
【００１４】アドレス監視回路８は状態判定回路７から
の制御信号によってアドレス記憶モードとアドレス比較
モードのいずれかで動作する。アドレス記憶モードで
は、最初に記憶内容をクリアし、その後ＣＰＵ２がアク
セスしたアドレスを適宜なアドレス分解能で記憶する
（ＣＰＵ２があるアドレスをアクセスすると、回路８に
おける該当の記憶セルに“１”がセットされる）。この
アドレス記憶モードで記憶したアドレス群のことを以下
では学習アドレスと称する。また、アドレス監視回路８
がアドレス比較モードで動作すると、ＣＰＵ２がアクセ
スするアドレスと前述の学習アドレスとが順次比較さ
れ、学習アドレス以外のアドレスが新たにアクセスされ
たとき、アドレス監視回路８から不一致信号が状態判定
回路７に向けて出力される。
【００１５】また、この実施例のシステム１はオペレー
ティングシステムとしてＭＳ−ＤＯＳを備えたものとす
る。８０４８６ＳＸのローパワーで動作するＭＳ−ＤＯ
Ｓアプリケーションプログラムは、特定のアドレスに割
り当てられている割り込みベクターテーブルを利用して
処理を行う。この割り込みベクターテーブル中には、キ
ーボード入力に応答して入力データを取り込むためのソ
フトウェア割り込み機能や、キーボード入力の有無をチ
ェックするためのソフトウェア割り込み機能などが設定
されている。図１のアドレス検出回路９は、前記割り込
みベクターテーブル中の前記の２つのソフトウェア割り
込みベクターがアクセスされたことを個別に検出する回
路であり、その検出信号は以下のように状態判定回路７
よって制御に利用される。
【００１６】状態判定回路７によるＣＰＵ２のプログラ
ム実行状態の監視と節電制御の処理手順を図２のフロー
チャートに示している。
【００１７】図２に示すように、最初のステップ１００
では初期設定として高速クロック発生回路７からの５０
ＭＨｚのクロック信号をＣＰＵ２に供給し、ＣＰＵ２を
高速モードで動作させる。そしてステップ１０１では学
習時間Ｔｘを下限値１００μｓｅｃに設定する。次のス
テップ１０２ではアドレス監視回路８をクリアした後、
学習時間Ｔｘだけアドレス記憶モードで動作させる。こ
れにより時間Ｔｘ内にＣＰＵがアクセスしたアドレスブ
ロックがアドレス監視回路８に記憶される（これが学習
アドレスである）。
【００１８】次のステップ１０３では、学習時間Ｔｘに
応じて設定される監視時間Ｔｙ（Ｔｘより適宜に大きい
値）のタイマをスタートし、アドレス監視回路８をアド
レス比較モードで動作させる。そして前記Ｔｙタイマに
より、時間Ｔｙ内にＣＰＵが前記学習アドレス以外をア
クセスするか否かを監視する（ステップ１０３、１０
４）。時間Ｔｙ内に学習アドレス以外がアドレスされる
と、その時点でステップ１０４→１０５と進み、学習時
間Ｔｘに１００μｓｅｃを加えた値を新たな学習時間Ｔ
ｘとし、ステップ１０６で学習時間Ｔｘが上限値１０ｍ
ｓｅｃを超えているか否かをチェックする。Ｔｘが１０
ｍｓｅｃ以内であればステップ１０２に戻って学習処理
を実行し、Ｔｘが１００ｍｓｅｃを超えていればステッ
プ１０１に戻ってＴｘを下限値１００μｓｅｃにしてか
らステップ１０２に進む。
【００１９】以上のステップ１００〜１０６では、学習
時間Ｔｘと監視時間Ｔｙを下限値から上限値に向けて漸
増させながら、ステップ１０２の学習処理と、ステップ
１０３、１０４、１０５の監視処理を繰り返し、「時間
Ｔｙ内に学習アドレス以外がアクセスされない」という
反復アクセス状態を検出していることになる。
【００２０】「時間Ｔｙ内に学習アドレス以外がアクセ
スされない」という反復アクセス状態が検出されると、
ステップ１０４から１０７に進み、ＣＰＵ２のプログラ
ム実行状態が以下の除外条件に当てはまるかどうかを判
定し、当てはまらなければステップ１０８に進む。ステ
ップ１０８では、切換回路５を切り換えて低速クロック
発生回路４からの４ＭＨｚのクロック信号によりＣＰＵ
２を低速モードで動作させる。その後ステップ１０９
で、ＣＰＵ２が前記の反復アクセス状態から脱出したか
否かを監視し続け、反復アクセス状態から脱出した場合
に最初のステップ１００に戻り、高速クロック発生回路
３からの５０ＭＨｚのクロック信号でＣＰＵ２を動作さ
せる高速モードに戻り、以上述べた処理を再び行う。
【００２１】なおステップ１０７での除外条件とは、
キーボード入力取り込みのためのソフトウェア割り込み
ベクターのアドレスが直前の一定時間内にアクセスされ
た場合、キーボード入力をチェックするためのソフト
ウェア割り込みベクターのアドレスが過去一定時間以上
アクセスされていない場合、ビデオメモリ空間として
割り当てられているアドレスがアクセスされている場合
である。
【００２２】またステップ１０９では、具体的に次のよ
うにして反復アクセス状態の脱出を検出する。アドレス
監視回路８を比較モードで動作させ、ステップ１０２の
実行によって記憶された学習アドレス以外がアクセスさ
れるか否かを監視し続ける。学習アドレス以外がアクセ
スされれば反復アクセス状態から脱出したと判定する。
また学習アドレス以外がアクセスされなくても、キーボ
ード入力の読み込みのためのソフトウェア割り込みベク
ターのアドレスがアクセスされた場合も、ただちに反復
アクセス状態から脱出したと判定する。
【００２３】このようにして、ＣＰＵ２が約２０ｍｓｅ
ｃ以下の時間範囲内であるアドレス群のみを反復してア
クセスしている状態を検出し、そのような反復アクセス
状態を検出している期間中は（前述の除外条件成立の場
合は除く）ＣＰＵ２を低速モードで動作させる。
【００２４】以上がこの実施例におけるプログラム実行
状態適合手段の構成と動作であるが、以下ではこれの効
果について詳述する。
【００２５】前述した従来の技術では「ＣＰＵの仕事を
起動する要因が一定時間以上発生しない」ことをもって
ＣＰＵが実質休止状態にあると判定して節電モード（低
速モード）に移行するようになっている。この従来技術
を一般的なパーソナルコンピュータに適用する場合は、
前記の「一定時間」を数十秒以上に設定する必要があ
り、充分な節電効果が得られないという問題がある。例
えばワードプロセッサのソフトウェアを使用している状
態を想定する。オペレータが文章を考えながらキー入力
する場合、キー入力速度よりもＣＰＵの処理速度の方が
圧倒的に速い場合が多く、あるキー入力から次のキー入
力までの間に数十ミリ秒から数秒程度の実質休止状態を
生じる機会が非常に多い。だからといって前述の従来の
節電制御方法における「一定時間」を例えば１秒〜数秒
程度に設定したのでは、少し時間のかかる文書の移動や
辞書ファイルの整理などの仕事を行っている最中に節電
状態に移行してしまう。そこで充分な安全度を見込んで
「一定時間」を充分に長くして数十秒〜数分間に設定す
る必要がある。そうすると頻繁に発生している短時間の
実質休止状態に対しては節電機能が働かず、充分な節電
効果は得られない。
【００２６】以上のような従来技術と比較した場合、本
実施例のプログラム実行状態適合手段は次のような作用
効果を有する。
【００２７】ＣＰＵがループ性のプログラムを反復して
実行している場合、そのループを構成する命令群の格納
されているアドレスは、ほとんどの命令において固有の
ものである。従ってループ性プログラムを実行している
状態では、ＣＰＵはある限られたアドレス群のみを反復
してアクセスすることになる。その反復周期をＴとする
と、前記反復アクセス検出手段において少なくとも（２
×Ｔ＋α）時間だけＣＰＵのアクセスアドレスの遷移状
況を監視することで、前記の反復アクセス状態を検出す
ることができる。
【００２８】システムがキーボードからの入力を待って
いるような実質休止状態では、ＣＰＵは非常に短い周期
の反復アクセス状態になっている。そこで適宜に設定し
た時間範囲内で反復アクセス状態が検出されたとき、Ｃ
ＰＵの動作モードを高速モードから低速モードに切換え
る。また何らかの有効な仕事が起動されると、ＣＰＵは
前記の反復アクセス状態から抜け出すが、そのとき動作
モードを高速モードに戻す。こうすることでシステムの
オペレーションに全く支障を与えずに、ごく短時間の節
電期間を頻繁に作り出すことができるのである。
【００２９】次に、発熱状態適合手段の実施例について
説明する。
【００３０】図１に示すように、システム１の実装基板
上におけるＣＰＵ２の近傍に温度センサ１０を取り付
け、ＣＰＵ２の周辺温度を検出する。そして、温度セン
サ１０による検出温度Ｔｘと適宜な設定温度Ｔｓとをコ
ンパレータ１１で随時比較する。検出温度Ｔｘが設定温
度Ｔｓより小さい場合はコンパレータ１１の出力が
“１”に保たれる。この状態では、前述のように状態判
定回路７からの制御信号によって切換回路５が動作す
る。何らかの原因によって温度センサ１０の検出温度Ｔ
ｘが設定温度Ｔｓを超えると、コンパレータ１１の出力
が“０”に反転する。この信号によって切換回路５は強
制的に低速クロック発生回路４側に切換られ、状態判定
回路７からの制御信号の如何にかかわらず、ＣＰＵ２を
４ＭＨｚの低速クロックにより低速モードで動作させ
る。
【００３１】つまり、システム１が高温の雰囲気下にお
かれたり、ＣＰＵ２の高速処理状態が長時間続くなど、
悪条件が重なってＣＰＵ２の周辺温度が異常上昇した場
合、コンパレータ１１の出力によってＣＰＵ２が強制的
に低速モードに切り換えられ、状態判定回路７のモード
切換制御信号は無効になる。これにより、処理速度は遅
くなるもののＣＰＵ２の動作を継続しながら、消費電力
すなわち発熱量が小さい状態に移行することになる。そ
のため、それ以上ＣＰＵ２の温度が上昇するのを防ぐこ
とができる。ＣＰＵ２の周辺温度が低下してきてコンパ
レータ１１の出力が再び反転すると、状態判定回路７の
モード切換機能が有効となり、前述のように動作する。
【００３２】なお、前記実施例における駆動条件変更手
段はＣＰＵクロックの周波数を高低２段階に切り換える
ものであったが、本発明はこれに限定されない。ＣＰＵ
クロック周波数をプログラム実行状態に応じて３段階以
上に変更するように構成してもよい。また、この他にも
ＣＰＵの電源電圧を変更するとか、適切な間隔でＣＰＵ
を間欠的に動作させる制御方式とか、ＣＰＵのアクセス
レートを変化させるなどの制御方式が考えられる。ま
た、前記プログラム実行状態適合手段および発熱状態適
合手段の具体的な構成および動作も前記実施例に限定さ
れるものではない。さらに、ＣＰＵ２が高速モードで駆
動されているか低速モードで駆動されているのかをＬＥ
Ｄランプなどで表示するのが望ましい構成である。
【００３３】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明よ
れば、マイクロプロセッサが実質的な仕事の起動を待っ
ている実質休止状態になったときにプロセッサを処理速
度と消費電力が小さいモードで動作させ、実用上の処理
能力を低減させることなく、無駄な電力消費を削減する
ことができる。しかも、その動作モードの変更機能を利
用し、マイクロプロセッサが過熱状態になったときに処
理速度を犠牲にして強制的に消費電力の小さい動作モー
ドに移行させることができる。これにより低速ながらも
プロセッサは処理を続け、それ以上の過熱を防止するこ
とができる。この制御機能によってプロセッサの発熱を
ある限度内に押さえることができるので、ノート型パー
ソナルコンピュータや電子手帳といったマイクロプロセ
ッサ利用機器の熱設計が容易になり、マイクロプロセッ
サおよび周辺回路の実装密度を高くし、より小型軽量の
機器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例によるマイクロプロセッサ
の駆動制御装置の概略構成図である。
【図２】図１における状態判定回路の処理手順を示すフ
ローチャートである。
【符号の説明】
２ ＣＰＵ ５ クロック切換回路 ７ 状態判定回路 ８ アドレス監視回路 １０ 温度センサ １１ コンパレータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロプロセッサの駆動条件を変化さ
    せて処理速度と消費電力を連動して変化させる駆動条件
    変更手段と、 前記プロセッサによるプログラム実行状態に応じた適切
    な処理速度になるように前記駆動条件変更手段を制御す
    るプログラム実行状態適合手段と、 前記プロセッサの周辺温度を検出し、過熱状態になった
    ときに前記プログラム実行状態適合手段に優先して前記
    駆動条件変更手段を制御して前記プロセッサの消費電力
    を低下させる発熱状態適合手段と、 を備えたことを特徴とするマイクロプロセッサの駆動制
    御装置。
JP4096780A 1992-04-16 1992-04-16 マイクロプロセッサの駆動制御装置 Pending JPH05297993A (ja)

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