TWI831611B - 微控制器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本揭露提出一種微控制器及其控制方法。所述控制器包括處理電路、功能控制電路以及第一功能模組。處理電路用以在工作模式下提供第一致能信號,並且在低功耗模式下停止提供第一致能信號。功能控制電路電性連接處理電路,用以響應第一致能信號產生第一信號。第一功能模組電性連接功能控制電路,用以基於第一信號致能第一功能。當第一功能模組接收到第一觸發事件時,第一功能模組發送第一致能請求至功能控制電路。功能控制電路在低功耗模式下響應第一致能請求產生第一信號,以使第一功能模組致能第一功能。
Description
本揭露是有關於一種控制器節能管理的技術,且特別是有關於一種微控制器及其控制方法。
近年來隨著可攜式電子產品的成長,產品設計不僅朝向輕薄化發展,對於使用時間的要求更是越加提高。因此,在電池空間越來越小,使用時間越來越長的要求下,對於微控制器的電源管理設計要求也就越加嚴苛。
在一般的電源管理機制中,微控制器和相關電路可基於操作狀態、操作條件及/或睡眠週期等特性,在低使用情境下配置為低功耗模式,使內部部件降低工作效能(例如使用較低電壓或降低工作週期等)或禁能部分功能的方式來減少功耗。
在低功耗模式下,一般微控制器中的CPU會處於睡眠狀態,並且使特定功能模組暫停工作。在此情形下,若特定功能模組被觸發要啟用功能時,微控制器需要先喚醒CPU,再通過CPU對時脈控制器/電源控制器下達控制指令的方式,使時脈控制器/電源控制器等功能控制電路對功能模組分配資源,從而致能功能模組以執行所需功能。換言之,微控制器需要離開低功耗模式才能夠執行特定功能模組的功能,在此過程中會造成非必須的功耗。對於功能模組而言,其功能執行都需要以喚醒CPU為前提,在很多應用情境下也是相對沒有效率。
本揭露提出一種微控制器及其控制方法,其可進一步提高微控制器的功耗表現。
本揭露提供一種微控制器,其包括處理電路、功能控制電路以及第一功能模組。處理電路用以在工作模式下提供第一致能信號,並且在低功耗模式下停止提供第一致能信號。功能控制電路電性連接處理電路,用以響應第一致能信號產生第一信號。第一功能模組電性連接功能控制電路,用以基於第一信號致能第一功能。當第一功能模組接收到第一觸發事件時,第一功能模組發送第一致能請求至功能控制電路。功能控制電路在低功耗模式下響應第一致能請求產生第一信號,以使第一功能模組致能第一功能。
本揭露提供一種微控制器的控制方法,包括以下步驟:判斷該微控制器當前的工作狀態;當該微控制器在一工作模式下,執行以下步驟:提供一第一致能信號至一功能控制電路;該功能控制電路響應該第一致能信號提供一第一信號至一第一功能模組;以及該第一功能模組基於該第一信號致能一第一功能;以及當該微控制器在一低功耗模式下,執行以下步驟:停止提供該第一致能信號;判斷是否接收到一第一觸發事件;當接收到該第一觸發事件時,該第一功能模組發送一第一致能請求至該功能控制電路;該功能控制電路響應該第一致能請求提供該第一信號至該第一功能模組;以及該第一功能模組基於該第一信號致能該第一功能。
基於上述,本揭露實施例的微控制器及其控制方法在傳統的控制架構下加入了下對上的主動請求致能的控制架構,藉由使功能模組可主動發起要求提供運作需求的信號的方式來使功能模組僅在有使用需求時被致能,並且同時可以將處理電路維持在低功耗模式下,使得整體微控制器的功耗表現可以進一步提升,達到省電目的。此外,通過排程致能請求的控制方式也可以使各功能模組在低功耗模式下不會同時被致能,避免微控制器在低功耗模式下的瞬時功耗過大。
本揭露提出了一種新的微控制器及其控制方法,以解決背景技術中提到的問題。為使本揭露的特徵和優點能夠更明顯易懂,下面結合附圖對本揭露的具體實施例做詳細的說明。以下敘述含有與本揭露中的示例性實施例相關的特定資訊。本揭露中的附圖和其隨附的詳細敘述僅為示例性實施例。然而,本揭露並不局限於此些示例性實施例。本領域技術人員將會想到本揭露的其它變化與實施例。除非另有說明,否則附圖中的相同或對應的元件可由相同或對應的附圖標號指示。此外,本揭露中的附圖與例示通常不是按比例繪製的,且非旨在與實際的相對尺寸相對應。
圖1為本揭露一實施例之微控制器的示意圖。請參照圖1,微控制器100包括處理電路110、功能控制電路120以及功能模組130_1~130_n。處理電路110例如為一中央處理單元(CPU),其用以處理資料存取和運算。功能控制電路120電性連接處理電路110,並且是用以提供功能模組130_1~130_n運作所需的信號,例如是時脈信號或電源信號等。功能模組130_1~130_n電性連接功能控制電路120,並且是用以經控制執行其在微控制器100中相應功能的電路模組,其可例如是傳輸模組、存取控制器、記憶體模組、電源管理模組、感測器或周邊輸入/輸出設備等。
在本實施例中,功能模組130_1~130_n的數量例如為n個,其中n為大於或等於1的正整數。換言之,功能模組130_1~130_n可以是一個或多個,本揭露不以此為限。
具體而言,微控制器100可以經設定具有工作模式和低功耗模式。在工作模式下,處理電路110會提供致能信號Se1~Sen(也可稱為第一至第n致能信號Se1~Sen)給功能控制電路120,以使功能控制電路120響應接收到的致能信號Se1~Sen產生相應功能模組130_1~130_n(也可稱第一至第n功能模組130_1~130_n)所需的信號Sf1~Sfn(也可稱為第一至第n信號Sf1~Sfn)。功能模組130_1~130_n則會在接收到運作所需的信號Sf1~Sfn時致能對應的功能。
換言之,在工作模式下,處理電路110會通過致能功能控制電路120來致能功能模組130_1~130_n,進而使功能模組130_1~130_n在工作模式下可以執行其對應的功能。
另一方面,在低功耗模式下,處理電路110會進入節能狀態,以停止提供致能信號Se1~Sen,使得功能控制電路120停止發送信號Sf1~Sfn。此時功能模組130_1~130_n會被禁能/停止運作/降低效能來節省功耗。
在本實施例中,功能模組130_1~130_n於低功耗模式下可以持續監控是否接收到外部觸發事件Te1~Ten,並且在判定接收到外部觸發事件時發送致能請求Rtrg1~Rtrgn至功能控制電路120。當功能控制電路120接收到致能請求Rtrg1~Rtrgn時,功能控制電路120會響應致能請求Rtrg1~Rtrgn產生相應的信號Sf1~Sfn,以使功能模組130_1致能對應的功能。
在一般的應用中,若要在低功耗模式下重新致能功能模組130_1~130_n,則需要先喚醒處於節能狀態的處理電路110,令微控制器100重新進入工作模式,以使處理電路110重新發送致能信號Se1~Sen來控制功能控制電路120發送功能模組130_1~130_n運作所需的信號Sf1~Sfn。相較之下,本實施例的功能模組130_1~130_n可在低功耗模式下主動的發出致能請求Rtrg1~Rtrgn來要求功能控制電路120提供運作所需的信號Sf1~Sfn,以使功能模組130_1~130_n可以在不需喚醒處理電路110的前提下重新被致能以執行需求的功能。
在有多个功能模組130_1~130_n的情況(n>1)下,功能模組130_1~130_n可以分別響應接收到的外部觸發事件Te1~Ten產生致能请求Rtrg1~Rtrgn,使得功能控制电路120僅針對接收到致能請求Rtrg1~Rtrgn的功能模組130_1~130_n發出運作所需的信號Sf1~Sfn,令其他未收到觸發事件Te1~Ten的功能模組130_1~130_n維持在禁能狀態。
除此之外,在其中之一功能模組130_1~130_n響應外部觸發事件Te1~Ten被致能時,其還可根據運作需求產生內部觸發事件Ti1~Tin向其他功能模組130_1~130_n發送,使得接收到內部觸發事件Ti1~Tin的功能模組130_1~130_n也發出致能請求Rtrg1~Rtrgn給功能控制電路120,進而致能。
舉例來說,在低功耗模式下,功能模組130_1可以在響應觸發事件Te1致能後,在滿足特定的觸發條件下再產生向功能模組130_2發送的內部觸發事件Ti1。當功能模組130_2接收到內部觸發事件Ti1時,會進一步發送致能請求Rtrg2至功能控制電路120,使功能控制電路120提供功能模組 130_2運作所需的信號Sf2,進而令功能模組130_2執行其功能。類似地,功能模組130_2也可以利用類似上述的機制,產生對應的內部觸發事件Ti1來觸發功能模組130_1發送致能請求Rtrg1。
換言之,本揭露實施例的微控制器100不僅包含有上對下的控制架構(即,由處理電路110發起控制以要求功能模組130_1~130_n執行功能的控制架構),更加入了下對上的主動請求致能的控制架構(即,由功能模組130_1~130_n主動發起要求提供運作需求的信號Sf1~Sfn的控制架構),使得功能模組130_1~130_n可以僅在有使用需求時被致能,在運作上更加有效率。此外,由於上述下對上的控制架構可以在低功耗模式運行(即,處理電路110不需被喚醒),因此更能達到省電的目的。
從另一個角度來看,本揭露實施例的功能控制電路120不僅是依據處理電路110所提供的致能信號Se1~Sen決定是否提供信號Sf1~Sfn至對應的功能模組130_1~130_n,更會依據從功能模組130_1~130_n接收的致能請求決定是否提供信號Sf1~Sfn。換言之,功能控制電路120可基於致能信號Se1~Sen和致能請求Rtrg1~Rtrgn其中一者提供相應的信號Sf1~Sfn。
底下以圖2和圖3來說明上述實施例的具體範例。請先參照圖2,其中圖2為本揭露另一實施例之微控制器的示意圖。
在本實施例中,微控制器200包括處理電路210、時脈控制電路220以及功能模組230_1和230_2。本實施例的時脈控制電路220會響應從處理電路210接收的致能信號Se1和Se2,提供時脈信號CLK1和CLK2至對應的功能模組230_1和230_2,使功能模組230_1和230_2基於接收到的時脈信號CLK1和CLK2致能對應的功能。
舉例來說,在一些實際應用中,所述功能模組230_1可例如是序列周邊介面匯流排(Serial Peripheral Interface bus,SPI)控制器(下稱SPI控制器230_1),並且所述功能模組230_2可例如是周邊直接記憶體存取(Peripheral Direct Memory Access,PDMA)控制器(下稱PDMA控制器230_2)。
在此應用範例中,當SPI控制器230_1接收到觸發事件Te1時(可例如是資料讀取需求),SPI控制器230_1會發送致能請求Rtrg1至時脈控制電路220,以使時脈控制電路220響應致能請求Rtrg1提供時脈信號CLK1給SPI控制器230_1。在SPI控制器230_1接收到時脈信號CLK1後,即會基於時脈信號CLK1開始進行資料傳輸。
在SPI控制器230_1傳輸資料的過程中,其內部的先進先出緩衝器(first-in-first-out buffer,FIFO buffer)的容量可能會逐漸減少,因此在一些實施例中,SPI控制器230_1還可在傳輸資料的過程中達到一觸發條件時(例如判定FIFO緩衝器即將滿載),產生發送至PDMA控制器230_2的內部觸發事件Ti1。
當PDMA控制器230_2接收到內部觸發事件Ti1時,PDMA控制器230_2會響應內部觸發事件Ti1發送致能請求Rtrg2至時脈控制電路220,以要求時脈控制電路220提供時脈信號CLK2給PDMA控制器230_2。接著,PDMA控制器230_2會基於時脈信號CLK2存取SPI控制器230_1的FIFO緩衝器中的暫存資料。
上述的SPI控制器230_1和PDMA控制器230_2的舉例僅是示意。在其他實施例中,SPI控制器230_1可以是任意傳輸模組,並且PDMA控制器230_2可以是任意存取模組,本揭露不以此為限。
在一些實施例中,作為功能控制電路的時脈控制電路220可包括信號產生單元222以及排程單元224。信號產生單元222是用以產生時脈信號CLK1和CLK2。排程單元224電性連接信號產生單元222,並且用以根據功能模組230_1和230_2發出的致能請求Rtrg1和Rtrg2控制信號產生單元222按照設定排程依序提供時脈信號CLK1和CLK2,以使功能模組230_1和230_2依序致能。
具體而言,排程單元224可以根據功能執行的優先順序或是節能需求設定排程,使功能模組230_1和230_2按順序執行功能,而不會同時致能,藉以避免同時運行的功能模組230_1和230_2在短時間內造成微控制器200較大的功耗。
上述的排程致能功能模組230_1和230_2的配置雖然是以圖2實施例作為範例來說明,但本領域技術人員可理解上述配置也可應用在如圖1或其他本揭露實施例中,本揭露不以此為限。
同樣以上述的SPI控制器230_1和PDMA控制器230_2來說明排程控制的實施例。當排程單元224收到致能請求Rtrg1和Rtrg2時,排程單元224可控制信號產生單元222交替地提供時脈信號CLK1和CLK2,以使SPI控制器230_1和PDMA控制器230_2輪流執行對應的功能。
圖3為本揭露又一實施例之微控制器的示意圖。請參照圖3,本實施例的微控制器310包括處理電路310、電源控制電路320以及功能模組330_1和330_2。本實施例的電源控制電路320會響應從處理電路310接收的致能信號Se1和Se2,提供電源信號V1和V2至對應的功能模組230_1和230_2,使功能模組230_1和230_2基於接收到的電源信號V1和V2致能對應的功能。
本實施例的功能模組330_1和330_2可以在低功耗模式下關閉部分功能,以節能方式運作,藉以降低功耗。具體而言,功能模組330_1可包括電路332_1和334_1;類似地,功能模組330_2也可包括電路332_2和334_2,其中電路332_1和332_2為功能模組330_1和330_2中在低功耗模式下預設為致能的電路,並且電路334_1和334_2為功能模組330_1和330_2中在低功耗模式下預設為禁能的電路。換言之,功能模組330_1和330_2會有部分電路在低功耗模式下維持運作,並且另一部份電路在低功耗模式下停止運作,使功能模組330_1和330_2在低功耗模式下的功耗較低。
在上述配置下,本實施例的電源控制電路320會在低功耗模式下提供電源信號給功能模組330_1和330_2中預設為致能的電路332_1和332_2。上述響應致能請求Rtrg1和Rtrg2而提供的電源信號V1和V2則是提供給預設為禁能的電路334_1和334_2,藉以使預設為禁能的電路334_1和334_2在接收到電源信號V1和V2後被喚醒,使功能模組330_1和330_2可在不需喚醒處理電路310的前提下提供完整運作效能。
此外,本實施例類似上述圖2實施例,電源控制電路320也可具有排程功能,其包括信號產生單元322以及排程單元324,其中信號產生單元322以及排程單元324的運作可參照上述實施例的說明,於此不再重複贅述。
圖4為本揭露一實施例之微控制器的控制方法的步驟流程圖。請參照圖4,本實施例的控制方法可應用於上述圖1至圖3所述的微控制器中。在圖4的控制方法中,首先,微控制器(如100、200、300)會判斷當前的工作狀態為工作模式或低功耗模式(步驟S110)。
當判定微控制器在工作模式下時,處理電路(如110、210、310)會提供第一致能信號(如Se1)至功能控制電路(如120、220、320)(步驟S111)。
功能控制電路在接收到第一致能信號後,會響應第一致能信號提供第一信號(如Sf1)至第一功能模組(如130_1、230_1、330_1)(步驟S112),使第一功能模組基於第一信號致能第一功能(步驟S113)。
另一方面,當判定微控制器在低功耗模式下時,處理電路會進入節能狀態,並且停止提供第一致能信號至功能控制電路,使功能控制電路也暫停提供第一信號至第一功能模組(步驟S114)。此時,第一功能模組處於禁能狀態。
處於禁能狀態的第一功能模組會持續監控並判斷是否接收到第一觸發事件(如Te1或Ti1)(步驟S115)。若判定未接收到第一觸發事件,則第一功能模組會維持禁能第一功能(步驟S116)。
相反地,若第一功能模組接收到第一觸發事件,則第一功能模組會發送第一致能請求(如Rtrg1)給功能控制電路(步驟S117),以要求功能控制電路提供第一信號。
在功能控制電路接收到第一致能請求時,步驟流程會回到提供第一信號至第一功能模組的步驟S112,並且接續執行第一功能模組致能第一功能的步驟S113。
綜上所述,本揭露實施例的微控制器及其控制方法在傳統的控制架構下加入了下對上的主動請求致能的控制架構,藉由使功能模組主動發起要求提供運作需求的信號的方式來使功能模組僅在有使用需求時被致能,並且同時可以將處理電路維持在低功耗模式下,使得整體微控制器的功耗表現可以進一步提升,達到省電目的。此外,通過排程致能請求的控制方式也可以使各功能模組在低功耗模式下不會同時被致能,避免微控制器在低功耗模式下的瞬時功耗過大。
100、200、300:微控制器
110、210、310:處理電路
120:功能控制電路
130_1~130_n、230_1、230_2、330_1、330_2:功能模組
220:時脈控制電路
222、322:信號產生單元
224、324:排程單元
320:電源控制電路
332_1、332_2:功能模組中預設為致能的電路
334_1、334_2:功能模組中預設為禁能的電路
CLK1、CLK2:時脈信號
Rtrg1~Rtrgn:致能請求
Te1~Ten:外部觸發條件
Ti1~Tin:內部觸發條件
S110~S117:微控制器的控制方法的步驟
Se1~Sen:致能信號
Sf1~Sfn:信號
V1、V2:電源信號
圖1為本揭露一實施例之微控制器的示意圖;
圖2為本揭露另一實施例之微控制器的示意圖;
圖3為本揭露又一實施例之微控制器的示意圖;以及
圖4為本揭露一實施例之微控制器的控制方法的步驟流程圖。
100:微控制器
110:處理電路
120:功能控制電路
130_1~130_n:功能模組
Rtrg1~Rtrgn:致能請求
Te1~Ten:外部觸發條件
Ti1~Tin:內部觸發條件
Se1~Sen:致能信號
Sf1~Sfn:信號
Claims (13)
- 一種微控制器,包括:一處理電路,用以在一工作模式下提供一第一致能信號,並且在一低功耗模式下停止提供該第一致能信號;一功能控制電路,電性連接該處理電路,用以響應該第一致能信號產生一第一信號;以及一第一功能模組,電性連接該功能控制電路,用以基於該第一信號致能一第一功能,其中,當該第一功能模組接收到一第一觸發事件時,該第一功能模組發送一第一致能請求至該功能控制電路,其中,該功能控制電路在該低功耗模式下響應該第一致能請求產生該第一信號,以使該第一功能模組致能該第一功能該第一功能模組包括一第一電路以及一第二電路,該第一電路在該低功耗模式下預設為致能,並且該第二電路在該低功耗模式下預設為禁能;其中:該電源控制電路在該低功耗模式下響應該第一致能請求提供該第一電源信號給該第二電路,以使該第二電路基於該第一電源信號在該低功耗模式下被喚醒。
- 如請求項1所述之微控制器,其中該功能控制電路為一時脈控制電路,並且該第一信號為一第一時脈信號或一第一電源信號。
- 如請求項1所述之微控制器,其中該處理電路更用以在該工作模式下提供一第二致能信號,並且在該低功耗模式下停止提供該第 二致能信號;以及該功能控制電路更用以響應該第二致能信號產生一第二信號,該微控制器更包括:一第二功能模組,電性連接該功能控制電路以及該第一功能模組,用以基於該第二信號執行一第二功能,其中,當該第二功能模組接收到一第二觸發事件時,該第二功能模組發送一第二致能請求至該功能控制電路,其中,該功能控制電路在該低功耗模式下響應該第二致能請求產生該第二信號,以使該第二功能模組致能該第二功能。
- 如請求項3所述之微控制器,其中當該第一功能模組致能該第一功能時,該第一功能模組更產生一第三觸發事件;當該第二功能模組接收到該第三觸發事件時,該第二功能模組發送該第二致能請求至該功能控制電路。
- 如請求項3所述之微控制器,其中該功能控制電路包括:一信號產生單元,用以產生該第一信號和該第二信號;以及一排程單元,電性連接該信號產生單元,用以根據該第一致能請求和該第二致能請求控制該信號產生單元按照一設定排程依序提供該第一信號和該第二信號。
- 如請求項3所述之微控制器,其中該功能控制電路為一時脈控制電路,該第一信號為一第一時脈信號,以及該第二信號為一第二時脈信號;該第一功能模組包括一傳輸模組,以及該第二功能模組包括一存取模組,其中: 當該傳輸模組接收到該第一觸發事件時,該時脈控制電路響應該第一致能請求提供該第一時脈信號,以使該傳輸模組基於該第一時脈信號傳輸資料;當該傳輸模組在傳輸資料的過程中達到一觸發條件時,該傳輸模組產生一第三觸發事件發送至該存取模組,以使該存取模組響應該第三觸發事件發送該第二致能請求至該時脈控制電路;以及該時脈控制電路響應該第二致能請求提供該第二時脈信號,以使該存取模組基於該第二時脈信號存取該傳輸模組的暫存資料。
- 如請求項6所述之微控制器,其中該時脈控制電路在接收到該第一致能請求和該第二致能請求時,交替地提供該第一時脈信號和該第二時脈信號,以使該傳輸模組和該存取模組輪流執行對應的功能。
- 一種微控制器的控制方法,包括:判斷該微控制器當前的工作狀態;當該微控制器在一工作模式下,執行以下步驟:提供一第一致能信號至一功能控制電路;該功能控制電路響應該第一致能信號提供一第一信號至一第一功能模組;以及該第一功能模組基於該第一信號致能一第一功能;以及當該微控制器在一低功耗模式下,執行以下步驟:停止提供該第一致能信號;判斷是否接收到一第一觸發事件; 當接收到該第一觸發事件時,該第一功能模組發送一第一致能請求至該功能控制電路;該功能控制電路響應該第一致能請求提供該第一信號至該第一功能模組;該第一功能模組基於該第一信號致能該第一功能;將該第一電路預設為致能,並且將該第二電路預設為禁能;以及當電源控制電路接收到該第一致能請求時,提供該第一電源信號給該第二電路,以使該第二電路基於該第一電源信號被喚醒。
- 如請求項8所述之微控制器的控制方法,更包括:當該微控制器在該工作模式下,執行以下步驟:提供一第二致能信號至該功能控制電路;該功能控制電路響應該第二致能信號提供一第二信號至一第二功能模組;以及該第二功能模組基於該第二信號致能一第二功能;以及當該微控制器在該低功耗模式下,執行以下步驟:停止提供該第二致能信號;判斷是否接收到一第二觸發事件;當接收到該第二觸發事件時,該第二功能模組發送一第二致能請求至該功能控制電路;該功能控制電路響應該第二致能請求提供該第二信號至該第二功能模組;以及該第二功能模組基於該第二信號致能該第二功能。
- 如請求項9所述之微控制器的控制方法,在該低功耗模式更包括以下步驟:當該第一功能模組致能該第一功能時,發送一第三觸發事件至該第二功能模組;以及當該第二功能模組接收到該第三觸發事件時,發送該第二致能請求至該功能控制電路。
- 如請求項9所述之微控制器的控制方法,其中該功能控制電路響應該第一致能請求提供該第一信號至該第一功能模組,並且響應該第二致能請求提供該第二信號至該第二功能模組的步驟包括:按照一設定排程依序提供該第一信號和該第二信號。
- 如請求項9所述之微控制器的控制方法,其中該功能控制電路為一時脈控制電路,該第一信號為一第一時脈信號,以及該第二信號為一第二時脈信號;該第一功能模組包括一傳輸模組,以及該第二功能模組包括一存取模組,該控制方法更包括:當該傳輸模組接收到該第一觸發事件時,該功能控制電路響應該第一致能請求提供該第一時脈信號,以使該傳輸模組基於該第一時脈信號傳輸資料;當該傳輸模組在傳輸資料的過程中達到一觸發條件時,該傳輸模組產生一第三觸發事件發送至該存取模組,以使該存取模組響應該第三觸發事件發送該第二致能請求至該時脈控制電路;以及該時脈控制電路響應該第二致能請求提供該第二時脈信號,以使該存取模組基於該第二時脈信號存取該傳輸模組的暫存資料。
- 如請求項12所述之微控制器的控制方法,更包括:當該時脈控制電路接收到該第一致能請求和該第二致能請求時,交替地提供該第一時脈信號和該第二時脈信號;以及該傳輸模組和該存取模組基於接收到的該第一時脈信號和該第二時脈信號輪流執行對應的功能。
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