JP3757252B2 - Digital signal processor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル信号処理プロセッサ(DSP)やマイクロプロセッサ等のディジタル信号処理装置に係り、特に稼働率に応じて供給電圧と命令サイクル数を増減制御して省電力を図ると共に動作安定性や処理能率向上を図ったディジタル信号処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ディジタル信号処理装置(以下では、プロセッサと呼ぶ)の省エネルギー化には動作電圧の低減が有効であるが、一般に動作電圧を低減すると構成回路の動作速度が低下し、プロセッサの処理を実行するインストラクション(命令)の一部が、定められたマシンサイクル(命令サイクル)数内に終了しない不都合が起きる。逆に、動作電圧を高くすると、構成回路は高速化高能率化されるが、消費電力が増大し、省エネルギー化が著しく損なわれるという問題がある。
【0003】
その対策として、プロセッサで多用される同期式回路を駆動するクロック周波数を動作電圧に追従して変化させることが考えられたが、この方法では入出力のデータのやりとりを行う周辺ICとの間で動作速度の不整合が生じ、システム全体の安定動作が困難になるという問題点があった。
【0004】
そこで、従来では、図3に示すように、プロセッサコア部21の内部回路22への供給電圧を外部電源端子23から電圧変換器24を介して供給し、この電圧変換器24を、内部回路22の動作速度を監視する動作速度モニタ(オペレーションモニタ)部25でモニタした結果に応じて、速度劣化による動作不安定が生じないように、制御していた。26は外部との間でデータをやりとりするためのI/O回路である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来方法では、動作不安定を回避する観点から動作電圧を十分に低減させることができず、省エネルギー効果が不十分であった。また、動作電圧を高くする場合は、構成回路が高速化される効果は期待できるものの、消費電力が増大する割には、処理効率の向上が十分でなかった。
【0006】
本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、稼働率をモニタし、そのモニタ結果に応じて最適な動作電圧と命令サイクル数を設定することにより、省エネルギー効果と処理能率の向上を図ったディジタル信号処理装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための第1の発明は、外部電源電圧を入力して内部動作電圧を出力する電圧変換部と、内部にクロックを供給するクロックドライバ部と、命令制御部を含むデータパス部とを具備するディジタル信号処理装置において、前記クロックドライバ部に供給する動作電流と前記データパス部に供給する動作電流を検出し、両電流の比率の増減、両電流の個々の絶対量の増減、あるいは両電流の総量の増減に基づいて前記データパス部の稼働率を判定し、該判定結果に応じて前記電圧変換部の出力電圧を増減制御すると共に、前記命令制御部に対して命令セットの一部又は全部の実行サイクル数を増減制御させる電流モニタ部を設けて構成した。
第2の発明は第1の発明において、前記データパス部の信号にパリティチェック信号を保有させ、パリティチェックの結果を前記電圧変換部の出力電圧の増減制御および/又は前記実行サイクル数の増減制御に反映させるよう構成した。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態を示す図である。1はプロセッサコア部であり、内部回路2、I/O回路3を主要な構成要素とするものである。内部回路2は、全体にクロックを供給するクロックドライバ部4と、データの演算処理その他を実行するデータパス部5を有する。このデータパス部5は命令制御部(instruction controller)6を含んでいる。7は外部電源端子8に供給される電圧(VDD)を昇圧あるいは降圧して内部回路2に供給する電圧変換部、9はその電圧変換部7からクロックドライバ部4に供給される動作電流を計測する電流計、10は電圧変換部7からデータパス部5に供給される動作電流を計測する電流計、11はその両電流計9,10で計測された電流値に基づいて電圧変換部7とデータパス部5の命令制御部6に制御信号を送る電流モニタ部である。なお、I/O回路3への供給電圧は、外部電源端子8から直接的に電圧VDDが供給され、そのI/O回路3が外部回路の信号電圧に対応してコンパチブルに動作できるようになっている。
【0009】
さて、電流モニタ部11でモニタしたクロックドライバ部4に対する供給電流がIc、データパス部5に対する供給電流がIdであったとすると、データパス部5の稼働率γ次の式で表される。
γ = Id/(Id+Ic) ・・・(1)
= 1−Ic/It
= 1−Pc/Pt
但し、It=Id+Icである。また、Pcはクロックドライバ部4の消費電力、Ptは内部回路2の全体の消費電力であり、
Pc=Ic・(VDD±ΔV)
Pt=Ic・(VDD±ΔV)+Id・(VDD±ΔV)
である。(VDD±ΔV)は、電圧変換部7からクロックドライバ部4とデータパス部に共通に供給される電圧である。
【0010】
前記稼働率γが十分に小さく0に近い場合は、消費電流の大半はクロックドライバ部4で消費されており、データパス部5の実効的な稼働率が小さいことを示す。この場合は、電流モニタ部11は電圧変換部7に対して、内部回路2に供給する電圧(VDD±ΔV)を低く設定するよう指令する。同時に、プロセッサで実行する命令セットの一部あるいは全部の命令サイクル数(1命令サイクルのクロック数)を1あるいは2程度増加するよう、データパス部5内の命令制御部6に指令する。すなわち、通常では1命令サイクルは、例えば2クロック又は3クロックで実行されるが、このクロック数を増やす。
【0011】
図2に命令サイクル数の増減の様子を示した。12は低電圧動作時のサイクル数、13は高電圧動作時のサイクル数、14は動作電圧低下によるサイクル時間の増加分である。A,B,Cは命令の種類である。
【0012】
前記のように稼働率が小さい場合は、内部供給電圧が低減されることにより消費電力の削減が達成され、命令サイクル数が大きくなることにより命令処理に余裕ができ安定した命令処理が実施されるようになる。すなわち、省エネルギー化と安定動作が達成される。
【0013】
一方、稼働率γが0より十分大きい場合には、内部回路2で消費される電力の内、データパス部5で消費される比率が増大し、データパス部5の実効的な稼働率が大きいことを示す。この場合は、電流モニタ部11は電圧変換部7に対して、内部回路2に供給する電圧(VDD±ΔV)を高く設定するよう指令する。同時に、プロセッサで実行する命令の一部あるいは全部の命令サイクル数を1あるいは2程度減少するよう、データパス部5内の命令制御部6に指令する。
【0014】
このように稼働率が大きい場合は、内部供給電圧を高くなることにより高速動作が実現でき、この高速動作を生かすように、命令サイクル数が小さく設定されるので、処理の高効率化が達成される。
【0015】
前記した命令サイクル数の増減の設定のタイミングは、命令の合間をぬって再設定を実行するダイナミック設定によっても、あるいは、命令が実施される可能性がない場合に限って再設定を実行するスタティック設定によっても良い。
【0016】
なお、前記稼働率の算出においては、式(1)に示したクロックドライバ部4への電流Icとデータパス部4への電流Idの比率{=Id/(Id+Ic)}以外の比率(=Ic/Id)のに基づいて行うこともでき、このときの稼働率γは(Ic/Id)に反比例する。またIc、Idの絶対値に基づいて行うこともでき、このときの稼働率γはIdに比例する。さらに、電流IcとIdの総量(=Ic+Id)に基づいて行うこともでき、このときの稼働率γは(Ic+Id)に比例する。
【0017】
また、前記説明において、データパス部5の主要信号にパリティチェック部分を追加しておけば、そのパリティチェックを常時実効させ、そのチェック結果によって、たとえばパリティ誤りが判定さることによりプロッセサの不安定動作を即時に検出できるので、この検出結果を内部回路2に供給する電源電圧や命令サイクル数の最適化に反映することができる。
【0018】
例えば、稼働率γの結果に基づいて供給電圧を設定して動作した結果、パリティチェックでパリティ誤りが判定されれば、その供給電圧が低すぎたことになるので、その供給電圧を上昇させるよう補正を加え再計算する。また、稼働率γの結果に基づいて命令サイクル数を減少して動作した結果、パリティチェックでパリティ誤りが判定されれば、その命令サイクル数少なすぎたことになるので、その命令サイクル数を増加させるよう補正を加え再計算する。
【0019】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、電圧変換部、電流モニタ部等を追加し、稼働率を判定することにより実現できるので、既存のディジタル信号処理装置の構成の大幅な変更を伴わずに、すなわちゲート数やチップ面積の増大を少なく抑えて、最適な動作電圧と命令サイクル数を設定することができ、省エネルギー効果と処理能率の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態のディジタル信号処理装置の構成を示す説明図である。
【図2】 命令サイクル数の説明図である。
【図3】 従来のディジタル信号処理装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
1:プロッセサコア部、2:内部回路、3:I/O回路、4:クロックドライバ部、5:データパス部、6:命令制御部、7:電圧変換部、8:外部電源端子、9,10:電流計、11:電流モニタ部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a digital signal processing device such as a digital signal processor (DSP) or a microprocessor, and in particular, increases and decreases the supply voltage and the number of instruction cycles in accordance with the operating rate to save power and to improve operational stability and processing. The present invention relates to a digital signal processing apparatus for improving efficiency.
[0002]
[Prior art]
In order to save energy in a digital signal processing device (hereinafter referred to as a processor), it is effective to reduce the operating voltage. However, in general, when the operating voltage is reduced, the operation speed of the constituent circuits is reduced, and instructions for executing the processing of the processor ( There is a disadvantage that a part of the (instruction) does not end within a predetermined number of machine cycles (instruction cycles). On the contrary, when the operating voltage is increased, the constituent circuits are increased in speed and efficiency, but there is a problem that power consumption increases and energy saving is significantly impaired.
[0003]
As a countermeasure, it was considered to change the clock frequency for driving the synchronous circuit frequently used in the processor by following the operating voltage. However, this method allows the input / output data to be exchanged with the peripheral IC. There is a problem that the operation speed is inconsistent and the stable operation of the entire system becomes difficult.
[0004]
Therefore, conventionally, as shown in FIG. 3, a supply voltage to the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional method, the operating voltage cannot be sufficiently reduced from the viewpoint of avoiding unstable operation, and the energy saving effect is insufficient. When the operating voltage is increased, the effect of speeding up the constituent circuits can be expected, but the processing efficiency is not sufficiently improved for the increase in power consumption.
[0006]
The present invention has been made in view of the above points. The purpose of the present invention is to monitor the operating rate and set the optimum operating voltage and the number of instruction cycles according to the monitoring result. It is an object of the present invention to provide a digital signal processing apparatus that improves processing efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a data converter including a voltage converter for inputting an external power supply voltage and outputting an internal operating voltage, a clock driver for supplying a clock therein, and an instruction controller. In the digital signal processing apparatus comprising the above, the operating current supplied to the clock driver unit and the operating current supplied to the data path unit are detected, increase / decrease in the ratio of both currents, increase / decrease in individual absolute amounts of both currents, Alternatively, the operating rate of the data path unit is determined based on the increase / decrease of the total amount of both currents, and the output voltage of the voltage conversion unit is controlled to increase / decrease according to the determination result, and the command control unit A current monitoring unit that increases or decreases part or all of the number of execution cycles is provided.
According to a second invention, in the first invention, a parity check signal is held in the signal of the data path unit, and the result of the parity check is controlled to increase / decrease the output voltage of the voltage converter and / or increase / decrease the number of execution cycles. It was configured to be reflected in
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
[0009]
Now, assuming that the supply current to the
γ = Id / (Id + Ic) (1)
= 1-Ic / It
= 1-Pc / Pt
However, It = Id + Ic. Pc is the power consumption of the
Pc = Ic · (VDD ± ΔV)
Pt = Ic · (VDD ± ΔV) + Id · (VDD ± ΔV)
It is. (VDD ± ΔV) is a voltage commonly supplied from the
[0010]
When the operating rate γ is sufficiently small and close to 0, it indicates that most of the current consumption is consumed by the
[0011]
FIG. 2 shows how the number of instruction cycles is increased or decreased.
[0012]
As described above, when the operation rate is small, the power supply is reduced by reducing the internal supply voltage, and the instruction processing can be afforded by increasing the number of instruction cycles, so that stable instruction processing is performed. It becomes like this. That is, energy saving and stable operation are achieved.
[0013]
On the other hand, when the operation rate γ is sufficiently larger than 0, the ratio of the power consumed by the
[0014]
When the operating rate is high, high-speed operation can be realized by increasing the internal supply voltage, and the number of instruction cycles is set small so that this high-speed operation can be utilized, so that high processing efficiency is achieved. The
[0015]
The timing for setting the increase / decrease in the number of instruction cycles described above may be set by dynamic setting for executing resetting between instructions or by static setting for executing resetting only when there is no possibility that the instruction will be executed. It may be set.
[0016]
In the calculation of the operating rate, the ratio (= Ic) other than the ratio {= Id / (Id + Ic)} of the current Ic to the
[0017]
Further, in the above description, if a parity check part is added to the main signal of the
[0018]
For example, if a parity error is determined in the parity check as a result of setting the supply voltage based on the result of the operation rate γ, the supply voltage is too low, so that the supply voltage is increased. Recalculate with correction. Moreover, if the parity error is determined by the parity check as a result of operating with the instruction cycle number decreased based on the result of the operation rate γ, the instruction cycle number is too small, so the instruction cycle number is increased. Make corrections and recalculate.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since it can be realized by adding a voltage conversion unit, a current monitoring unit, and the like and determining the operation rate, the configuration of the existing digital signal processing apparatus is not changed, that is, the gate It is possible to set an optimum operating voltage and the number of instruction cycles while suppressing an increase in the number and chip area, and it is possible to improve the energy saving effect and the processing efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a digital signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of the number of instruction cycles.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional digital signal processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1: processor core unit, 2: internal circuit, 3: I / O circuit, 4: clock driver unit, 5: data path unit, 6: instruction control unit, 7: voltage conversion unit, 8: external power supply terminal, 9, 10 : Ammeter, 11: Current monitor unit.
Claims (2)
前記クロックドライバ部に供給する動作電流と前記データパス部に供給する動作電流を検出し、両電流の比率の増減、両電流の個々の絶対量の増減、あるいは両電流の総量の増減に基づいて前記データパス部の稼働率を判定し、該判定結果に応じて前記電圧変換部の出力電圧を増減制御すると共に、前記命令制御部に対して命令セットの一部又は全部の実行サイクル数を増減制御させる電流モニタ部を設けたことを特徴とするディジタル信号処理装置。In a digital signal processing apparatus comprising a voltage conversion unit that inputs an external power supply voltage and outputs an internal operating voltage, a clock driver unit that supplies a clock therein, and a data path unit that includes a command control unit,
The operating current supplied to the clock driver unit and the operating current supplied to the data path unit are detected, based on increase / decrease in the ratio of both currents, increase / decrease in individual absolute amount of both currents, or increase / decrease in total amount of both currents. The operation rate of the data path unit is determined, and the output voltage of the voltage conversion unit is controlled to increase or decrease according to the determination result, and the number of execution cycles of a part or all of the instruction set is increased or decreased with respect to the instruction control unit. A digital signal processing apparatus comprising a current monitoring unit to be controlled.
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