将时钟信号用于移动用户台的处理器以管理功耗的方法和设备技术

提供了将时钟信号应用于诸如蜂窝电话的移动用户台内所用的流水线精简指令集计算（ＲＩＳＣ）处理器的技术。本文所提供的专门技术适当于通过确保断电前处理器当前流水线各级的完成，在提供处理器和外围组件之间同步的同时，使ＲＩＳＣ处理器断电。在避免由ＲＩＳＣ处理器内不可预测的性能所产生的同步伪信号时，使用其它专门技术来实现在同步或异步时钟信号间转换。描述所述技术的方法和设备的实施例。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术主要涉及移动用户台，诸如移动电话，尤其涉及将时钟信号应用于移动台的处理器以减少功耗同时避免时序问题的方法和设备。相关技术描述移动用户台，诸如蜂窝电话，正变得越来越精致并常常在提供常规的蜂窝语音电话能力的同时还提供许多功能。一些先进的移动台可收发寻呼消息、提供因特网接入或提供诸如记事和日程功能之类的个人数字助理(PDA)功能。为适应附加功能，移动台装配功能强大和精致的处理器及越来越多的数据存储存储器。由此，移动台的功耗很大，需频繁充电。因此，需要降低移动台的功耗。降低移动台的功耗的一种技术是，根据组件的当前需求有选择地将具有不同频率的各种时钟信号应用于不同的移动台组件。时钟信号由不同的时钟源提供，因而通常彼此不同步。不同的时钟源功耗不同且提供不同精确度的时钟信号。对移动台的每个内部组件和每个工作模式而言，移动台的时钟控制组件选择适用该组件的最好的时钟信号以在提供足够的时钟速度和精度的同时功耗最小。例如，当移动台不工作时，可选择使用来自较低功率、低频率时钟源的慢时钟以运行跟踪日期和时间所需的组件。当移动台工作时，选择较高频率且较精确时钟信号用于移动台的处理器和其他主要组件。在需要最佳性能的时间段，诸如在电话交谈期间，可以使用更高频率的时钟信号。总言之，每当不需要时钟源输出所对应的时钟信号时，较佳地关掉各种时钟信号的各个时钟源。为更省电，有选择地再频分各个异步时钟信号的频率以提供功耗更小的各种较慢版本的时钟信号。例如，可以将来自单个源的单个时钟信号分频提供彼此同步且不同频率的一组不同时钟信号。为此，按因数2、4、8、16等或按不是2的幂的其他除数分频单个时钟信号。照此，时钟控制电路配备更大的可用时钟信号集，从中可选择出适用于每个组件和每个工作模式的最好时钟信号以降低功耗。另一降低功耗的技术是，当处理器不需要工作时，完全使移动台的处理器不工作，即使另外移动台工作着。为此，传统移动台通常使用具有上电和掉电能力的内部电源管理电路的复杂指令集计算(CISC)处理器。为省电，处理器启动关电程序，其中，处理器执行各种用来存储表示处理器最终状态的信息的功能。一旦完成各种功能，将时钟信号从处理器断开而关掉处理器。则也去提供处理器的电源也不工作。当再需要处理器工作时，执行上电程序，其中处理器执行用来将处理器重新设置为其关闭前状态的各种功能。通常，在处理器再次进入完全工作前需要加温时段。不幸的是，处理器在实现有电之前常需花费许多时钟周期来完成掉电程序。处理器在进入工作之前也要花费相当长的时间来完成上电程序，因而，要求远在真正需要其服务程序之前重新使处理器工作。因此，未实现最佳的省电。而且，在根据码分多址(CDMA)协议实现的移动台中，处理器需在周期性寻呼时隙(通常每隔26.7毫秒出现)期间工作。若如此，处理器只能在寻呼时隙间的时段期间不工作。为在每一对连续寻呼时隙间不工作，处理器首先要在每个寻呼时隙后执行掉电程序，然后在每个后续寻呼时隙之前执行上电程序。因此，实际关掉处理器的寻呼时隙间的可用时间是最少的，导致节电不充分。提出的一种解决方案是，使用精简指令集计算(RISC)处理器(仅通过选择性地连接或去连接时钟信号与处理器来对处理器上电或掉电)工作于移动台。换言之，使用不需要潜在长的上电和掉电程序的处理器。这类RISC处理器的一例是ARM公司提供的ARM7TDMI。有采用这类处理器，可实现增强的节电，因为对处理器上电或掉电快得多，从而可延长使处理器不工作的时间。这对CDMA移动台(在使用期间只能在寻呼时隙间使处理器不工作)尤其有益。尽管这类RISC处理器很适于实现改进的节电，但当处理器安装于一些移动台中时就会出现问题，特别是移动台使用一组通常彼此异步并能有选择地再频的不同时钟信号。例如，如果在时钟信号的有效阶段期间将时钟信号从处理器分开就会出现问题。在此情况下，处理器只接收时钟信号的有效阶段中的毛刺部分，这会使没有足够的长度来允许处理器的各个内部组件正常工作，尤其是取样保持电路。结果，处理器执行出错或不能预知的功能，有可能导致引起掉话、丢失寻呼消息等的故障。在掉电期间保持处理器的状态也是重要的。否则，时钟的伪信号会使处理器进入出错状态。附图说明图1示出在有效阶段期间的时间T1断开的时钟信号100。可以看出，产生了有效阶段中的毛刺102。因为该毛刺在持续时间上比所有其他有效阶段的信号成份短得多，该毛刺会导致前述处理器出现故障。事实上，作为电子信号处理效应的结果，处理器的内部组件实际上可视为一种波形，其中时钟的毛刺可作为振荡、衰变信号峰值序列出现。根据处理器电路，每个一单个体峰值可理解为极有可能导致处理器故障的一个新的有效阶段信号。本文将短的有效阶段时钟信号的毛刺称之为时种的“伪信号”。相同地，输入到处理器的时钟信号不能简单地从一异步信号切换到第二异步信号而不具出故障的可能性，因为它会在掉电之前和之后干扰处理器所保留的状态，也不能仅仅对时钟信号分频以产生较慢时钟信号而无出故障的潜在性。图2示出输入到处理器的时钟信号在异步时钟信号间切换的情况。可以看出，时钟信号106在时间T1切换到异步时钟信号108时，处理器实际输入的时钟波形110可以包括也可能引起时钟伪信号的非有效阶段段的毛刺112。图3示出分频时钟信号以产生较低频率的同步时钟信号的情况。可以看出，在时间T1再分频时钟信号114以产生有两倍频率的第二时钟信号116导致处理器实际输入的波形118具有时钟伪信号120。此外，一些先进的RISC处理器，包括前述ARM7TDMI处理器，是能同时处理多条指令的流水线处理器。在ARM7TDMI处理器的情况下，处理器能在在输入第一条指令的同时解码第二条指令和执行第三条指令。当处理器在执行流水线操作时，如果应用于处理器的时钟信号不工作、切换或划分，都会出现问题，因为处理器的随后状态不容易得到保证。换言之，如果在指令执行期间时钟信号随意不工作、切换或划分，则外围组件难于或不可能判断在掉电前指令是否得到完全执行。结果，连接处理器的外围组件与处理器不同步，导致不能预测的或出错的行为，还有可能导致诸如掉话、丢失寻呼消息等之类的故障。图4示出三级流水线122和相对应定的时钟信号124。指令A于第一时钟周期输入、在第二时钟周期得到解码并在第三时钟周期得到执行。指令B于第二时钟周期输入、在第三时钟周期得到解码并在第四时钟周期得到执行，以此类推。如果在时间T1使时钟信号不工作，此时正在进行输入、解码和执行的指令可以已经完成或可以尚未完成。结果，当随后再通过应用时钟信号重新使处理器工作时，连接处理器的外围组件，诸如系统总线等，不容易判断出处理器的重新工作的状态。因而，或者需要执行更长的程序来判断处理器状态并使所有的外围组件与之同步，或者出现有故障这样一相当大的冒险。对使用PDA功能的移动台，所产生的故障会引起日程功能等使用的存储单元中错误存储不正确信息。呈现给用户的是不正确信息，可能导致错过约会等等。因此，非常需要提供一种控制将时钟信号应用于移动台内的处理器的方法和设备，其中处理器是不包括内部功率管理和时钟管理电路且只需断开输入的时钟信号便允许不工作的类型。尤其是，需要提供适用于这类处理器掉电及后续上电同时即避免时钟伪信号又能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用外围电路将时钟信号从处理器断开而使流水线处理器不工作的方法，所述方法包括的步骤有：　　　　通过控制处理器执行将处理器外部预定设备置于预定状态中的指令启动掉电操作，所述指令用于外部设备只是掉电操作的部分；　　　　用外围电路检测置于预定状态的外部设备，并且，作为响应，在处理器于处理器的当前流水线级期间执行的操作完成后而在处理器的后续流水线阶段的操作启动前，用外围电路将时钟信号从处理器断开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：S汗，NK俞，DW哈斯库尼，R富克斯，D斯塔福德，R达万，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]