專利名稱：一種cpu和降低cpu功耗的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種CPU和降低CPU功 耗的方法。
背景技術(shù)：
CPU的應(yīng)用非常廣泛，例如，CPU作為重要器件應(yīng)用在各種soc
(System On Chip,片上系統(tǒng))中。
超長指令字CPU是一條指令來實現(xiàn)多個操作的并行執(zhí)行，之所以放到 一條指令是為了減少內(nèi)存訪問，同時并行執(zhí)行增加了運(yùn)算的速度。通常一條 超長指令字多達(dá)上百位，有若干操作指令，每條超長指令字可以做不同的幾
種運(yùn)算。哪些操作指令可以并行執(zhí)行是由編譯器或者匯編程序員來選擇的。 通常超長指令字(VLIW， Very Long Instruction Word)機(jī)只有一個控制器， 每個時鐘周期啟動一條超長指令字，超長指令字被分為幾個字段，每個字段 為一個操作指令，控制相應(yīng)的部件。
如圖l所示，為現(xiàn)有技術(shù)的一種CPU的部件結(jié)構(gòu)示意圖，該CPU為超 長指令字CPU，包括功能部件和控制器。假設(shè)該CPU可以最大同時執(zhí)行3 個操作指令， 一條加載/存儲(Load/Store)指令，由加載/存儲部件完成，兩 條運(yùn)算指令，由運(yùn)算部件完成。如果在時鐘周期N超長指令字N只包含一 條Load/Store指令，那么傳統(tǒng)方法除了執(zhí)行Load/Store指令的Load/Store部 件的時鐘需要開啟外，其它所有部件的時鐘也都要開啟。
隨著芯片的規(guī)模不斷增大，CPU的個數(shù)和速率不斷增加，在芯片設(shè)計和 應(yīng)用中，CPU功耗是一個必須考慮的問題，如何降低其功耗也是現(xiàn)有技術(shù)一 直渴望改進(jìn)的一個方向。圖1所示的一種CPU在工作時，數(shù)據(jù)存儲器、數(shù) 據(jù)存儲管理器、運(yùn)算部件、指令存儲器、指令存儲管理器、指令讀取部件各 個功能部件的時鐘一直處于開啟狀態(tài)，多數(shù)量、高速度的CPU產(chǎn)生了大量 的功耗。因而，目前需要本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個技術(shù)問題就是如 何能夠降低CPU器件的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種CPU和降低CPU功耗的方法， 以降低CPU器件的功耗。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例公開了一種CPU,包括功能部
件和控制器，
所述功能部件包括 指令存儲器，用于存儲指令；
指令存儲管理器，用于管理指向所述指令存儲器的訪問請求； 數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)存儲管理器，用于管理指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求； 運(yùn)算部件，用于完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算； 所述控制器，用于控制并協(xié)調(diào)各個功能部件運(yùn)行； 還包括
時鐘控制模塊，位于控制器中，用于依據(jù)指令判斷在當(dāng)前時鐘周期中是 否有針對某個功能部件的訪問請求；如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制該功能 部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
其中，所述時鐘控制模塊依據(jù)的指令包括所述指令存儲管理器從所述 指令存儲器中讀取的指令，以及CPU外部設(shè)備通過指令總線發(fā)送至所述指 令存儲管理器的指令。
優(yōu)選的，所述指令為超長指令字， 一條超長指令字包含多個操作指令， 所述多個操作指令在同 一個時鐘周期內(nèi)并行執(zhí)行來完成對相應(yīng)功能部件的 訪問。
其中，每個時鐘周期啟動一條超長指令字。
優(yōu)選的，所述指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求為CPU外部設(shè)備通過數(shù) 據(jù)總線發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲管理器的。
優(yōu)選的，所述功能部件還包括加載/存儲部件；所述指向所述數(shù)據(jù)存儲 器的訪問請求為CPU的控制器通過所述加載/存儲部件發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲管理 器的。依據(jù)本發(fā)明的另 一實施例，還公開了 一種降低CPU功耗的方法，該CPU
的功能部件包括指令存儲器、指令存儲管理器、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)存儲管理
器、運(yùn)算部件，所述的方法包括
依據(jù)指令判斷當(dāng)前時鐘周期中，是否有針對某個功能部件的訪問請求； 如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前
時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
其中，所述依據(jù)的指令包括所述指令存儲管理器/人所述指令存儲器中
讀取的指令，以及CPU外部設(shè)備通過指令總線發(fā)送至指令存儲管理器的指令。
優(yōu)選的，所述指令為超長指令字， 一條超長指令字包含多個操作指令， 所述多個操作指令在同 一時鐘周期內(nèi)并行執(zhí)行來完成對相應(yīng)功能部件的訪 問。
其中，每個時鐘周期啟動一條超長指令字。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
控制器在整個CPU中控制并協(xié)調(diào)各個功能部件運(yùn)行，本發(fā)明對控制器 進(jìn)行了改進(jìn)，具體的，本發(fā)明在控制器中增加了時鐘控制模塊，根據(jù)指令判 斷當(dāng)前時鐘周期中，是否有針對某個功能部件的訪問請求；如果有，則在當(dāng) 前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能 部件的時鐘關(guān)閉。由于在COMS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)電路中，動態(tài)功耗與時鐘成正 比；各個功能部件并不是一直都在執(zhí)行命令，空閑功能部件處于功耗浪費(fèi) 的狀態(tài)，所以將空閑的功能部件的時鐘關(guān)閉，就可以去掉該功能部件的能 量消耗，所以本發(fā)明可以很好的降低CPU器件的功耗。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種CPU的部件結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明一種CPU實施例的部件結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明一種CPU的優(yōu)選實施例的部件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明一種降低CPU功耗的方法實施例的步驟流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
本發(fā)明的核心構(gòu)思在于在CPU的控制器中增加了時鐘控制模塊， 當(dāng)識別出某一 CPU的功能部件處于空閑狀態(tài)時，關(guān)閉沒有訪問需求的功 能部件的時鐘，由于在COMS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor, 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)電路中，功耗與時鐘成正比；所以在空閑時刻關(guān)閉 時鐘，可以去掉此時空閑功能部件的能量消耗，以達(dá)到降低功耗的目的。
參照圖2，示出了本發(fā)明一種CPU實施例的部件結(jié)構(gòu)示意圖，所述CPU 具體包括功能部件20和控制器21,
所述功能部件20包括指令存儲器201，用于存儲指令；
指令存儲管理器202,用于管理指向所述指令存儲器201的訪問請求； 數(shù)據(jù)存儲器203,用于存儲數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)存儲管理器204，用于管理指向所述數(shù)據(jù)存儲器204的訪問請求； 運(yùn)算部件205，用于完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算； 所述控制器21 ，用于控制并協(xié)調(diào)各個功能部件運(yùn)行； 還包括
時鐘控制模塊211，位于控制器21中，用于依據(jù)指令判斷在當(dāng)前時鐘周 期中是否有針對某個功能部件的訪問請求；如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制 該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
圖2所示的實施例采用的是哈佛體系結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)和指令分開存儲和調(diào) 用，即CPU包括指令通道(指令存儲器201和指令存儲管理器202 )和數(shù)據(jù) 通道(數(shù)據(jù)存儲器203和數(shù)據(jù)存儲管理器204 )。
本發(fā)明的重要改進(jìn)之處在于，在控制器21中增加了時鐘控制模塊211, 時鐘控制模塊211依據(jù)指令判斷在當(dāng)前時鐘周期中，需要對哪些功能部件執(zhí) 行指令操作，針對有訪問需求的功能部件，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟；針對沒有訪問需求的功能部件，例如，沒有需要執(zhí)行的指令， 或者，由于種種原因?qū)е碌脑L問被中止，指令無法執(zhí)行的情形，則在當(dāng)前 時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
其中，所述時鐘控制模塊依據(jù)的指令包括兩種情況 一種情況是所述指 令存儲管理器從所迷指令存儲器中讀取的指令，在這種情況下，根據(jù)從所述 指令存儲器中讀取的指令，將執(zhí)行該指令功能部件的時鐘開啟，例如當(dāng)前時 鐘周期中只有Load/Store指令，則只開啟Load/Store部件的時鐘，而不像 傳統(tǒng)方法中，將運(yùn)算部件等其它功能部件的時鐘都開啟；另一種情況是CPU 外部設(shè)備通過指令總線發(fā)送至所述指令存儲管理器的指令，在此情況下，如 果其它功能部件沒有訪問請求，由于該情況在當(dāng)前時鐘周期中只用到了指令 存儲管理器，則只將指令存儲管理器的時鐘開啟，將其它功能部件的時鐘關(guān) 閉，比起傳統(tǒng)的所有功能部件的時鐘都開啟的方案，減少了不必要的能量消 耗。
參照圖3，示出了本發(fā)明一種CPU的優(yōu)選實施例的部件結(jié)構(gòu)示意圖，其 采用現(xiàn)階段比較常用的VLIW架構(gòu)體系實現(xiàn)。
VLIW是指一條超長指令字實現(xiàn)多個操作的并行執(zhí)行，增加了運(yùn)算的速 度。在這種計算機(jī)處理結(jié)構(gòu)里面語言編譯器或者預(yù)處理器中斷程序指令分解 到可以被處理器并行執(zhí)行的基本操作。這些操作指令放在一個超長指令字 里，這樣處理器就可以直接分解它而不用進(jìn)一步分析，對應(yīng)每個操作指令到 適當(dāng)?shù)墓δ軉卧?。VLIW處理器主要的優(yōu)點是復(fù)雜性從硬件移到了軟件，這 就意味著硬件可以變得更小，更便宜并且耗電量也更少。
圖3所示的一種CPU的優(yōu)選實施例，包括功能部件30和控制器31,
所述功能部件30包括
指令存儲器301，用于存儲指令；
指令存儲管理器302，用于管理指向所述指令存儲器301的訪問請求； 指令讀取部件303，用于通過指令存儲管理器302從指令存儲器301讀 取所需執(zhí)行的指令；所述指令讀取部件還可以用于對指令進(jìn)行譯碼或測試，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便啟動規(guī)定的動作； 數(shù)據(jù)存儲器304,用于存儲數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)存儲管理器305,用于管理指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求；
運(yùn)算部件306，用于完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算；所#1行的運(yùn)算會與所需 執(zhí)行的指令和/或所讀寫的數(shù)據(jù)有關(guān)；
Load/Store部件307，用于發(fā)出加載或存儲指令，通過數(shù)據(jù)存儲管理器 305從數(shù)據(jù)存儲器304讀取或者寫入所需的數(shù)據(jù)；
所述控制器31,用于控制并協(xié)調(diào)各個功能部件運(yùn)行；
還包括
時鐘控制模塊311，位于控制器31中，用于依據(jù)指令判斷在當(dāng)前時鐘周 期中是否有針對某個功能部件的訪問請求；如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制 該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
圖3所示的實施例還包括指令總線320和數(shù)據(jù)總線321， 二者僅是邏輯 劃分，實際上，如果總線分時復(fù)用的話，二者在物理上是同一的。
其中，所述時鐘控制模塊依據(jù)的指令包括所述指令存儲管理器302從 所述指令存儲器301中讀取的指令，以及CPU外部設(shè)備通過指令總線320 發(fā)送至所述指令存儲管理器302的指令。
另外，本實施例中的指令為超長指令字，每個時鐘周期啟動一條超長指 令字， 一條超長指令字包含多個操作指令，所述多個操作指令在同一個時鐘 周期內(nèi)并行執(zhí)行來完成對相應(yīng)功能部件的訪問。
對于指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求，有兩種情況， 一種情況是，所述 指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求是CPU外部設(shè)備通過數(shù)據(jù)總線321發(fā)送至 數(shù)據(jù)存儲管理器的。例如，對于DMA (Direct Memory Access,直接存儲器 存取)而言，其可以暫時占用數(shù)據(jù)總線，直接向數(shù)據(jù)存儲管理器發(fā)出針對數(shù) 據(jù)存儲器的訪問請求。
另一種情況是，指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求是由CPU內(nèi)部發(fā)起的， 通常會通過Load/Store部件向數(shù)據(jù)存儲管理器發(fā)出。然后由數(shù)據(jù)存儲管理器 完成相應(yīng)的讀寫操作；如果涉及到運(yùn)算的，則調(diào)用運(yùn)算部件完成即可。具體的訪問請求通?？梢园ǖ刂沸畔?，讀或?qū)懖僮鞯目刂菩畔?；對于寫操?而言，還可以包括所需寫入的數(shù)據(jù)。
對于CPU來說，它的工作可分為獲取指令、解碼、運(yùn)算、結(jié)果等幾個 步驟，每一步驟分別有不同的功能部件完成。按照傳統(tǒng)的方式，所有指令按 順序執(zhí)行，先由指令存儲器、指令存儲管理器、指令讀取部件工作，完成指 令的獲取和譯碼，然后數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)存儲管理器、運(yùn)算器工作，完成數(shù) 據(jù)讀取、運(yùn)算等操作。很明顯，當(dāng)指令讀取部件工作時運(yùn)算器等其它功能部 件處于閑置狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)算器在工作時指令讀取部件等又在休息，這樣就造成 了相當(dāng)大的資源浪費(fèi)。于是CPU借鑒了工業(yè)生產(chǎn)中#:廣泛應(yīng)用的流水線設(shè) 計，當(dāng)某個功能部件完成了第一條指令后，直接開始第二條指令的操作，這 樣就形成了流水線。流水線技術(shù)可最大限度地利用了 CPU資源，使每個功 能部件在每個時鐘周期都在工作，從而提高了 CPU的運(yùn)算頻率。
根據(jù)本發(fā)明一種CPU的優(yōu)選實施例，如果在時鐘周期N超長指令字N 包含一條Load/Store指令，那么傳統(tǒng)的CPU在時鐘周期N除了執(zhí)行 Load/Store指令，開啟Load/Store部件的時鐘外，其它所有功能部件的時鐘 都開啟，這必然來產(chǎn)生了額外的功耗。根據(jù)本發(fā)明，在CPU的控制器中增 加時鐘控制模塊311，依據(jù)指令將所需要的功能部件的時鐘開啟或者關(guān)閉。
如上所述，控制器31的時鐘控制模塊311在時鐘周期N根據(jù)超長指令 字N將Load/Store部件的時鐘開啟，并根據(jù)Load/Store指令在N+l, N+2, N+3等以下時鐘周期將所需要的功能部件的時鐘開啟，并將不需要的功能部 件的時鐘關(guān)閉。下面針對在時鐘周期N中的一條超長指令字N在CPU中的 執(zhí)行操作進(jìn)行具體描述。
操作指令一所述超長指令字N包含一條操作指令為Load/Store指令， 則具體的操作為
時鐘周期N,打開Load/Store部件的時鐘，訪問Load/Store部件的地址 寄存器；
時鐘周期N+1， Load/Store部件的時鐘保持開啟狀態(tài)，在Load/Store部 件中進(jìn)行Load地址計算；時鐘周期N+2，關(guān)閉Load/Store部件的時鐘，打開數(shù)據(jù)存儲管理器的時 鐘，向數(shù)據(jù)存儲管理器發(fā)出讀取請求；
時鐘周期N+3，數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘保持開啟狀態(tài)，打開數(shù)據(jù)存儲器 的時鐘，對數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取訪問；
時鐘周期N+4，數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘保持開啟狀態(tài)，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲器 的時鐘，將數(shù)據(jù)回寫到數(shù)據(jù)存儲管理器中；
時鐘周期N+5，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘，打開Load/Store部件的時 鐘，此時數(shù)據(jù)寫入Load/Store部件的寄存器中。
操作指令二相應(yīng)的，如果在時鐘周期N，超長指令字N還包括一條操 作指令為運(yùn)算指令，所述運(yùn)算指令與上述Load/Store指令并行執(zhí)行，互不干 擾，則具體執(zhí)行操作為
時鐘周期N，打開數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘，向數(shù)據(jù)存儲器發(fā)出讀取請求；
時鐘周期N+1，數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘保持開啟狀態(tài)，打開數(shù)據(jù)存儲器 的時鐘，對數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取訪問；
時鐘周期N+2，數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘保持開啟狀態(tài)，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲器 的時鐘，將數(shù)據(jù)回寫到數(shù)據(jù)存儲管理器中；
時鐘周期N+3，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘，打開運(yùn)算部件的時鐘，在 運(yùn)算部件中進(jìn)行邏輯與運(yùn)算；
時鐘周期N+4，關(guān)閉運(yùn)算部件的時鐘，開啟數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘，將 運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)存儲管理器；
時鐘周期N+5，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘，打開數(shù)據(jù)存儲器的時鐘， 運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)最終寫回到數(shù)據(jù)存儲器。
指令三相應(yīng)的，如果在時鐘周期N+1， CPU外部設(shè)備通過指令總線發(fā) 送指令到存儲管理器，則具體執(zhí)行操作為
時鐘周期N+1，打開指令存儲管理器的時鐘，通過指令總線將CPU外 部設(shè)備的指令發(fā)送到指令存儲管理器。
ii時鐘周期N+2，關(guān)閉指令存儲管理器的時鐘，打開指令存儲器的時鐘，
將CPU外部設(shè)備的指令發(fā)送至指令存儲器。
綜合以上三種指令情況的時鐘控制，CPU功能部件的時鐘狀態(tài)如下 在時鐘周期N,根據(jù)操作指令一，打開Load/Store部件的時鐘，根據(jù)操
作指令二，打開數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘，其它功能部件的時鐘保持關(guān)閉狀態(tài)； 時鐘周期N+l,根據(jù)操作指令一，Load/Store部件的時鐘保持開啟狀態(tài)，
根據(jù)操作指令二，數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘保持開啟狀態(tài)，打開數(shù)據(jù)存儲器的
時鐘，根據(jù)指令三，打開指令存儲管理器的時鐘，其它功能部件的時鐘保持
關(guān)閉狀態(tài)；
時鐘周期N+2，根據(jù)操作指令一，關(guān)閉Load/Store部件的時鐘，根據(jù)操 作指令二，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲器的時鐘，根據(jù)操作指令一和二，數(shù)據(jù)存儲管理器 的時鐘保持開啟狀態(tài)，根據(jù)指令三，關(guān)閉指令存儲管理器的時鐘，打開指令 存儲器的時鐘，其它功能部件的時鐘保持關(guān)閉狀態(tài)；
時鐘周期N+3，根據(jù)操作指令一，數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘保持開啟狀態(tài)， 打開數(shù)據(jù)存儲器的時鐘，根據(jù)操作指令二，打開運(yùn)算部件的時鐘，其它功能 部件的時鐘保持關(guān)閉狀態(tài)；
時鐘周期N+4，根據(jù)操作指令一，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲器的時鐘，根據(jù)操作指 令二，關(guān)閉運(yùn)算部件的時鐘，根據(jù)操作指令一和二，數(shù)據(jù)存儲管理器的時鐘 保持開啟狀態(tài)，其它功能部件的時鐘保持關(guān)閉狀態(tài)；
時鐘周期N+5，根據(jù)操作指令一，打開Load/Store部件的時鐘，根據(jù)指 令二，打開數(shù)據(jù)存儲器的時鐘，根據(jù)操作指令一和二，關(guān)閉數(shù)據(jù)存儲管理器 的時鐘，其它功能部件的時鐘保持關(guān)閉狀態(tài)。
根據(jù)CPU的流水線技術(shù)，在時鐘周期N+1、 N+2等下面的時鐘周期中 又會啟動其它的超長指令字，則具體的執(zhí)行操作與上述時鐘控制操作相類 似。根據(jù)本發(fā)明實施例，在CPU的控制器31中增加了時鐘控制模塊311, 當(dāng)判斷出在當(dāng)前識別出某一功能部件處于空閑狀態(tài)時，關(guān)閉沒有訪問需 求的功能部件的時鐘，就可以去掉此時空閑功能部件的能量消耗，以達(dá)到降低功耗的目的。
參照圖4,示出了本發(fā)明一種降低CPU功耗的方法實施例的步驟流程 圖，該CPU功能部件包括指令存儲器、指令存儲管理器、指令讀取部件、 數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)存儲管理器、Load/Store部件、運(yùn)算部件，所述的方法包 括
步驟401，依據(jù)指令判斷當(dāng)前時鐘周期中，是否有針對某個功能部件的 訪問請求；
步驟402，如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟；
步驟403,否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
其中，所述依據(jù)的指令包括所述指令存儲管理器從所迷指令存儲器中
讀取的指令，以及CPU外部設(shè)備通過指令總線發(fā)送至所述指令存儲管理器
的指令。
另夕卜，本實施例中的指令為超長指令字，每個時鐘周期啟動一條長指令， 一條長指令包含多個操作指令，所述多個操作指令在同 一個時鐘周期內(nèi)并行 執(zhí)行來完成對相應(yīng)功能部件的訪問。
一般來說，CPU采用流水線技術(shù)，當(dāng)某個功能部件完成了第一條指 令后，直接開始第二條指令的操作，流水線技術(shù)可最大限度地利用了 CPU 資源，使每個功能部件在每個時鐘周期都在工作，從而提高了CPU的運(yùn) 算頻率。
本發(fā)明實施例中，如果在時鐘周期N超長指令字N包含Load/Store指 令和運(yùn)算指令這兩個操作指令，則在時鐘周期N啟動超長指令字N， Load/Store指令和運(yùn)算指令在時鐘周期N內(nèi)并行執(zhí)行，分別完成對Load/Store 部件和運(yùn)算部件的訪問。根據(jù)本發(fā)明一種降低CPU功耗的方法，依據(jù)指令 判斷當(dāng)前時鐘周期中，是否有針對某個功能部件的訪問請求，如果有，則在 當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功 能部件的時鐘關(guān)閉。根據(jù)上述方法，在時鐘周期N中將Load/Store部件和數(shù) 據(jù)存儲管理器的時鐘開啟。并根據(jù)Load/Store指令和運(yùn)算指令在N+1， N+2，等接下來的時鐘周期中將需要訪問的功能部件的時鐘開啟，并將不需要
訪問的功能部件的時鐘關(guān)閉。
根據(jù)CPU的流水線技術(shù)，在時鐘周期N+1，又會啟動一條新的超長指 令字N+1，則又會根據(jù)超長指令字N+l包含的操作指令，開啟所述操作指 令需要訪問的功能部件的時鐘。相應(yīng)的，如果在時鐘周期N+2， CPU外部 設(shè)備通過指令總線發(fā)送指令到指令存儲管理器，則時鐘周期N+2將指令存儲 管理器的時鐘打開，將不需要的功能部件的時鐘關(guān)閉。
總之，為保證指令得以順利執(zhí)行，在現(xiàn)有技術(shù)中，對于任何一個時鐘周 期，所有功能部件的時鐘都處于開啟狀態(tài)，因而CPU的功耗較大。而本領(lǐng) 域技術(shù)人員一般僅從改變指令執(zhí)行優(yōu)先級的角度來考慮降低CPU功耗，即 在同樣CPU功耗的條件下，如何盡可能多地執(zhí)行指令，從而提高CPU的利 用率，間接降低CPU功耗，這種設(shè)計往往需要都對指令系統(tǒng)做出較大、較 復(fù)雜地改動。本發(fā)明另辟蹊徑，從CPU中對其它功能部件有控制、協(xié)調(diào)作 用的控制器入手，增加了時鐘控制模塊來控制各個功能部件的時鐘開啟或者 關(guān)閉，直接消除了 CPU不必要的功耗，對CPU結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過程的改動小， 同樣卻也達(dá)到了降低CPU功耗的目的。
本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明 的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見 即可。
以上對本發(fā)明所提供的一種降低CPU功耗的方法以及一種應(yīng)用上述 方法的CPU,進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及 實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及 其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具 體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理 解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種CPU，其特征在于，包括功能部件和控制器，所述功能部件包括指令存儲器，用于存儲指令；指令存儲管理器，用于管理指向所述指令存儲器的訪問請求；數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲管理器，用于管理指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求；運(yùn)算部件，用于完成各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算；所述控制器，用于控制并協(xié)調(diào)各個功能部件運(yùn)行；還包括時鐘控制模塊，位于控制器中，用于依據(jù)指令判斷在當(dāng)前時鐘周期中是否有針對某個功能部件的訪問請求；如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CPU,其特征在于，所述時鐘控制模塊 依據(jù)的指令包括所述指令存儲管理器從所述指令存儲器中讀取的指令，以及CPU外部 設(shè)備通過指令總線發(fā)送至所述指令存儲管理器的指令。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種CPU,其特征在于，所述指令為超 長指令字， 一條超長指令字包含多個操作指令，所述多個操作指令在同一個 時鐘周期內(nèi)并行執(zhí)行來完成對相應(yīng)功能部件的訪問。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種CPU，其特征在于，每個時鐘周期啟動 一條超長指令字。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CPU,其特征在于， 所述指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求為CPU外部設(shè)備通過數(shù)據(jù)總線發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲管理器的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種CPU，其特征在于，所述功能部件還包 括加載/存儲部件；所述指向所述數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求為CPU的控制器通過所述加載/存 儲部件發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲管理器的。
7、 一種降低CPU功耗的方法，該CPU的功能部件包括指令存儲器、 指令存儲管理器、數(shù)據(jù)存儲器、數(shù)據(jù)存儲管理器、運(yùn)算部件，其特征在于， 所述的方法包括依據(jù)指令判斷當(dāng)前時鐘周期中，是否有針對某個功能部件的訪問請求； 如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前 時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述依據(jù)的指令包括 所述指令存儲管理器從所述指令存儲器中讀取的指令，以及CPU外部設(shè)備通過指令總線發(fā)送至指令存儲管理器的指令。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述指令為超長指 令字， 一條超長指令字包含多個操作指令，所述多個操作指令在同一時鐘周 期內(nèi)并行執(zhí)行來完成對相應(yīng)功能部件的訪問。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，每個時鐘周期啟動一條 超長指令字。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種CPU和降低CPU功耗的方法，該CPU包括功能部件和控制器，所述功能部件包括指令存儲器，用于存儲指令；指令存儲管理器，用于管理指向指令存儲器的訪問請求；數(shù)據(jù)存儲器，用于存儲數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存儲管理器，用于管理指向數(shù)據(jù)存儲器的訪問請求；運(yùn)算部件，用于完成算術(shù)和邏輯運(yùn)算；所述控制器用于控制并協(xié)調(diào)各個功能部件運(yùn)行；還包括位于控制器的時鐘控制模塊，用于依據(jù)指令判斷在當(dāng)前時鐘周期中是否有針對某個功能部件的訪問請求；如果有，則在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘開啟，否則，在當(dāng)前時鐘周期控制該功能部件的時鐘關(guān)閉。本發(fā)明通過控制功能部件的時鐘開啟或關(guān)閉，去除了空閑狀態(tài)功能部件的功耗，進(jìn)而降低了整個CPU的功耗。
文檔編號G06F9/38GK101581961SQ200910086468
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
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