(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なるスループットを実現する複数のクロック周波数のシステムクロックを供給可能で、システムクロックに同期して処理を行うターゲット回路に対して、制御信号に応じたクロック周波数のシステムクロックを供給するクロック供給回路と、
スループットＴが要求されると、スループットＴの値と、上記クロック供給回路で生成できるクロック周波数から実現できるスループットの値から、２つのクロック周波数とそれぞれの期間を決定して、２つのクロック周波数を決定した期間ずつ選択してシステムクロックとして出力するように指示する上記制御信号を上記クロック供給回路に出力する制御手段と
を有する周波数制御回路。
【請求項２】
上記制御手段は、２つのクロック周波数の選択すべき期間を、スループットの内分比に基づいて決定する
請求項１記載の周波数制御回路。
【請求項３】
上記制御手段は、スループットＴが要求されると、Ｔ以上のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択する
請求項１記載の周波数制御回路。
【請求項４】
上記制御手段は、Ｔ以上かつ最小のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満かつ最大のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択する
請求項１記載の周波数制御回路。
【請求項５】
上記制御手段は、選択した２つのクロック周波数のうち、クロック周波数の高いクロックから選択、出力させるように制御信号により指示する
請求項１記載の周波数制御回路。
【請求項６】
上記制御手段は、選択した２つのクロック周波数のうち、クロック周波数の高いクロックから出力させるように制御信号により指示する
請求項４記載の周波数制御回路。
【請求項７】
計測時間が設定可能なタイマを有し、
上記制御手段は、決定した期間を上記タイマに設定して、２つの周波数のクロックを切り替える
請求項１記載の周波数制御回路。
【請求項８】
計測時間が設定可能なタイマを有し、
上記制御手段は、決定した期間を上記タイマに設定して、２つの周波数のクロックを切り替える
請求項４記載の周波数制御回路。
【請求項９】
計測時間が設定可能なタイマを有し、
上記制御手段は、決定した期間を上記タイマに設定して、２つの周波数のクロックを切り替える
請求項６記載の周波数制御回路。
【請求項１０】
それぞれ異なるスループットを実現する複数のクロック周波数のシステムクロックを供給可能で、システムクロックに同期して処理を行うターゲット回路に対して、第１の制御信号に応じたクロック周波数のシステムクロックを供給するクロック供給回路と、
第２の制御信号に応じた値の電源電圧を上記ターゲット回路に供給する電源電圧供給回路と、
スループットＴが要求されると、スループットＴの値と、上記クロック供給回路で生成できるクロック周波数から実現できるスループットの値から、２つのクロック周波数とそれぞれの期間を決定して、２つのクロック周波数を決定した期間ずつ選択してシステムクロックとして出力するように指示する上記第１の制御信号を上記クロック供給回路に出力し、かつ、クロック供給回路に指示した２つのクロック周波数の各々においてターゲット回路の動作が保証される電源電圧を供給するように上記第２の制御信号を上記電源電圧供給回路に出力する制御手段と
を有する周波数制御回路。
【請求項１１】
上記制御手段は、周波数を高くする指示をする場合には、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に事前に高くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示してから、周波数を高くするように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示する
請求項１０記載の周波数制御回路。
【請求項１２】
上記制御手段は、周波数を低くする指示をする場合には、周波数を低くように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示するとともに、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に低くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示する
請求項１０記載の周波数制御回路。
【請求項１３】
上記制御手段は、周波数を高くする指示をする場合には、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に事前に高くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示してから、周波数を高くするように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示し、
周波数を低くする指示をする場合には、周波数を低くように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示するとともに、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に低くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示する
請求項１０記載の周波数制御回路。
【請求項１４】
上記制御手段は、２つのクロック周波数の選択すべき期間を、スループットの内分比に基づいて決定する
請求項１０記載の周波数制御回路。
【請求項１５】
上記制御手段は、スループットＴが要求されると、Ｔ以上のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択する
請求項１０記載の周波数制御回路。
【請求項１６】
上記制御手段は、Ｔ以上かつ最小のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満かつ最大のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択する
請求項１０記載の周波数制御回路。
【請求項１７】
上記制御手段は、選択した２つのクロック周波数のうち、クロック周波数の高いクロックから選択、出力させるように制御信号により指示する
請求項１０記載の周波数制御回路。
【請求項１８】
上記制御手段は、選択した２つのクロック周波数のうち、クロック周波数の高いクロックから出力させるように制御信号により指示する
請求項１６記載の周波数制御回路。
【請求項１９】
計測時間が設定可能なタイマを有し、
上記制御手段は、決定した期間を上記タイマに設定して、２つの周波数のクロックを切り替える
請求項１０記載の周波数制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、システムクロックに同期して所定の処理を行うターゲット回路に供給するシステムクロックのクロック周波数を制御する周波数制御回路に係り、特に、クロック周波数を制御することにより、システムに要求されたスループットを実現しつつ、低消費電力化を図る技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、一般的な電子回路システムのスループットと消費電力の関係を示す図である。
図８において、横軸がスループットを、縦軸が消費電力をそれぞれ表している。
【０００３】
このシステムには最高動作周波数のクロックが供給され、その最高動作周波数で動作することを保証する固定値の電源電圧が供給されているとき、最大Ｔ０の処理を行う能力を備え、このときＰ０の電力を消費するとする。
このシステムにおいて、要求されるスループットにかかわらず、システムには最高動作周波数のクロックが供給され、その最高動作周波数で動作することを保証する固定値の電源電圧が供給されるように設定されている場合、このシステムの消費電力は、図８中、符号１−１で示す特性のように常に一定の電力Ｐ０を消費する。
【０００４】
システムのスループットが動作周波数に比例することから、要求されるスループットに比例して任意のクロック周波数を生成することができ、その都度、その周波数で動作することを保証する電源電圧を供給することができるならば、周波数を低くする（下げる）とそれに応じて動作を保証する電源電圧を下げることができ、消費電力が周波数に比例し、電源電圧の２乗に比例することから、理論的には図８中、符号１−２で示すような特性まで消費電力を低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、任意のクロック周波数を生成することは困難であり、生成できる周波数の数が有限である場合に、如何にこの特性に近づけるかが技術的な課題であった。
【０００６】
単一のクロック周波数しか生成できないシステムにおいては、常に最高動作周波数のクロックが供給され、その最高動作周波数で動作することを保証する固定値の電源電圧が供給される。
そこで、システムに要求される処理が存在する場合には、システムにクロックを供給し、システムに要求される処理が存在しない場合には、システムのクロックを止めることにより低消費電力化が図られてきた。
このとき、システムの消費電力は、図８中、符号１−３で示す特性のように処理量に比例して低減させることができる。
【０００７】
近年、複数のクロック周波数を生成できるクロック供給回路と、クロック周波数に応じた電源電圧を供給することが可能な電源電圧供給回路を備えたシステムが提案されている。
【０００８】
図９は、複数のクロック周波数を生成できるクロック供給回路と、クロック周波数に応じた電源電圧を供給することが可能な電源電圧供給回路を備えたシステムにおけるスループットと消費電力との関係を示す図である。
図９において、横軸がスループットを、縦軸が消費電力をそれぞれ表している。
【０００９】
図９に示すシステムの例では、４種類のクロック周波数ｆ０  、ｆ１、ｆ２、ｆ３を生成することができるクロック供給回路を備え、それぞれのクロック周波数においてＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のスループットが実現でき、それぞれのクロック周波数においてシステムの動作を保証する最低の電源電圧を供給することができる電源電圧供給回路を備え、それぞれのクロック周波数において最大Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の消費電力となると仮定する。
【００１０】
この場合、システムに要求されたスループットＴがＴ１とＴ２の間の場合、Ｔを満たす最小のクロック周波数ｆ１が選択され、要求された処理が終了した時点でクロックの供給を停止する。このときの消費電力はＰ１を最大とし、スループットに比例した値になる。
したがって、図９中、符号２−４で示すように周波数の数に応じた階段状の関係になる。図９中、符号２−３に示す単一のクロック周波数の場合の特性に比べ、複数のクロック周波数でシステムを動作させることにより、より低消費電力化が可能となる。
【００１１】
しかしながら、更なる低消費電力化を目指し、理論的な限界である図９中、符号２−２に示す特性に近づけるには、より多くの周波数を実現する必要がある。
複数のクロック周波数を実現する方法としては、複数の発振回路を用いる方法や、発振回路の設定をより細かく設定する方法等があるが、いずれの場合においてもクロック供給回路がより複雑になるという不利益がある。
【００１２】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クロック周波数のバリエーションを増やすことなく、消費電力の低減を図ることができる周波数制御回路を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る周波数制御回路は、それぞれ異なるスループットを実現する複数のクロック周波数のシステムクロックを供給可能で、システムクロックに同期して処理を行うターゲット回路に対して、制御信号に応じたクロック周波数のシステムクロックを供給するクロック供給回路と、スループットＴが要求されると、スループットＴの値と、上記クロック供給回路で生成できるクロック周波数から実現できるスループットの値から、２つのクロック周波数とそれぞれの期間を決定して、２つのクロック周波数を決定した期間ずつ選択してシステムクロックとして出力するように指示する上記制御信号を上記クロック供給回路に出力する制御手段とを有する。
【００１４】
本発明では、上記制御手段は、２つのクロック周波数の選択すべき期間を、スループットの内分比に基づいて決定する。
【００１５】
また、本発明では、上記制御手段は、スループットＴが要求されると、Ｔ以上のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択する。
【００１６】
また、本発明では、上記制御手段は、Ｔ以上かつ最小のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満かつ最大のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択する。
【００１７】
また、本発明では、上記制御手段は、選択した２つのクロック周波数のうち、クロック周波数の高いクロックから選択、出力させるように制御信号により指示する。
【００１８】
また、本発明では、計測時間が設定可能なタイマを有し、上記制御手段は、決定した期間を上記タイマに設定して、２つの周波数のクロックを切り替える。
【００１９】
本発明の第２の観点に係る周波数制御回路によれば、それぞれ異なるスループットを実現する複数のクロック周波数のシステムクロックを供給可能で、システムクロックに同期して処理を行うターゲット回路に対して、第１の制御信号に応じたクロック周波数のシステムクロックを供給するクロック供給回路と、第２の制御信号に応じた値の電源電圧を上記ターゲット回路に供給する電源電圧供給回路と、スループットＴが要求されると、スループットＴの値と、上記クロック供給回路で生成できるクロック周波数から実現できるスループットの値から、２つのクロック周波数とそれぞれの期間を決定して、２つのクロック周波数を決定した期間ずつ選択してシステムクロックとして出力するように指示する上記第１の制御信号を上記クロック供給回路に出力し、かつ、クロック供給回路に指示した２つのクロック周波数の各々においてターゲット回路の動作が保証される電源電圧を供給するように上記第２の制御信号を上記電源電圧供給回路に出力する制御手段とを有する。
【００２０】
本発明では、上記制御手段は、周波数を高くする指示をする場合には、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に事前に高くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示してから、周波数を高くするように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示する。
【００２１】
また、本発明では、上記制御手段は、周波数を低くする指示をする場合には、周波数を低くように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示するとともに、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に低くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示する。
【００２２】
また、本発明では、上記制御手段は、周波数を高くする指示をする場合には、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に事前に高くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示してから、周波数を高くするように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示し、
周波数を低くする指示をする場合には、周波数を低くするように第１の制御信号によりクロック供給回路に指示するとともに、次に変更する周波数に対して、システムの動作が保証できる電源電圧に低くするように上記第２の制御信号により電源電圧供給回路に指示する。
【００２３】
本発明によれば、スループットＴが要求されると、制御手段において、スループットＴを実現するために２つのクロック周波数が判定される。
制御手段においては、たとえばＴ以上かつ最小のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満かつ最大のスループットを実現する一つのクロック周波数が選択される。たとえば、Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ１＜Ｔ０であると仮定し、これらスループットを実現するクロック周波数をｆ３、ｆ２、ｆ１、ｆ０とすると、スループットＴ１を実現可能なクロック周波数ｆ１とスループットＴ２を実現可能なクロック周波数ｆ２とが選択される。
次に、スループットの内分比に基づいて、クロック周波数をｆ１とする期間ｔf1とクロック周波数をｆ２とする期間ｔf2が算出される。
【００２４】
次に、たとえば選択したクロック周波数のうち高い方のクロック周波数ｆ１が、現在のクロック周波数より高いか否かの判別が行われる。
そして、クロック周波数ｆ１が、現在のクロック周波数より高い場合には、電源電圧供給回路に、クロック周波数ｆ１で動作させるため電源電圧値を高くする（上げる）ように指示する第２の制御回路が供給される。
これにより、電源電圧供給回路からターゲット回路に、クロック周波数ｆ１で動作を保証できる値に設定された電源電圧が供給される。
そして、たとえば制御手段からタイマに対して、電源電圧に事前に高くするための時間（セットアップ時間ｔset ）が設定される。
【００２５】
タイマにおいてセットアップ時間ｔset が計測されると、制御手段では、電源電圧を上げる指示をしてからセットアップ時間ｔset が経過したことが検知される。これに伴い、制御手段により、クロック供給回路に対して、クロック周波数ｆ１を選択してシステムクロックとしてターゲット回路に出力するように指示する第１の制御信号が出力される。
そして、制御手段からタイマに対してクロック周波数ｆ１を選択して出力する期間ｔf1が設定される。
タイマにおいてクロック周波数ｆ１の期間ｔf1が計測されると、制御手段では、クロック周波数ｆ１を選択して出力する指示をしてから期間ｔf1が経過したことが検知される。これに伴い、制御手段により、クロック供給回路に対して、クロック周波数ｆ１からクロック周波数ｆ２に変更してシステムクロックをターゲット回路に出力するように指示する第１の制御信号が出力される。
【００２６】
次に、電源電圧供給回路に、電源電圧値を、クロック周波数ｆ２で動作させる得る電源電圧値に低くする（下げる）ように指示する第２の制御回路が供給される。
これにより、電源電圧供給回路からターゲット回路に、クロック周波数ｆ２で動作を保証できる最低の値に設定された電源電圧が供給される。
そして、制御手段からタイマに対して、クロック周波数ｆ２を選択して出力する期間ｔf2からセットアップ時間ｔset を減算した時間（ｔf2−ｔset ）が設定される。
タイマにおいて時間（ｔf2−ｔset ）が計測されると、単位時間内の周波数および電源電圧の制御が完了する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る周波数制御回路を適用した電子回路システムの一実施形態を示すブロック図である。
【００２８】
本回路システム１０は、図１に示すように、ターゲット回路１１、クロック供給回路１２、電源電圧供給回路１３、タイマ１４、および制御回路１５を有している。
【００２９】
ターゲット回路１１は、クロック周波数および電源電圧ＶDDの制御対象となるシステムを構成し、後述するように、クロック周波数においてシステムの動作を保証する最低の電源電圧を供給することが可能な電源電圧供給回路１３から電源電圧ＶDDの供給を受け、多階調のクロック周波数を生成することができるクロック供給回路１２から供給されるシステムクロックＳＹＳＣＬＫに同期して動作し、所望の処理を行う。
【００３０】
クロック供給回路１２は、多階調のクロック周波数のシステムクロックＳＹＳＣＬＫを生成することが可能で、制御回路１５による第１の制御信号Ｓ１５１により指示されたクロック周波数のシステムクロックＳＹＳＣＬＫを、ターゲット回路１１に供給する。
【００３１】
図２は、図１のクロック供給回路の具体的な構成例を示す図である。
このクロック供給回路１２は、図２に示すように、所定周波数のクロックを発振する位相同期回路（ＰＬＬ回路）１２１、複数の分周比にて複数、たとえば４種類のクロック周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２，ｆ３のクロックを生成する分周器１２２、および制御回路１５による第１の制御信号Ｓ１５１により指示されたクロック周波数のシステムクロックを選択して出力するセレクタ１２３により構成されている。
【００３２】
本実施形態に係るクロック供給回路１２においては、図３に示すように、Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のスループットを実現するクロック周波数をｆ０，ｆ１，ｆ２，ｆ３とする。
たとえばこの４つのスループットＴ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３が、それぞれ１００％、７５％、５０％、２５％である場合、ＰＬＬ回路１２１の発振クロックを、たとえば１／３、１／４、１／６、１／１２の分周比にて分周することにより、所望のクロック周波数を生成できる。
たとえば、仕様となる最大周波数が１００ＭＨｚのとき、ＰＬＬ回路１２１の出力周波数が３００ＭＨｚである場合、各クロック周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２，ｆ３は次のようになる。
【００３３】
【数１】
ｆ０＝３００ＭＨｚ  ÷  ３＝１００ＭＨｚ
ｆ１＝３００ＭＨｚ  ÷  ４＝  ７５ＭＨｚ
ｆ２＝３００ＭＨｚ  ÷  ６＝  ５０ＭＨｚ
ｆ３＝３００ＭＨｚ  ÷１２＝  ２５ＭＨｚ…（１）
【００３４】
このクロック供給回路１２においては、ＰＬＬ回路１２１のたとえば周波数３００ＭＨｚの発振クロックが分周器１２２に供給される。
分周器１２２では、複数の分周比、たとえば１／３、１／４、１／６、１／１２の分周比にてＰＬＬ回路１２１の発振クロックが分周されることにより、たとえばｆ０（＝１００ＭＨｚ），ｆ１（＝７５ＭＨｚ），ｆ２（＝５０ＭＨｚ），ｆ３（＝２５ＭＨｚ）のクロック周波数のクロックが生成され、セレクタ１２３に供給される。
そして、セレクタ１２３においては、制御回路１５による第１の制御信号Ｓ１５１に従って、所望の周波数のクロックが選択され、システムクロックＳＹＳＣＬＫとしてターゲット回路１１に供給される。
【００３５】
電源電圧供給回路１３は、多階調の電源電圧ＶDDを供給することが可能で、制御回路１５の第２の制御信号Ｓ１５２に応じた値の電源電圧ＶDDをターゲット回路１１に供給する。
【００３６】
タイマ１４は、周波数が固定のクロックＦＸＣＬＫに同期して動作することにより、一定の時間を計測し、計測結果をその都度、一致信号Ｓ１４として制御回路１５に出力する。
【００３７】
図４は、図１のタイマの具体的な構成例を示す図である。
このタイマ１４は、図２に示すように、クロックＦＸＣＬＫに同期して動作するカウンタ１４１、カウンタ１４１のカウント値ＶＣＮＴと比較する比較値ＶＣＭＰを保持しておくコンペアレジスタ１４２、カウンタ１４１のカウント値ＶＣＮＴとコンペアレジスタ１４２に保持された比較値ＶＣＭＰとを比較するコンパレータ１４３により構成されている。
【００３８】
このタイマ１４においては、コンペアレジスタ１４２に保持される比較値ＶＣＭＰは制御回路１５により信号Ｓ１５３として設定され、カウンタ１４１のカウント値ＶＣＮＴが比較値ＶＣＭＰと一致した時点で、一致したことを報知する一致信号Ｓ１４がコンパレータ１４３から制御回路１５に出力される。
【００３９】
制御回路１５は、タイマ１２からの一致信号Ｓ１２に基づいて時間を計測することができ、要求されたスループットＴを実現すべく、たとえばＴ以上のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択して、これらを単位時間ｔUNIT内で、スループットの内分比で決定される期間で切り替えてシステムクロックＳＹＳＣＬＫとして出力するように指示する第１の制御信号Ｓ１５１をクロック供給回路１２に出力し、さらに選択したクロック周波数においてシステムの動作を保証する最低の電源電圧ＶDDを供給するように指示する第２の制御信号Ｓ１５２を電源電圧供給回路１３に出力する。
また、制御回路１５は、上述したように、タイマ１４のコンペアレジスタ１４２に設定すべき比較値ＶＣＭＰを信号Ｓ１５３としてタイマ１４に出力する。
【００４０】
制御回路１５は、上述したように、要求されたスループットＴを実現すべく、Ｔ以上のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択するが、好適には、Ｔ以上かつ最小のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満かつ最大のスループットを実現する一つのクロック周波数を選択することが望ましい。
その理由は、要求されるスループットＴよりも大きいスループットと小さいスループットを実現する２つのクロック周波数であれば、同様の動作および所望の実効周波数の実現は可能であるが、上記の条件を満たすクロックを選択することにより消費で電力を最低にすることができるからである。
【００４１】
たとえば、Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ１＜Ｔ０であると仮定すると、クロック周波数ｆ０とｆ２，ｆ０とｆ３，ｆ１とｆ３というような２つのクロック周波数を選択してもスループットＴを実現することは可能であるが、クロック周波数ｆ１とｆ２を選択することが、電力的に最小となる。
【００４２】
また、本実施形態においては、選択した２つのクロック周波数のうち、クロック周波数の高い方から選択、出力させる。
上記の例では、単位時間ｔunitで、クロック周波数ｆ１を所定期間ｔf1だけ選択し、続いてクロック周波数ｆ２を所定期間ｔf2だけ選択する。
このように、クロック周波数の高い方から選択することにより、実現される実効スループットは、常に要求スループット以上になり、要求を満足することができる。
【００４３】
さらに、制御回路１５の制御機能について、図５のタイミングチャートに関連付けて説明する。
【００４４】
ここでは、上述したように、クロック供給回路１２は、４種類のクロック周波数ｆ０、ｆ１、ｆ２、ｆ３を生成することができ、図３に示すように、それぞれのクロック周波数においてＴ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３のスループットが実現でき、電源電圧供給回路１３は、それぞれのクロック周波数においてシステムの動作を保証する最低の電源電圧を供給することができ、それぞれのクロック周波数において最大Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の消費電力となると仮定する。
【００４５】
たとえば、上述したように、システムに要求されたスループットＴがＴ１とＴ２の間の場合、Ｔを満たす最小のクロック周波数ｆ１とｆ１より１段階低い周波数ｆ２を組み合わせることにより、要求されたスループットＴを実現することができる。
【００４６】
そして、制御回路１５は、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、要求されたスループットＴを実現するために、クロック周波数をｆ１とする期間ｔf1とクロック周波数をｆ２とする期間ｔf2に単位時間ｔunitを分割する。
それぞれの期間は以下の式に示すように、スループットの内分比により決定される。
【００４７】
【数２】
ｔf1＝｛（Ｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２）｝×ｔunit      …（２）
【００４８】
【数３】
ｔf2＝｛（Ｔ１−Ｔ）／（Ｔ１−Ｔ２）｝×ｔunit      …（３）
【００４９】
これにより、要求された実効的なスループットＴeff を実現することができる。
【００５０】
【数４】
Ｔeff ＝（ｔf1×Ｔ１＋ｔf2×Ｔ２）／ｔunit              …（４）
【００５１】
制御回路１５は、スループットＴが要求されるとＴの値とクロック供給回路１２が生成できるクロック周波数から実現できるスループットの値から、２つクロック周波数とそれぞれの期間を決定し、タイマ１４を用いて周波数の切替えを制御することにより要求されたスループットＴを実現する。
【００５２】
また、制御回路１５は、図５（Ｃ）に示すように、電源電圧供給回路１３が電源電圧を変更するのに要するセットアップ時間ｔset を考慮し、低い周波数から高い周波数に切替える場合は、そのタイミングからセットアップ時間ｔset だけ早い時点で電源電圧供給回路１３に対して、高い周波数に応じた電源電圧に上げるように第２の制御信号Ｓ１５２により指示する。
また、高い周波数から低い周波数に切替える場合は、そのタイミングにあわせて電源電圧供給回路１３に対して、低い周波数に応じた電源電圧に下げるように第２の制御信号Ｓ１５２により指示する。
このタイミングにて電源電圧を制御することにより、周波数を切替えてもシステムの動作を保証することができる。
制御回路１５は、タイマ１４を用いた時間計測により、適切なタイミングにおいて電源電圧を制御することができる。
【００５３】
次に、上記構成による動作を、制御回路１５の制御動作を中心に図７のフローチャートに関連付けて説明する。
【００５４】
スループットＴが要求されると、制御回路１５において、スループットＴを実現するために２つのクロック周波数が判定される。
制御回路１５においては、Ｔ以上かつ最小のスループットを実現する一つのクロック周波数と、Ｔ未満かつ最大のスループットを実現する一つのクロック周波数が選択される。
本実施形態では、Ｔ３＜Ｔ２＜Ｔ≦Ｔ１＜Ｔ０であると仮定していることから、スループットＴ１を実現可能なクロック周波数ｆ１とスループットＴ２を実現可能なクロック周波数ｆ２とが選択される（ＳＴ１）。
【００５５】
次に、上記（２）式および（３）式に従って、クロック周波数をｆ１とする期間ｔf1とクロック周波数をｆ２とする期間ｔf2が算出される（ＳＴ２）。
【００５６】
次に、選択したクロック周波数のうち高い方のクロック周波数ｆ１が、現在のクロック周波数より高いか否かの判別が行われる（ＳＴ３）。
ステップＳＴ３において、クロック周波数ｆ１が現在のクロック周波数より高い場合には、次のステップＳＴ４の処理に移行し、低い場合にはステップＳＴ６の処理に移行する。
【００５７】
ステップＳＴ４においては、電源電圧供給回路１３に、クロック周波数ｆ１で動作させるため電源電圧値を高くする（上げる）ように指示する第２の制御回路Ｓ１５２が供給される。
これにより、電源電圧供給回路１３からターゲット回路１１に、クロック周波数ｆ１で動作を保証できる値に設定された電源電圧ＶDDが供給される。
そして、制御回路１５からタイマ１４に対してセットアップ時間ｔset を設定するための信号Ｓ１５３が出力される。
これにより、タイマ１４のコンペアレジスタ１４２にセットアップ時間ｔsetが保持される。
【００５８】
そして、タイマ１４において、カウンタ１４１のカウント値ＶＣＮＴがコンペアレジスタ１４２に保持されるセットアップ時間ｔset （比較値ＶＣＭＰ）と一致した時点で、一致したことを報知する一致信号Ｓ１４がコンパレータ１４３から制御回路１５に出力されて（ＳＴ５）、次のステップＳＴ６の処理に移行する。
【００５９】
制御回路１５では、タイマ１４による一致信号Ｓ１４を入力し、電源電圧ＶDDを上げる指示をしてからセットアップ時間ｔset が経過したことが検知されると、クロック供給回路１２に対して、クロック周波数ｆ１を選択してシステムクロックＳＹＳＣＬＫとしてターゲット回路１１に出力するように指示する第１の制御信号Ｓ１５１が出力される（ＳＴ６）。
そして、制御回路１５からタイマ１４に対してクロック周波数ｆ１を選択して出力する期間ｔf1を設定するための信号Ｓ１５３が出力される。
これにより、タイマ１４のコンペアレジスタ１４２にクロック周波数ｆ１の期間ｔf1が保持される。
【００６０】
そして、タイマ１４において、カウンタ１４１のカウント値ＶＣＮＴがコンペアレジスタ１４２に保持されるクロック周波数ｆ１の期間ｔf1（比較値ＶＣＭＰ）と一致した時点で、一致したことを報知する一致信号Ｓ１４がコンパレータ１４３から制御回路１５に出力されて（ＳＴ７）、次のステップＳＴ８の処理に移行する。
【００６１】
制御回路１５では、タイマ１４による一致信号Ｓ１４を入力し、クロック周波数ｆ１を選択して出力する指示をしてから期間ｔf1が経過したことが検知されると、クロック供給回路１２に対して、クロック周波数ｆ１からクロック周波数ｆ２に変更してシステムクロックＳＹＳＣＬＫをターゲット回路１１に出力するように指示する第１の制御信号Ｓ１５１が出力される（ＳＴ８）。
【００６２】
次に、電源電圧供給回路１３に、電源電圧値を、クロック周波数ｆ２で動作させる得る電源電圧値に低くする（下げる）ように指示する第２の制御回路Ｓ１５２が供給される（ＳＴ９）。
これにより、電源電圧供給回路１３からターゲット回路１１に、クロック周波数ｆ２で動作を保証できる最低の値に設定された電源電圧ＶDDが供給される。
そして、制御回路１５からタイマ１４に対して、クロック周波数ｆ２を選択して出力する期間ｔf2からセットアップ時間ｔset を減算した時間（ｔf2−ｔset）を設定するための信号Ｓ１５３が出力される。
これにより、タイマ１４のコンペアレジスタ１４２に時間（ｔf2−ｔset ）が保持される。
【００６３】
そして、タイマ１４において、カウンタ１４１のカウント値ＶＣＮＴがコンペアレジスタ１４２に保持される時間（ｔf2−ｔset ）（比較値ＶＣＭＰ）と一致した時点で、一致したことを報知する一致信号Ｓ１４がコンパレータ１４３から制御回路１５に出力されて（ＳＴ１０）、ステップＳＴ４の処理に戻る。
【００６４】
図７は、本実施形態に係る図１の回路システムのスループットと消費電力の関係を示す図である。
図７において、横軸がスループットを、縦軸が消費電力をそれぞれ表している。
【００６５】
スループットＴが要求されたときの消費電力Ｐは以下の式に示すように、２つの周波数を用いた場合の電力の内分比で表される。
【００６６】
【数５】
Ｐ＝（ｔf1×Ｐ１＋ｔf2×Ｐ２）／ｔunit              …（５）
【００６７】
したがって、本実施形態に係る図１の回路システムは、図７における１０−５に示す特性となり、従来の方法による特性１０−１、１０−３、１０−４よりも理論特性１０−２に近い低消費電力化が実現される。
【００６８】
なお、クロック周波数の数は例にあげた４通りに限定することはなく、クロック供給回路の性能と理論特性１０−２に応じた周波数の切り分けを考慮することにより決定される。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、それぞれ異なるスループットを実現する複数のクロック周波数のシステムクロックを供給可能で、システムクロックに同期して処理を行うターゲット回路１１に対して、第１の制御信号Ｓ１５１に応じたクロック周波数のシステムクロックを供給するクロック供給回路１２と、第２の制御信号Ｓ１５２に応じた値の電源電圧をターゲット回路１１に供給する電源電圧供給回路１３と、スループットＴが要求されると、スループットＴの値と、クロック供給回路１２で生成できるクロック周波数から実現できるスループットの値から、２つのクロック周波数とそれぞれの期間を決定して、２つのクロック周波数を決定した期間ずつ選択してシステムクロックとして出力するように指示する第１の制御信号Ｓ１５１をクロック供給回路１２に出力し、かつ、クロック供給回路１２に指示した２つのクロック周波数の各々においてターゲット回路の動作が保証される電源電圧を供給するように第２の制御信号Ｓ１５２を電源電圧供給回路１３に出力する制御回路１５を設けたので、クロック周波数のバリエーションを増やすことなく、消費電力の低減を図ることができる利点がある。
【００７０】
また、本実施形態によれば、制御回路１５は、電源電圧供給回路１３が電源電圧を変更するのに要するセットアップ時間ｔset を考慮し、低い周波数から高い周波数に切替える場合は、そのタイミングからセットアップ時間ｔset だけ早い時点で電源電圧供給回路１３に対して、高い周波数に応じた電源電圧に上げるように第２の制御信号Ｓ１５２により指示し、高い周波数から低い周波数に切替える場合は、そのタイミングにあわせて電源電圧供給回路１３に対して、低い周波数に応じた電源電圧に下げるように第２の制御信号Ｓ１５２により指示し、このタイミングにて電源電圧を制御することから、周波数を切替えてもシステムの動作を保証することができる。
制御回路１５は、タイマ１４を用いた時間計測により、適切なタイミングにおいて電源電圧を制御することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、少ない数のクロック周波数の組み合わせにおいて、システムに要求されたスループットを実現しつつ、低消費電力化を図れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る周波数制御回路を適用した電子回路システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係るクロック供給回路の具体的な構成例を示す図である。
【図３】本実施形態においてスループットとこれをを実現するクロック周波数との関係の一例を示す図である。
【図４】本実施形態に係るタイマの具体的な構成例を示す図である。
【図５】本実施形態に係る制御回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】本実施形態に係る動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る電子回路システムのスループットと消費電力の関係を示す図である。
【図８】一般的な電子回路システムのスループットと消費電力の関係を示す図である。
【図９】複数のクロック周波数を生成できるクロック供給回路と、クロック周波数に応じた電源電圧を供給することが可能な電源電圧供給回路を備えたシステムにおけるスループットと消費電力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…電子回路システム、１１…ターゲット回路、１２…クロック供給回路、１２１…位相同期回路（ＰＬＬ回路）、１２２…分周器、１２３…セレクタ、１３…電源電圧供給回路、１４…タイマ、１４１…カウンタ、１４２…コンペアレジスタ、１４３…コンパレータ、１５…制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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