專利名稱：用于時鐘門控控制的方法和裝置的制作方法
用于時鐘門控控制的方法和裝置發(fā)明領(lǐng)域和背景本發(fā)明涉及一種用于控制數(shù)據(jù)處理塊的時鐘門控的方法和裝置，特別涉及電路系統(tǒng)的通過流數(shù)據(jù)總線互連的多個數(shù)據(jù)處理塊中的數(shù)據(jù)處理塊。大的系統(tǒng)級芯片(SoC)通常包括數(shù)個組件，該數(shù)個組件包括數(shù)據(jù)處理模塊并且可能還包括本地控制器，其執(zhí)行某種的定義的(子)任務(wù)。例如，在用于無線通信應(yīng)用的SoC 的情況下，系統(tǒng)的這樣的組件可以是調(diào)制解調(diào)器電路的構(gòu)件，如數(shù)字前端(DFE)、Tx單元、 共享RAM、前向糾錯(FEC)數(shù)據(jù)單元、快速傅里葉變換(FFT)單元、參數(shù)估算單元、均衡器單元、搜索裝置單元、FEC控制單元等等。通常，這些組件不需要始終處于激活狀態(tài)；相反，數(shù)據(jù)處理時段之后是空閑時段。因而，希望在這些時段期間關(guān)閉本地時鐘，通常以節(jié)省功率， 更具體地增加移動裝置的電池壽命。如今，全部這些組件實質(zhì)上以某種如VHDL或Verilog的硬件描述語言(HDL)形式來描述，然后用于通過合成工具翻譯成邏輯門層次網(wǎng)表。用于自動時鐘門控的簡單編碼風(fēng)格如下
always @ posedge (elk) begin
if (update_condition) begin
data_register <= new_value
end
end當(dāng)使用這種對于多數(shù)純數(shù)據(jù)路徑組件來說能夠?qū)崿F(xiàn)的HDL表示時，這些軟件工具能夠自動推斷出如圖1中所示的結(jié)構(gòu)。如從圖中所看到的，只有在更新條件的情況下，與 (AND)門傳輸時鐘(elk)給觸發(fā)器以觸發(fā)其來輸出在其D輸入施加的新值。因此，第一級時鐘門控被設(shè)置為對于設(shè)計的其它部分來說是透明的，也就是說不要求其它單元對于時鐘切換的激活控制。盡管對于設(shè)計的大部分來說，這種自動翻譯形式能夠有效地插入時鐘門控，但是其受限于上述編碼風(fēng)格。用于更復(fù)雜的描述的示例如下
3always @ posedge (elk) begin if (somecondition)
data一register <= new_value_a; else if (other—condition)
data_register <= new value b; else if (third_condition)
data一register <= new_value_c;
else
data_register <= new value d
end在結(jié)合圖1提及的時鐘門控的自動翻譯方面，這種編碼風(fēng)格不能由合成工具處理，或者如果數(shù)據(jù)寄存器的寬度變得太窄這將不能使用。除非另有說明，在包括多個條件的更復(fù)雜硬件描述的情況下，合成工具不能夠確定其能夠關(guān)閉時鐘的特定條件。然而，隨著次微米技術(shù)越來越減小結(jié)構(gòu)尺寸，時鐘樹或時鐘網(wǎng)格的動態(tài)切換功率成為電子裝置的整個動態(tài)功率消耗的日益增長的部分。因為時鐘分布網(wǎng)絡(luò)的該切換功率并沒有被之前所描述的自動時鐘門控推斷所涵蓋，所以需要某種形式的更高級控制，以在其根部(root)門控關(guān)閉本地時鐘分布網(wǎng)絡(luò)。如圖2所示，某些控制處理器必須詢問數(shù)據(jù)處理模塊的狀態(tài)，以及輸入、內(nèi)部和輸出總線的狀態(tài)。舉例來說，附圖示出了數(shù)據(jù)處理組件，其包括數(shù)據(jù)處理模塊22、M和控制器沈，控制器沈控制時鐘門控觀以將時鐘傳輸或不傳輸?shù)教幚砟K22、24。當(dāng)控制器確定在任何數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)總線中既不請求也不發(fā)生活動時，其可以在門控觀處關(guān)閉時鐘。這種現(xiàn)有技術(shù)方法包括軟件和系統(tǒng)狀態(tài)的明確確定。這也意味著本地控制器自身可以不是門控時鐘域的一部分，或另外的外部更高級控制器必須負(fù)責(zé)本地控制器的時鐘。本發(fā)明的總體目的是減小電子裝置的功率消耗。本發(fā)明更具體的目的是提供一種用于在SoC設(shè)計中自動時鐘門控的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于控制電路系統(tǒng)的通過流數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)互連的多個數(shù)據(jù)處理塊中的一個的時鐘門控的裝置，如權(quán)利要求1所述。該裝置具有輸入，其連接到數(shù)據(jù)處理塊的數(shù)據(jù)處理單元和總線區(qū)段中的每一個，用于從其接收忙指示，以保持其中的數(shù)據(jù)傳輸和處理活動的跟蹤，并且還具有輸出，其在數(shù)據(jù)處理塊的本地時鐘分布網(wǎng)絡(luò)的根部處連接到時鐘門控，以當(dāng)檢測到空閑狀況時門控關(guān)閉數(shù)據(jù)處理塊的時鐘，并且當(dāng)檢測到喚醒狀況時恢復(fù)時鐘。在當(dāng)前優(yōu)選實施例中，流數(shù)據(jù)總線使用握手類型傳輸協(xié)議，其包括表示數(shù)據(jù)序列的開始和結(jié)束的一位指示，并且所述活動跟蹤裝置包括邏輯門，其適于組合來自數(shù)據(jù)處理塊的總線和數(shù)據(jù)處理單元中的每一個的一位忙指示，并且適于當(dāng)所有一位忙指示表示沒有任何數(shù)據(jù)被傳輸或處理的時輸出時鐘禁止信號，并且適于當(dāng)至少一個一位忙指示表示任何數(shù)據(jù)的存在時輸出時鐘恢復(fù)信號。以這種方式，活動跟蹤裝置能夠確定空閑狀況以及喚醒狀況，并且能夠獨立于本地控制器并且不需要任何軟件活動而在本地分布網(wǎng)絡(luò)根部處門控時鐘。本發(fā)明還提供一種用于控制電路系統(tǒng)的通過流數(shù)據(jù)總線互連的多個數(shù)據(jù)處理塊中的一個的時鐘門控的方法，如權(quán)利要求6所述。通過活動跟蹤的自動時鐘門控控制的新方法提供多個相對現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點。在 RTL級上已經(jīng)執(zhí)行和驗證時鐘門控插入。當(dāng)在本地時鐘分布網(wǎng)絡(luò)的根部處門控時鐘時，確保了數(shù)據(jù)處理塊的高覆蓋率，即整個模塊或組件能夠被關(guān)閉以減小大部分時鐘樹的活動，其意味著包含數(shù)據(jù)處理塊的電路系統(tǒng)的功率消耗的顯著減少。時鐘門控可以獨立于如寄存器組的最小寬度的任何限制條件或使能條件來收集100%的數(shù)據(jù)處理塊的觸發(fā)器。執(zhí)行本發(fā)明的方法而不需要任何更高級軟件控制。而且，新方法的額外優(yōu)點是，即使是可能是數(shù)據(jù)處理塊的一部分的本地控制器也能夠被時鐘門控。根據(jù)本發(fā)明的用于時鐘門控的方法和活動跟蹤裝置的應(yīng)用示例在于數(shù)據(jù)處理塊， 如無線電信調(diào)制解調(diào)器裝置的數(shù)字前端(DFE)單元、LTE Tx單元、共享RAM單元、前向糾錯 (FEC)數(shù)據(jù)單元、快速傅里葉變換(FFT)單元、參數(shù)估算單元、搜索裝置單元、FEC控制單元， 并且不限于此。用于時鐘門控的新的方法和裝置能夠被分級地執(zhí)行。也就是說，時鐘門控可以在數(shù)據(jù)處理塊中執(zhí)行，數(shù)據(jù)處理塊包括數(shù)個數(shù)據(jù)處理模塊以開啟或關(guān)閉整個數(shù)據(jù)處理塊的時鐘，并且可以同時地或交替地在包括在數(shù)據(jù)處理塊中的任何或全部數(shù)據(jù)處理模塊中執(zhí)行， 以支持在低層級處的時鐘門控。


根據(jù)下面特定實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的附加特征和優(yōu)點是顯而易見的，特定實施例僅通過舉例的方式給出，其中參考附圖，其中圖1示出了用于可以從簡單編碼風(fēng)格推斷的自動時鐘門控的結(jié)構(gòu)；圖2示出了包括根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的管理時鐘門控的本地控制器的SoC組件的框圖；圖3示出了包括根據(jù)本發(fā)明的控制時鐘門控的活動跟蹤器的SoC組件的框圖；圖4示出了包括根據(jù)本發(fā)明的活動跟蹤器的如圖3中所示的數(shù)據(jù)處理模塊的框圖；圖5示出了能夠用在本發(fā)明的一個實施例中的流數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的信號；圖6示出了在電路系統(tǒng)中的本發(fā)明的時鐘門控方法和裝置的應(yīng)用示例，該電路系統(tǒng)包括兩個時鐘域，其通過時鐘域分離模塊連接并且能夠彼此獨立地對其進行時鐘門控; 以及圖7示出了圖6的時鐘域分離模塊的實施的框圖。
具體實施例方式圖3示出了數(shù)據(jù)處理組件3的框圖，其包括數(shù)據(jù)處理模塊32、34和嵌入式控制器 36。數(shù)據(jù)處理組件3進一步包括活動跟蹤裝置40，其從是流數(shù)據(jù)總線的一部分的輸入、內(nèi)部和輸出總線區(qū)段接收忙指示，如粗箭頭所示，這些區(qū)段連接諸如SoC的電路系統(tǒng)的數(shù)個數(shù)據(jù)處理組件；并且活動跟蹤裝置40從連接到流數(shù)據(jù)總線的每個數(shù)據(jù)處理單元32、34接收忙指示?；顒痈櫰?0可以可選地接收來自數(shù)據(jù)處理單元32、34和來自控制器36的狀態(tài)信肩、ο流數(shù)據(jù)總線使用握手類型傳輸協(xié)議，其包括表示數(shù)據(jù)序列的開始和結(jié)束的一位指
7J\ ο圖5詳述了流數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的信號，其能夠有利地用在本發(fā)明的一個實施例中， 用于通過諸如圖3中所示的處理組件的SoC的多個功能單元進行數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸協(xié)議，下面也稱為簡單流鏈路(SSL)，其已經(jīng)在申請人的題為“A Method for High Speed Data Transfer” 的 EP 申請 10 197 315. 4 中公開。SSL包括四個信號數(shù)據(jù)、有效、接受、幀。數(shù)據(jù)信號能夠具有多個位的寬度，例如， 7、16、24、32位。有效/接受信號類似于其他握手型傳送協(xié)議，并且用于驅(qū)動和停止從源端到接收端的通信。源端和接收端能夠在任何時間設(shè)置或復(fù)位這些信號。如果在時鐘的上升沿都為“高”，則接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)接收端必須具有對幀信號的含義的相同理解。這里的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)接收端能夠是SoC的功能單元中的任何一個，給出非限制性示例，例如， SoC為無線電信調(diào)制解調(diào)器裝置，其包括功能單元，如數(shù)字前端(DFE)單元、LTE Tx單元、共享RAM單元、前向糾錯(FEC)數(shù)據(jù)單元、快速傅里葉變換(FFT)單元、參數(shù)估算單元、搜索裝置單元和FEC控制單元。SSL傳送協(xié)議的意義上的“幀”是數(shù)據(jù)的邏輯組或序列，諸如OFDM符號、控制數(shù)據(jù)的塊，信息數(shù)據(jù)的塊等。數(shù)據(jù)傳送僅在接受、有效和幀信號為高時才進行。在此情況下，幀信號標(biāo)記數(shù)據(jù)塊傳送的開始和結(jié)束。源端能夠預(yù)先設(shè)置有效和幀信號。接收端能夠預(yù)先設(shè)置接受信號。在源端不使用幀信號的情況下，它能夠?qū)⑤敵鲢Q位為“高”。在接收端不知道如何解釋輸入的幀信號的情況下，能夠忽略它。利用這種SSL傳輸協(xié)議，在圖3的活動跟蹤器40中的活動檢測能夠減少到對幀信號的邏輯“1”的檢測。來自每個數(shù)據(jù)處理單元32、34和總線區(qū)段的幀信號可以用作忙指示并且可以通過活動跟蹤器模塊40邏輯地組合以當(dāng)全部幀信號表示沒有任何數(shù)據(jù)被傳輸或處理時，輸出時鐘禁止信號到時鐘門控38，并且當(dāng)至少一個幀信號表示存在數(shù)據(jù)時，輸出時鐘恢復(fù)信號。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明的活動跟蹤器模塊40可以通過簡單邏輯門來實施，其簡單地或(OR)組合接收到的二進制幀信號。因此，本發(fā)明提供一種非常簡單的自動時鐘門控方式。任選地，活動跟蹤器40可以實施為額外考慮數(shù)據(jù)處理模塊32、34和/或可選的嵌入式控制器36的內(nèi)部狀態(tài)，用于由活動跟蹤器提供的時鐘的使能條件，所述內(nèi)部狀態(tài)也可以由二進制信號表達(dá)。雖然已經(jīng)結(jié)合圖5中所示的數(shù)據(jù)流協(xié)議說明了本發(fā)明的活動跟蹤器，但是注意的是，本發(fā)明同樣可應(yīng)用任何其他包括一種二進制忙指示的握手類型流數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。根據(jù)本發(fā)明的用于控制時鐘門控的方法和裝置也可以小型化到在圖4中示例為數(shù)據(jù)處理模塊30的數(shù)據(jù)處理模塊32和34本身的級別。除非另有說明，本發(fā)明允許實施時鐘門控的分級方式。數(shù)據(jù)處理模塊30包括通過簡單流鏈接(SSL)數(shù)據(jù)總線連接的數(shù)據(jù)處理單元302、304。模塊30進一步包括活動跟蹤裝置400，其將來自輸入、內(nèi)部和輸出的SSL總線區(qū)段和來自在附圖中被示出為硬件加速器的每個數(shù)據(jù)處理單元302、304的幀信號組合， 并且輸出使能/禁止信號給時鐘門控308以在模塊的時鐘分布網(wǎng)絡(luò)的根部處門控開啟/關(guān)
6閉時鐘。根據(jù)本發(fā)明的時鐘門控的控制能夠簡單地與申請人的題為“Circuitry System and Method for Connencting Synchronous Clock Domains of the Circuitry System，， 的共同未決EP申請中描述的電路系統(tǒng)組合。圖6示出了兩個同步時鐘域A和B以及布置在兩者之間的時鐘域分離模塊60。獨立時鐘域A、B可以對應(yīng)于一個或多個如圖3中所示的數(shù)據(jù)處理組件，其包括活動跟蹤器，該活動跟蹤器根據(jù)本發(fā)明控制時鐘門控并且支持時鐘域A、B中的時鐘的開啟和關(guān)閉。圖7詳述了圖6的時鐘域分離模塊60的一個實施方式，其允許每個時鐘域A、B獨立于另一個時鐘域的狀態(tài)開啟和斷開其時鐘，而沒有數(shù)據(jù)損失或協(xié)議違反的風(fēng)險。其接受異步重置和同步重置。模塊60包括輔助輸入緩沖器71、多路復(fù)用器72、數(shù)據(jù)輸出緩沖器73 和控制邏輯74。控制邏輯74連接到所述數(shù)據(jù)輸出緩沖器73、輔助輸入緩沖器71和多路復(fù)用器72中的每一個。輔助輸入緩沖器71和多路復(fù)用器72每一個都具有連接到同一數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)輸入以接收來自時鐘域A的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)流。輔助輸入緩沖器71的數(shù)據(jù)輸出連接到多路復(fù)用器72的第二數(shù)據(jù)輸入。多路復(fù)用器的數(shù)據(jù)輸出連接到數(shù)據(jù)輸出緩沖器73，并且數(shù)據(jù)輸出緩沖器的數(shù)據(jù)輸出連接到數(shù)據(jù)輸出線以傳輸數(shù)據(jù)到時鐘域B中的數(shù)據(jù)接收端。從時鐘域A接收的數(shù)據(jù)流流過輔助輸入緩沖器71、所述多路復(fù)用器72和數(shù)據(jù)輸出緩沖器73到時鐘域B?？刂七壿?4接收來自時鐘域分離模塊60的接收端和源端接口的控制信號(snk. valid, snk. clk_en, src. accept, src. clk_en)。在接收的控制信號的功能中，數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)元素選擇性地在輔助輸入緩沖器71中緩沖至少一個時鐘周期，并且控制信號(snk. accept, src. valid)通過控制邏輯74分別發(fā)射到時鐘域分離裝置的接收端和源端接口。輔助輸入緩沖器71可操作以在其中數(shù)據(jù)接收端的不接受狀況已經(jīng)從源端接口傳輸?shù)窖b置的接收端接口的時鐘周期中緩沖已經(jīng)接受的數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)元素，并且還可操作以在傳輸期間門控關(guān)閉源端接口側(cè)的時鐘并且在源端接口時鐘關(guān)閉之后接收端接口側(cè)的時鐘保持激活或被門控關(guān)閉的情況下緩沖數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)元素。以該方式，模塊60使得同步時鐘域A、B中的時鐘能夠相互獨立地啟用或關(guān)閉，同時保持流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)完整性。
權(quán)利要求
1.一種用于控制電路系統(tǒng)的通過流數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)互連的多個數(shù)據(jù)處理塊(3 ；30)中的一個的時鐘門控的裝置，所述數(shù)據(jù)處理塊(3 ；30)包括至少一個數(shù)據(jù)處理單元(32，34 ；302, 304)和輸入總線區(qū)段、內(nèi)部和輸出總線區(qū)段，其中所述裝置GO ；400)具有輸入，其連接到數(shù)據(jù)處理單元和總線區(qū)段中的每一個，以從其接收忙指示，以保持其中的數(shù)據(jù)傳輸和處理活動的跟蹤，并且所述裝置具有輸出，其在所述數(shù)據(jù)處理塊(3 ；30)的本地時鐘分布網(wǎng)絡(luò)的根部處連接到時鐘門控(38 ；308)，以當(dāng)檢測到空閑狀況時門控關(guān)閉數(shù)據(jù)處理塊的時鐘，并且當(dāng)檢測到喚醒狀況時恢復(fù)時鐘。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其中所述流數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)使用握手類型傳輸協(xié)議，其包括表示數(shù)據(jù)序列的開始和結(jié)束的一位指示，并且所述跟蹤裝置包括邏輯門，其適于組合來自數(shù)據(jù)處理塊的總線和數(shù)據(jù)處理單元中的每一個的一位忙指示，并且適于當(dāng)全部一位忙指示表示沒有任何數(shù)據(jù)被傳輸或處理時輸出時鐘禁止信號，并且適于當(dāng)至少一個一位忙指示表示任何數(shù)據(jù)的存在時輸出時鐘恢復(fù)信號。
3.如權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述數(shù)據(jù)處理塊C3)是處理組件，其包括至少一個數(shù)據(jù)處理模塊(32，34)和本地控制器(36)，并且根據(jù)所述至少一個數(shù)據(jù)處理模塊和本地控制器的內(nèi)部狀態(tài)檢測所述處理組件的所述空閑狀況。
4.如權(quán)利要求1或2的裝置，其中所述數(shù)據(jù)處理塊(30)是處理組件C3)的數(shù)據(jù)處理模塊，并且數(shù)據(jù)處理單元是硬件加速器(302，304)。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求的裝置，其中所述數(shù)據(jù)處理塊是由無線電信調(diào)制解調(diào)器裝置的數(shù)字前端(DFE)單元、LTE Tx單元、共享RAM單元、前向糾錯(FEC)數(shù)據(jù)單元、 快速傅里葉變換(FFT)單元、參數(shù)估算單元、搜索裝置單元和FEC控制單元組成的組中的一個。
6.一種用于控制電路系統(tǒng)的通過流數(shù)據(jù)總線互連的多個數(shù)據(jù)處理塊中的一個的時鐘門控的方法，包括在所述數(shù)據(jù)處理塊中提供活動跟蹤模塊；通過所述活動跟蹤模塊保持對所述數(shù)據(jù)處理塊的數(shù)據(jù)處理單元和總線活動的狀態(tài)的足艮S宗；當(dāng)在所述跟蹤步驟期間檢測到空閑狀況時，在所述數(shù)據(jù)處理塊的本地時鐘分布網(wǎng)絡(luò)的根部門控關(guān)閉時鐘；以及當(dāng)在所述跟蹤步驟期間檢測到喚醒狀況時，恢復(fù)時鐘。
7.如權(quán)利要求6的方法，其中所述流數(shù)據(jù)總線使用握手類型傳輸協(xié)議，其包括表示數(shù)據(jù)序列的開始和結(jié)束的一位指示，并且所述跟蹤步驟包括邏輯地組合來自數(shù)據(jù)處理塊的數(shù)據(jù)處理單元和總線中的每一個的一位指示，以當(dāng)所有一位指示表示沒有任何數(shù)據(jù)被傳輸或處理時禁止時鐘，并且當(dāng)至少一個一位指示表示任何數(shù)據(jù)的存在時恢復(fù)時鐘。
8.如權(quán)利要求6或7的方法，其中所述數(shù)據(jù)處理塊是處理組件，其包括至少一個數(shù)據(jù)處理模塊和本地控制器，并且根據(jù)所述至少一個數(shù)據(jù)處理模塊和本地控制器的內(nèi)部狀態(tài)檢測所述處理組件的所述空閑狀況。
9.如權(quán)利要求1或2的方法，其中所述數(shù)據(jù)處理塊是處理組件的數(shù)據(jù)處理模塊，并且數(shù)據(jù)處理單元是硬件加速器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于時鐘門控控制的方法和裝置。描述了一種用于控制數(shù)據(jù)處理塊的時鐘門控的方法和活動跟蹤裝置，所述處理塊是電路系統(tǒng)的通過流數(shù)據(jù)總線互連的多個數(shù)據(jù)處理塊中的一個?；顒痈櫻b置接收來自數(shù)據(jù)處理塊的處理單元和流數(shù)據(jù)總線段的忙指示以保持對其中的數(shù)據(jù)傳輸和處理活動的跟蹤，并且具有輸出，其在數(shù)據(jù)處理塊的本地時鐘分布網(wǎng)絡(luò)的根部處連接到時鐘門控，以當(dāng)檢測到空閑狀況時關(guān)閉數(shù)據(jù)處理塊的時鐘，并且當(dāng)檢測到喚醒狀況時恢復(fù)時鐘。這提供了在SoC設(shè)計中自動時鐘門控的簡單的方式，并且總體上提供了一種減小電子裝置的功率消耗的方法。
文檔編號G06F1/04GK102193580SQ20111008256
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
發(fā)明者凱·黑塞, 拉斯·梅爾澤 申請人:布魯旺德通訊有限公司