专利名称：用于降低片上系统的功耗的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于降低片上系统(System on Chip，SoC)中的功耗的设备和方法。更具体而言，本发明涉及一种通过以如下方式执行SoC的操作降低功耗的设备和方法在SoC 被断电时存储SoC中所包含的所有元件的最后操作信息，并在SoC被通电时恢复存储的最 后操作信息。
背景技术：
通常，通信系统中使用的片上系统(SoC)通过使用用于降低功耗的若干方法来控 制功率。当SoC在无线个域网(Wireless Personal Area Network, WPAN)中使用时，SoC 在较短的时段中以活动状态操作，并在大多数时段中以睡眠状态操作，以最小化功耗。用于降低SoC的功耗的控制方法可以以软件方式来实现。但是，中央处理单元 (CPU)的操作和程序存储器的使用可能会增加功耗。因此，通常，以硬件方式来实现该控制 方法更为有效。有三种代表性的传统方法用于以硬件方式来降低功耗。在第一种方法中，为了降 低功耗，在断电时内部时钟被关闭。在该方法中，通过确定SoC的活动状态，可以针对每个 元件控制提供给SoC的所有元件的时钟。此外，在该方法中，以通过关闭时钟，由动态电流 消耗的功率可以降低，而由泄露电流消耗的功率不能降低。在WPAN型的SoC中，睡眠状态 占芯片操作的多于80%的时间，因此泄露电流比动态电流更为重要。因此，第一种方法不能 彻底解决功耗问题。在第二种方法中，使用了一种被称为保持寄存器(retention register)的特殊寄 存器。保持寄存器可以在操作电源断开时通过使用数据保持电源来存储当前状态。保持寄 存器具有能够通过使用保持电源、消耗最小的泄露电流来存储数据的元件。但是，保持寄存 器的尺寸几乎比一般的寄存器大两倍。此外，由于保持寄存器不是处于完全的断电状态，因 此泄露电流会引起功耗。在第三种方法中，通过执行实际的断电，通过初始化来恢复正好在断电之前的前 一状态，其中SoC中所包含的CPU和外围设备的寄存器信息丢失，然后在通电时SoC被完全重置。在上述三种方法中，第三种方法是降低功耗的最好的方法。但是，在通电时，需要 花费时间通过重置和初始化来恢复正好在断电之前的前一状态，在此期间，SoC的操作会引 起功耗。
发明内容
本发明的一个方面是解决至少上述问题和/或不足之处，并提供至少下面描述的 优势。因此，本发明的一个方面是提供一种用于降低片上系统(SoC)中的功耗的设备和方法。本发明的另一方面是提供一种通过仅操作辅助稳压器来降低功耗的设备和方法，该辅助稳压器检测SoC从睡眠状态到活动状态的转变(transition)。本发明的另一方面是提供一种通过如下方式来执行SoC操作以降低功耗的设备 和方法在SoC被断电时存储SoC中所包含的所有元件的最后操作信息，并在SoC被通电时 恢复存储的最后操作信息。根据本发明的一个方面，提供了一种用于降低功耗的SoC。该SoC包括时钟单元，用于向SoC中所包含的所有元件提供时钟；中央处理单元(CPU)，用于控制SoC来执行指定 的功能；主稳压器，用于将从外部电池提供的电能供应给SoC中所包含的除了电源管理单 元(PMU)之外的其它元件；恢复处理器，用于在从活动状态转变到睡眠状态时在PMU中存储 关于SoC中所包含的CPU和所有外围设备的寄存器信息。PMU用于在从睡眠状态转变到活 动状态时，通过控制时钟单元来停止CPU的时钟提供，通过控制时钟单元来停止所有时钟 的提供，以及控制主稳压器在恢复处理器完成寄存器信息存储时被断电，其中PMU请求恢 复处理器存储寄存器信息。根据本发明的另一方面，提供了一种降低SoC中的功耗的方法。该方法包括通过 在PMU中检测从活动状态到睡眠状态的转变来停止产生提供给CPU的时钟，存储SoC中所 包含的CPU和外围设备的寄存器信息，停止SoC中所有时钟的提供，并将主稳压器断电。
通过下列结合附图的详细说明，本发明的特定示例性实施例的上述和其它方面、 特征和优势将变得更清楚，在附图中图1示出了根据本发明的示例性实施例的片上系统(SoC)的结构；图2是示出根据本发明的实施例的通过从电池断电状态转变到电池通电状态来 初始化SoC的过程的流程图；图3是示出根据本发明的示例性实施例的SoC在活动状态中被断电然后转变到睡 眠状态的过程的流程图；并且图4是示出根据本发明的示例性实施例的SoC在睡眠状态中被通电然后转变到活 动状态的过程的流程图。
具体实施例方式下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例。在下列描述中，由于不必要的细 节会使得本发明不清晰，因此所熟知的功能和构造将不再具体描述。本发明涉及通过以下列方式执行片上系统(SoC)的操作以降低功耗的设备和方 法当SoC在睡眠状态中被断电时使用消耗较少量功率的辅助稳压器来存储SoC中所包含 的所有元件的最后操作信息，并且在SoC被通电时恢复所存储的最后操作信息。以下，将参 考图1描述SoC的结构。图1示出了根据本发明的示例性实施例的SoC的结构。参考图1，SoC 110包 括时钟单元112、中央处理单元(CPU) 114、外围设备116、调制解调器118、电源管理单元 (PMU) 120、恢复处理器130和主稳压器140。时钟单元112在PMU 120的控制下向CPU 114、外围设备116、调制解调器118、PMU 120和恢复处理器130提供时钟。
CPU 114控制SoC 110提供SoC 110的指定功能，并具有用于存储在执行指定功能 时产生的信息的寄存器。外围设备116和调制解调器118根据SoC 110的指定功能而被包括。外围设备 116和调制解调器118的功能可以依赖于功能实施方式而改变。外围设备116和调制解调 器118还具有用于存储在执行指定功能时产生的信息的寄存器。主稳压器140调整外部电池102的未稳压的(unregulated)高电压，从而使该高电压适合于SoC 110的操作，由此供应恒定的电压。主稳压器140从PMU 120接收控制信 号，用于确定是否供应电能。主稳压器140向SoC 110中除了 PMU 120之外的所有元件供 应电能。PMU 120控制主稳压器140来降低供应给SoC 110的功耗。PMU 120包括存储器 122、控制器124和辅助稳压器126。当在恢复处理器130的控制下电源断开从而转变到睡眠状态时，存储器122存储 CPU 114、外围设备116和调制解调器118的各个寄存器的最后状态。当电源接通从而转变 到活动状态时，存储器122向恢复处理器130提供所存储的CPU 114、外围设备116和调制 解调器118的各个寄存器的最后状态。辅助稳压器126向PMU 120供应恒定电压电源。辅助稳压器126具有比主稳压器 140更低的工作电流和功耗。一旦在启动之后从电池102供应电能，辅助稳压器126就在睡 眠状态或活动状态中连续地工作。控制器124检测到睡眠状态或活动状态的转变。当转变到睡眠状态时，控制器124 控制时钟单元112停止产生要提供给CPU 114的时钟，并发送存储请求消息(即store_ start)来开始存储各个寄存器的最后状态。在从恢复处理器130接收到表示各个寄存器的 最后状态被完全存储的存储完成消息(即store_end)时，控制器124控制时钟单元112停 止产生要提供给除了 CPU 114以外的其它元件的时钟，并将断电信号发送到主稳压器140。当检测到从睡眠状态到活动状态的转变时，控制器124将通电信号发送到主稳压 器140，并控制时钟单元112产生要提供给除了 CPU 114以外的其它元件的时钟。此外，控 制器124将恢复请求消息(即restonstart)发送到恢复处理器130，以使用存储的信息 来开始恢复各个寄存器的最后状态。在从恢复处理器130接收到用于通知各个寄存器的 最后状态被完全恢复的恢复完成消息(即reStore_end)时，控制器124控制时钟单元112 产生要提供给CPU 114的时钟，从而使SoC 110在活动状态中正常地操作，以执行指定的功 能。在从外部元件接收到重置信号或中断信号时，或者在根据睡眠定时器的操作检测 到唤醒信号的产生时，控制器124确定检测到从睡眠状态到活动状态的转变。在从控制器124接收到存储请求消息(即st0re_start)时，恢复处理器130在存 储器122中存储CPU 114、外围设备116和调制解调器118的各个寄存器的最后状态。当最 后状态的存储结束，恢复处理器130产生存储完成消息(即store_end)，并将产生的消息发 送到控制器124。此外，在从控制器124接收到恢复请求消息(即restonstart)时，恢复处理器 130恢复在存储器122中存储的各个寄存器的最后状态。当最后状态的恢复结束时，恢复处 理器130产生恢复完成消息(即reStore_end)，并将产生的消息发送到控制器124。
现在，将参考附图来描述根据本发明的示例性实施例的降低具有上述结构的SoC中的功耗的方法。在该方法中，最后的状态在SoC断电时被存储，并在SoC通电时使用存储 的信息来恢复。图2是示出根据本发明的实施例的通过从电池断电状态到电池通电状态的转变 来初始化SoC的过程的流程图。参考图2，在步骤200中，SoC检测从电池断电状态到电池 通电状态的转变。电池断电状态是不能从电池供应电能的状态。电池通电状态是开始从电 池供应电能的状态。在步骤202中，辅助稳压器被通电。在步骤204中，当从辅助稳压器供 应稳压后的电压时，用于管理SoC的PMU运行。在步骤206中，在PMU的控制下，主稳压器 被通电。在步骤208中，当从主稳压器供应稳压后的电压时，时钟被产生并提供给SoC中所 包含的所有元件。在步骤210中，通过操作处于活动状态(其中SoC被通电)的SoC来执 行SoC的指定功能。图3是示出根据本发明的示例性实施例的SoC在活动状态中被断电然后转变到睡 眠状态的过程的流程图。参考图3，在步骤300中，当在活动状态中运行时，如果SoC在步骤 302中检测到转变到睡眠状态的条件的出现，则在步骤304中停止产生要提供给CPU的时 钟。然后，在步骤306中，存储外围设备和CPU的各个寄存器的最后状态。在步骤308中， 停止产生SoC的所有时钟。在步骤310中，主稳压器被断电，并转变到睡眠模式。图4是示出根据本发明的示例性实施例的SoC在睡眠状态中被通电然后转变到活 动状态的过程的流程图。参考图4，在步骤400中，当在睡眠状态中运行时，SoC在步骤402 中检测转变到活动状态的条件的出现。在步骤402中检测从睡眠状态转变到活动状态的条 件可以是从外部元件接收重置信号或中断信号，或者是根据睡眠定时器的操作产生唤醒信 号。如果在步骤402中检测到转变到活动状态的条件，则进入步骤404，主稳压器被通 电。在步骤406中，时钟被提供给SoC中所包含的除了 CPU以外的所有元件。在步骤408 中，使用存储的信息来恢复SoC中所包含的各个元件的寄存器的最后状态。在步骤410中， 时钟被提供给CPU。在步骤412中，在活动状态中执行SoC的指定功能。在步骤406中不向 CPU提供时钟的原因是，如果CPU在最后状态被恢复前就运行，CPU会开始对程序的初始操 作。即，根据本发明，时钟在所有元件被完全恢复后才提供给CPU，从而CPU从断电之前先前 执行的操作的程序地址开始其操作。根据本发明的示例性实施例，SoC包括时钟单元，用于向SoC中所包含的所有元件 提供时钟；CPU，用于控制SoC来执行指定的功能；主稳压器，用于将从外部电池提供的电能 供应给SoC中所包含的除了 PMU以外的其它元件；以及恢复处理器，用于在从活动状态转变 到睡眠状态时在PMU中存储关于SoC中所包含的CPU和所有外围设备的寄存器信息。PMU 在从睡眠状态转变到活动状态时，通过控制时钟单元来停止CPU的时钟提供，通过控制时 钟单元来停止所有时钟的提供，以及控制主稳压器在恢复处理器完成寄存器信息存储时被 断电，其中PMU请求恢复处理器存储寄存器信息。尽管参考其特定的示例性实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理 解，可以对形式和细节进行各种修改，而不偏离所附权利要求书及其等价物所定义的本发 明的精神与范围。因此，本发明的范围不是由本发明的详细描述而是由所附权利要求书及 其等价物所定义的，并且该范围内的所有差异都将被认为是被包含在本发明之内。
权利要求
一种用于降低功耗的片上系统(SoC)，包括时钟单元，用于向SoC中所包含的所有元件提供时钟；中央处理单元(CPU)，用于控制SoC执行指定的功能；主稳压器，用于将从外部电池提供的电能供应给SoC中所包含的除了电源管理单元(PMU)以外的其它元件；恢复处理器，用于在从活动状态转变为睡眠状态时在PMU中存储关于SoC中所包含的CPU和所有外围设备的寄存器信息；以及PMU，用于在从睡眠状态转变到活动状态时，通过控制时钟单元来停止CPU的时钟提供，通过控制时钟单元来停止所有时钟的提供，以及控制主稳压器在恢复处理器完成寄存器信息存储时被断电，其中PMU请求恢复处理器存储寄存器信息。
2.如权利要求1所述的SoC，其中，所述恢复处理器在从睡眠状态转变到活动状态时读取在PMU中存储的寄存器信 息，并恢复SoC中所包含的CPU和外围设备的所有寄存器，并且其中，在从睡眠状态转变到 活动状态时，PMU控制主稳压器被通电，控制时钟单元向SoC中所包含的除了 CPU以外的单 元提供时钟，并控制时钟单元在恢复完成时向CPU提供时钟，其中，PMU请求恢复处理器恢复寄存器信息。
3.如权利要求1所述的SoC，其中，所述PMU包括辅助稳压器，用于将从外部电池提供 的电能供应给PMU。
4.如权利要求3所述的SoC，其中，所述辅助稳压器在活动状态和睡眠状态中向PMU供 应电能。
5.如权利要求3所述的SoC，其中，所述辅助稳压器具有比主稳压器更低的工作电流和 功耗。
6.一种SoC中降低功耗的方法，该方法包括通过在PMU中检测从活动状态到睡眠状态的转变，停止产生要提供给CPU的时钟； 存储SoC中所包含的CPU和外围设备的寄存器信息； 停止提供SoC的所有时钟；以及 将主稳压器断电。
7.如权利要求6所述的方法，还包括当在PMU中检测到从睡眠状态到活动状态的转变时，将主稳压器通电； 向SoC中所包含的除了 CPU以外的元件提供时钟； 恢复存储的寄存器信息；以及 向CPU提供时钟。
8.如权利要求6所述的方法，还包括当电池在电池断电状态中被通电时，将电源管理器的辅助稳压器通电； 在所述PMU的控制下将主稳压器通电；以及 向SoC中所包含的所有元件提供时钟。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述PMU包括辅助稳压器，用于向PMU供应从外部 电池提供的电能。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述辅助稳压器在活动状态和睡眠状态中向PMU供应电能。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述辅助稳压器具有比主稳压器更低的工作电流 和功耗。
全文摘要
提供了一种用于降低片上系统(SoC)中的功耗的设备和方法。SoC包括时钟单元，用于向SoC中所包含的所有元件提供时钟；中央处理单元(CPU)，用于控制SoC来执行指定的功能；主稳压器，用于将从外部电池提供的电能供应给SoC中所包含的除了PMU以外的其它元件；以及恢复处理器，用于在从活动状态转变为睡眠状态时在PMU中存储关于SoC中所包含的CPU和所有外围设备的寄存器信息。PMU在从睡眠状态转变到活动状态时通过控制时钟单元来停止CPU的时钟提供，用于通过控制时钟单元来停止所有时钟提供，以及用于控制主稳压器在恢复处理器完成寄存器信息存储时被断电，其中PMU请求恢复处理器存储寄存器信息。
文档编号G06F1/26GK101802750SQ200880106433
公开日2010年8月11日 申请日期2008年9月10日 优先权日2007年9月11日
发明者金成玟 申请人:三星电子株式会社