[發明專利]一種系統時鐘的動態調整方法和電路

有效

• 申請號: 201210226789.3
• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102857222A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 孫曉寧;陸崇心;張洪柳;劉大銪
• 申請（專利權）人: 山東華芯半導體有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 丁修亭

技術領域

本發明涉及一種系統時鐘動態調整方法和電路，具體是涉及一種SoC（System?on?Chip，片上系統）中系統時鐘的動態調整方法和電路。

背景技術

涉及到系統時鐘的動態調整，不可避免的會使用一個概念，就是IP核（Intellectual?Property?core，知識產權核）。IP核是一段具有特定電路功能的硬件描述語言程序，該程序與集成電路工藝無關，可以移植到不同的半導體工藝中去生產集成電路芯片。

利用IP核設計電子系統，引用方便，修改基本元件的功能容易。具有復雜功能和商業價值的IP核一般具有知識產權，盡管IP核的市場活動還不規范，但是仍有許多集成電路設計公司從事IP核的設計、開發和營銷工作。IP核有兩種，與工藝無關的VHDL（Very-High-Speed?Integrated?Circuit?Hardware?Description?Language，超高速硬件描述語言，IEEE-1076，簡稱87版硬件描述語言）程序稱為軟核；具有特定電路功能的集成電路版圖稱為硬核。硬核一般不允許更改，利用硬核進行集成電路設計難度大，但是容易成功流片。再一類IP核稱為固核。

不同的IP核可能屬于不同的時鐘域，隨著SoC芯片設計復雜度的增加，基于IP核集成和片上設計自身的需要，其內部時鐘設計越來越復雜，一個SoC芯片內部通常存在若干個時鐘域，且存在越來越多的趨勢，那么，由時鐘網絡引起的系統動態管理成為近年來研究的重點。

通常，一顆SoC芯片的工作狀態變化很大，在一些應用中可能需要所有的片上模塊協同工作，而在另一些應用中可能僅需要其中的部分模塊工作，這就會涉及到動態的開關芯片內部模塊的時鐘，并動態的配置芯片內部模塊的時鐘頻率，且不同的時鐘域可能在不同的時間段內還存在不同的工作模式，工作模式之間的轉換對系統時鐘的調整影響也會很大。因此，系統時鐘調整的方法對SoC性能的影響會非常大。

在SoC上，工作時鐘源自其內部集成的鎖相環（PLL，Phase?Locked?Loop），圖1表示鎖相環的電氣原理，它可以對外部的晶振輸入時鐘進行鑒相，濾波，壓控振蕩等實現芯片需要的頻率時鐘。由于觸發器和鎖存器是時序電路的基本存儲單元，這種模擬電路的結構屬性導致從改變到穩定輸出，鎖相環會經歷一個不穩定輸出的狀態，稱為亞穩態，并且這一狀態是不可控的。如，對于一個觸發器，在時鐘觸發沿前，數據必須保持一個setup時間不變，并且在時鐘觸發沿后數據也必須保持一個hold的時間不變，若輸入數據的保持時間不能滿足setup或hold需求，則觸發器判決錯誤，不能正確將數據存儲，這是觸發器輸出處于隨機的0或者1的不穩定狀態。

針對亞穩態，當進行跨時鐘域操作時，鎖相環會預留一個powerdown（電源中斷）的接口來避免不穩定輸出，或者提供一個lock（鎖定）信號，標志鎖相環進入穩定狀態。然而，在時鐘的頻率進行改變時，鎖相環自身并不穩定，為保證時鐘質量，芯片都需要兩個時鐘源，也就是晶振時鐘和鎖相環時鐘。當需要進行時鐘配置時，PLL就進入了一個不穩定的狀態，這個狀態的時鐘質量是無法保證的（甚至帶有毛刺），這對整個芯片的影響是非常大的，此時一般需要首先將工作時鐘切換到外部晶振時鐘域上，然后再配置鎖相環，當確保鎖相環穩定輸出后，再把時鐘切回到鎖相環新的輸出時鐘。這樣的增加了CPU的負擔，而且對于不同的PLL實時性很差---有的PLL通過lock信號指示時鐘穩定，有的PLL必須等待固定的時間才能保證時鐘的穩定。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種基于硬件實現的系統時鐘的動態調整方法和電路，這種電路依據鎖相環的工作原理，保證系統時鐘的可靠性，并降低CPU的負擔。

依據本發明一個方面的一種系統時鐘的動態調整電路，應用于SoC，包括：

配置電路，控制鎖相環的配置寄存器，以在該配置寄存器發生寫操作時，產生一個標志信號；

跨時鐘域同步器，連接所述讀電路，以把所述標志信號同步鎖相環時鐘域；

門控電路，該門控電路的門極連接所述跨時鐘域同步器，而主控輸入端子連接鎖相環時鐘輸出信號端；?

控制計數器，連接在跨時鐘域同步器或其前級電路，以在所述寫操作對應的鎖相環模式變換結束時，控制前級對應的標志信號的翻轉。

依據本發明另一個方面的一種系統時鐘的動態調整方法，應用于SoC，包括以下步驟：

1）在配置時鐘域當鎖相環的配置寄存器發生寫操作時，生成一個標志信號；

2）把所述標志信號同步到鎖相環時鐘域；