低消費エネルギーな非同期式プロセッサに関する研究

研究の背景

現在、機能の多様化によって組み込みプロセッサのソフトウェアのボリュームが増してきており、主に以下のことが求められている。
・高性能
→ボリュームが増しているということはその分だけ高速に処理をする必要がある
・低消費電力
→組み込みの中にはバッテリーで動作するものも含まれている。そのため、バッテリーの動作時間を長くするためにも低消費電力なものが必要となる。

 

研究の目的

低消費電力の部分に着目して研究を行っている。
本研究に用いているプロセッサは AVR Atmega 103(以下AVR)
このプロセッサを用いている理由
・組み込み向けの8bitマイクロコントローラ
・Opencore.orgにありフリーで利用可能
・開発環境が整っている
このプロセッサに対して消費電力を下げるための手法を施していく。
現在考えている手法
・レジスタファイルへの書き込み信号の分離
・オペランドアイソレーション

 

AVRとは?

Atmel社が製造している組み込み向けの8bitマイクロコントローラの総称のこと。
この研究ではOpencore.orgにありフリーで利用可能であったAVRを利用している。
AVRは以下の図に示すような洗濯機や冷蔵庫、モーター制御等に使用されている。

 

AVR

AVRの特徴
・2段パイプライン
・121命令
・32 x 8bitの汎用レジスタ
・64 x 8bitの I/Oレジスタ
・64K(65536 ) x 16bitのプログラムメモリ
・4096 x 8bitの内蔵SRAM
・60K(61440) x 8bitの外部SRAM (この研究では外部SRAMは使用しない)
以下にAVR内部のブロック図を示す。
(各モジュールの説明)

 

非同期式AVRについて

研究は同期式AVRを非同期式AVRに変換して行っている。
非同期にすることで消費電力の低減が見込める。
(以下にこの研究で使用する回路モデルの説明)

 

設計フロー

以下に本研究の設計フローを示す。
(設計フロー内の各操作の説明)

 

性能評価

 

今後の予定

今後の予定としては低消費電力化としてレジスタファイルへの書き込み信号の分離やオペランドアイソレージョンの適用、フロアプランの導入を考えている。