第 10 章:プ ラ ッ ト フ ォ ーム管理
次に、PS レベルでのプ ラ ッ ト フ ォーム管理のブ ロ ッ ク 図を示 し ます。
消費電力に関 し て、Zynq UltraScale+ MPSoC デバ イ ス は PS レベルで次の動作モー ド をサポー ト し てい ます。
• フル電力動作モー ド
• 低電力動作モー ド
• デ ィ ープス リ ープモー ド
• シ ャ ッ ト ダ ウ ンモー ド
• バ ッ テ リ 電源モー ド
以降のセ ク シ ョ ンでは、 こ れ ら のモー ド について説明 し ます。
X-Ref Target - Figure 10-1
図 10-1: PS レ ベルのプ ラ ッ ト フ ォ ーム管理 SoC Debug
Quadcore APU L2
RAM GPU
Interconnect IPI
IOU CSU PMU
eFuse AMS
BBRAM RTC
ADMA SLCR PLLs
DualR5 TCM
GIC RPU
O C M USB
OSC PS
PL
DAP, RPU Debug BPU
Low power domain Battery power domain Full power domain
;
第 10 章:プ ラ ッ ト フ ォ ーム管理
フル電力動作モー ド
フル電力動作モー ド (図10-1 に示 し た フル電力 ド メ イ ン) では、 シ ス テ ム全体が動作 し ます。 全体の消費電力は、 動 作 し てい る コ ン ポーネ ン ト の数 (それ ら の ス テー ト と 動作周波数) に よ っ て決ま り ます。 こ のモー ド では、 消費電力 全体のほ と ん ど を ダ イ ナ ミ ッ ク 消費電力が占め ます。
フル電力動作モー ド で ス タ テ ィ ッ ク 消費電力 と ダ イ ナ ミ ッ ク 消費電力を最適化す る ため、 大規模なモジ ュ ールはす べて専用の電源ア イ ラ ン ド を持っ てお り 、 使用 し ない間はシ ャ ッ ト ダ ウ ンで き ます。
フル電力動作モー ド の詳細は、 こ のセ ク シ ョ ン (『Zynq UltraScale+ MPSoC テ ク ニ カル リ フ ァ レ ン スマニ ュ アル』
(UG1085) [参照10] の第 6 章 「プ ラ ッ ト フ ォーム管理ユニ ッ ト 」) を参照 し て く だ さ い。
低電力動作モー ド
低電力動作モー ド では、PMU、RPU、CSU、IOU な ど PS の一部のブ ロ ッ ク (図10-1 で低電力 ド メ イ ン と し て表示 し たブ ロ ッ ク) への電源が供給 さ れます。
こ のモー ド では、 シ ス テ ム周波数の変更に よ っ て消費電力を調整で き ます。CSU は、SEU お よ び改ざんか ら シ ス テ ム を保護す る ために動作を継続す る 必要があ り ます。 こ のモー ド では、 シ ス テ ム周波数の変更に よ っ て消費電力を 調整で き ます。
低電力動作モー ド では、 低電力 ド メ イ ンに属す る すべてのペ リ フ ェ ラ ルが動作 し ます。 低電力動作モー ド に属す る ブ ロ ッ ク の中で、PLL、 デ ュ アル Cortex-R5、USB、 お よ び TCM/OCM ブ ロ ッ ク RAM が電力ゲーテ ィ ン グに対応 し てい ます。
各ブ ロ ッ ク に対す る 電力ゲーテ ィ ン グは、 ソ フ ト ウ ェ アで LPD_SLCR レ ジ ス タ を設定 し て制御で き ます。
LPD_SLCR レ ジ ス タ の詳細は、SLCR レ ジ ス タ のページ [参照11] を参照 し て く だ さ い。
* SATA、PCIe、 お よ び DisplayPort ブ ロ ッ ク はフル電力 ド メ イ ン (FPD) に属 し ます。
デ ィ ープ ス リ ープ動作モー ド
デ ィ ープ ス リ ープ モー ド は、PS がサ スペン ド 状態に移行 し て復帰信号を待つ特別なモー ド です。 復帰は、MIO、
USB、 ま たは RTC で ト リ ガーで き ます。
復帰後、PS はブー ト プ ロ セ ス を実行す る 必要がな く 、 シ ス テ ムのセキ ュ リ テ ィ ス テー ト は維持 さ れます。 デ ィ ープ
ス リ ープ モー ド では、 ブー ト お よ びセキ ュ リ テ ィ ス テー ト を維持 し た ま まデバ イ ス の消費電力を最小限に抑え る こ と がで き ます。
こ のモー ド では、 シ ス テ ム モニ タ ーや PLL な ど低電力 ド メ イ ンに属す る ブ ロ ッ ク を除 き 、 すべてのブ ロ ッ ク がパ ワーダ ウ ン さ れます。LPD では、Cortex-R5 がパ ワ ーダ ウ ン し ます。 こ のモー ド では コ ン テ キ ス ト を維持す る 必要が あ る ため、TCM と OCM は リ テ ン シ ョ ン ス テー ト と な り ます。
第 10 章:プ ラ ッ ト フ ォ ーム管理
シ ャ ッ ト ダウン モー ド
シ ャ ッ ト ダ ウ ン モー ド では、APU コ ア全体がパ ワーダ ウ ン し ます。 こ のモー ド は、APU にのみ適用可能です。
シ ャ ッ ト ダ ウ ン中、 キ ャ ッ シ ュ を含むすべてのプ ロ セ ッ サス テー ト が完全に失われます。 し たがっ て、PMU に対 し て APU コ アのパ ワ ーダ ウ ン を要求す る 前に、 ソ フ ト ウ ェ アですべての ス テー ト を保存 し てお く 必要があ り ます。
CPU がシ ャ ッ ト ダ ウ ン し た後、 いずれかのペ リ フ ェ ラ ルか ら その CPU に関係す る 割 り 込みが発生す る と CPU はパ
ワーア ッ プ を開始す る 必要があ り ます。 こ のため、APU コ アへの割 り 込み ラ イ ンは PMU の割 り 込み コ ン ト ロ ー ラ ー に も 接続 さ れてお り 、APU コ アがパ ワーダ ウ ンす る と こ の割 り 込み ラ イ ンが有効にな り ます。
API のシ ャ ッ ト ダ ウ ン呼び出し については、 『Zynq UltraScale+ MPSoC 電力管理フ レーム ワー ク ユーザー ガ イ ド 』 (UG1199) [参照14] および 『Embedded Energy Management Interface Specification』 (UG1200) [参照15] を参照し て く だ さ い。
詳細は、こ のセ ク シ ョ ン (『Zynq UltraScale+ MPSoC テ ク ニ カル リ フ ァ レ ン ス マニ ュ アル』 (UG1085) [参照10] の第 6 章 「プ ラ ッ ト フ ォーム管理ユニ ッ ト 」 の 「PMU のプ ロ グ ラ ミ ン グ モデル」) を参照 し て く だ さ い。
バ ッ テ リ 電源モー ド
シ ス テ ムがオ フ の間 も 、PS の一部の機能はバ ッ テ リ で動作を継続す る 必要があ り ます。 次の機能は、 バ ッ テ リ 電源 ド メ イ ンの PS (図10-1 参照) で動作 し ます。
• バ ッ テ リ バ ッ ク ア ッ プ RAM (BBRAM): セキ ュ ア コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン用のキーを格納
• リ アル タ イ ム ク ロ ッ ク (RTC): ク リ ス タ ル I/O を含む
Zynq UltraScale+ MPSoC デバ イ ス にはバ ッ テ リ 電源 ド メ イ ンが 1 つ し かあ り ません。 し たがっ て、PS に実装 さ れた 機能のみバ ッ テ リ バ ッ ク ア ッ プ可能です。 バ ッ テ リ 電源 ド メ イ ンに必要な I/O と し ては、 バ ッ テ リ 電源パ ッ ド お よ び RTC ク リ ス タ ル用 I/O パ ッ ド があ り ます。
復帰 メ カ ニズム
復帰 メ カ ニズ ムの詳細は、 こ のセ ク シ ョ ン (『Zynq UltraScale+ MPSoC テ ク ニ カル リ フ ァ レ ン ス マニ ュ アル』
(UG1085) [参照10] の第 6 章 「プ ラ ッ ト フ ォーム管理ユニ ッ ト 」 の 「PMU の動作」) を参照 し て く だ さ い。
メ モ リ のプ ラ ッ ト フ ォ ーム管理
Zynq UltraScale+ MPSoC デバ イ ス は、L2 キ ャ ッ シ ュ 、OCM、TCM な ど の大容量 RAM を備え てい ます。 こ れ ら の
RAM は、 ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ン グ、 電力ゲーテ ィ ン グ、 メ モ リ リ テ ン シ ョ ン モー ド な ど の電力管理機能をサポー ト
し てい ます。
• TCM と OCM は個別に電力ゲーテ ィ ン グ と リ テ ン シ ョ ン モー ド をサポー ト し てい ます。
• L2 キ ャ ッ シ ュ コ ン ト ロ ー ラ ーはダ イ ナ ミ ッ ク ク ロ ッ ク ゲーテ ィ ン グ、 リ テ ン シ ョ ン、 お よ びシ ャ ッ ト ダ ウ ン モー ド をサポー ト し てお り 、 細かな消費電力の削減が可能です。
第 10 章:プ ラ ッ ト フ ォ ーム管理
DDR コ ン ト ロー ラ ー
DDR コ ン ト ロ ー ラ ーには、 消費電力を削減す る 目的で次の メ カ ニズ ムが実装 さ れてい ます。
• ク ロ ッ ク 停止: こ の機能を有効にす る と 、DDR PHY は DRAM への ク ロ ッ ク を停止で き ます。
° DDR2 と DDR3 では、 こ の機能はセルフ リ フ レ ッ シ ュ モー ド の場合のみ有効です。
° LPDDR2 では、 こ の機能はア イ ド ル期間、 パ ワ ーダ ウ ン モー ド 、 セルフ リ フ レ ッ シ ュ モー ド 、 お よ び
デ ィ ープパ ワ ーダ ウ ンモー ド で も 有効です。
• プ リ チ ャ ージパ ワ ーダ ウ ン: こ の機能を有効にする と 、DDRC は動的にプ リ チ ャージパワーダ ウ ンモー ド を使用 し てア イ ド ル期間の消費電力を削減 し ます。 コ ン ト ロー ラ ーが新規要求を受信する と 、 通常動作が再開し ます。
• セルフ リ フ レ ッ シ ュ: ア イ ド ル期間中、DDR コ ン ト ロ ー ラ ーは DRAM を動的にセルフ リ フ レ ッ シ ュ モー ド に 移行で き ます。 コ ン ト ロ ー ラ ーが新規要求を受信す る と 、 通常動作が再開 し ます。
こ のモー ド では、DDRC コ ア ロ ジ ッ ク の電源を完全にオ フ に し て も DRAM の内容が維持 さ れます。 こ のため、
DDR 終端を制御す る DDR3X ク ロ ッ ク お よ び DCI ク ロ ッ ク を停止で き ます。
イ ン タ ー コ ネ ク ト のプ ラ ッ ト フ ォ ーム管理
イ ン タ ー コ ネ ク ト は、 複数の電源レールお よ び電源ア イ ラ ン ド に ま たがっ てい ます。 こ れ ら の電源レールや電源ア イ ラ ン ド は、 別々にオン/オ フ が可能です。 イ ンプ リ メ ン テーシ ョ ン を容易にす る ため、 互いに通信を行 う 2 つの電 源 ド メ イ ンに対す る ク ロ ッ ク は、 ほ と ん ど の場合非同期 と す る 必要があ り ます。 し たがっ て、 こ れ ら ド メ イ ンの相 互接続にはシ ン ク ロ ナ イ ザーが必要です。
タ イ ミ ン グ要件を緩和す る ため、 電源 ド メ イ ンはち ょ う ど ク ロ ッ ク が交差す る 場所に配置 さ れます。 シ ン ク ロ ナ イ ザーは、 接続す る 2 つの ド メ イ ンのそれぞれに実装 し 、 ブ リ ッ ジ を形成す る 必要があ り ます。
こ のブ リ ッ ジは ス レーブ イ ン タ ーフ ェ イ ス と マ ス タ ー イ ン タ ーフ ェ イ ス がそれぞれ 1 つずつで構成 さ れ、 各 イ ン タ ーフ ェ イ ス は 1 つの電源お よ び ク ロ ッ ク ド メ イ ン内に完全に包含 さ れます。 こ の イ ン タ ーフ ェ イ ス の ク ロ ッ ク 周 波数は互いに独立 し て変更で き 、 リ セ ッ ト も それぞれ独立 し て実行で き ます。
多電圧実装ま たはパ ワーダ ウ ンのためには、 ブ リ ッ ジの両端の間に レベル シ フ タ ーま たは ク ラ ンプのいずれか、 ま たは両方を実装す る 必要があ り ます。
ま た、 こ のブ リ ッ ジは次の方法でオープン な ト ラ ンザ ク シ ョ ン を追跡 し ます。
• PMU か ら パ ワーダ ウ ン要求を受信す る と 、 ブ リ ッ ジはその要求を ロ グに記録 し ます。
• 過去の未処理の ト ラ ンザ ク シ ョ ンが通常どお り 処理 さ れてい る 間、 ト ラ ンザ ク シ ョ ンカ ウ ン タ ーが 0 にな る ま で新規 ト ラ ンザ ク シ ョ ンはすべてエ ラ ーを返 し ます。 カ ウ ン タ ーが 0 にな る と ブ リ ッ ジは PMU に肯定応答 (ACK) を返 し 、 ブ リ ッ ジに接続 さ れたマ ス タ ーま たは ス レーブ を シ ャ ッ ト ダ ウ ン し て も 安全であ る こ と を通知
し ます。
• イ ン タ ー コ ネ ク ト 内のすべてのブ リ ッ ジがア イ ド ルにな っ た場合のみ、 イ ン タ ー コ ネ ク ト 全体がシ ャ ッ ト ダ ウ ン し ます。
詳細は、こ のセ ク シ ョ ン (『Zynq UltraScale+ MPSoC テ ク ニ カルリ フ ァ レ ン ス マニ ュ アル』 (UG1085) [参照10] の第 6 章 「プ ラ ッ ト フ ォーム管理ユニ ッ ト 」 の 「PMU イ ン タ ー コ ネ ク ト 」) を参照 し て く だ さ い。
第 10 章:プ ラ ッ ト フ ォ ーム管理
カ ス タ ム PMU フ ァ ームウ ェ アの使用
パ ワーア ッ プお よ びス リ ープ管理以外に、PMU は高度なシ ス テ ム監視お よ び電力管理アルゴ リ ズ ム を実装 し たユー ザープ ロ グ ラ ム を実行で き ます。 こ のモー ド では、APU ま たは RPU は電力管理プ ロ グ ラ ム を イ ンバ ウ ン ド LPD ス イ ッ チ経由で PMU 内部の RAM に コ ピー し ます。
PMU は、 カ ス タ ム プ ラ ッ ト フ ォーム管理ユニ ッ ト フ ァ ーム ウ ェ ア (PMUFW) と 呼ばれてい る 、 高度なシ ス テ ム監視
お よ び電力管理アルゴ リ ズ ム を実装 し た カ ス タ ムプ ロ グ ラ ム を実行で き ます。
詳細は、こ のセ ク シ ョ ン (『Zynq UltraScale+ MPSoC テ ク ニ カルリ フ ァ レ ン ス マニ ュ アル』 (UG1085) [参照10] の第 6 章 「プ ラ ッ ト フ ォーム管理ユニ ッ ト 」 の 「PMU のプ ロ グ ラ ミ ン グ モデル」) を参照 し て く だ さ い。
カ ス タ ム PMU フ ァ ーム ウ ェ アの作成には、 ザ イ リ ン ク ス SDK を使用で き ます。SDK には、PMUFW テ ンプ レー ト の ソ ース コ ー ド と 必要な ラ イ ブ ラ リ サポー ト が含まれてい ます。SDK プ ロ ジ ェ ク ト の作成方法は、第5章 「 ソ フ ト ウ ェ ア開発フ ロ ー」 を参照 し て く だ さ い。
電力管理 フ レームワー ク
API の電力管理については、 『Zynq UltraScale+ MPSoC 電力管理フ レーム ワ ー クユーザーガ イ ド 』 (UG1199) [参照14]
お よ び 『Embedded Energy Management Interface Specification』 (UG1200) [参照15] を参照 し て く だ さ い。
注記:ザ イ リ ン ク ス API に関す る 、 ベア メ タ ル、FreeRTOS、Linux の電力管理方法に違いはあ り ません。