减小功率消耗的方法和使用该方法的便携式电子装置

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技术领域\n本发明涉及方法、便携式电子装置和娱乐系统，在它们每一个 中，通过改变CPU的工作时钟可以节省功率消耗。\n背景技术\n被用于插入信息装置或诸如以游戏机为代表的娱乐系统的其它 主机器中的传统的存储卡装置等(从机器)具有用于将其连接到信息装 置的主单元(主机器)的接口和用于存储数据的非易失性存储元件。\n图1A示出这样的传统的存储卡装置的关键部件的组成例子。传 统的存储卡10具有用于控制其操作的控制单元11、用于将所述卡装 置连接到设置在信息装置的一个槽缝中的端子的连接器12、和用于 存储数据的非易失性存储器16。连接器12和非易失性存储器16由 控制单元11连接。\n例如，控制单元11可以是微处理器(图中标注的那样)。例如， 诸如EEPROM(电可擦写可编程只读存储器)的快速存储器被用作非 易失性存储器16。微处理器有时还用于信息装置的连接接口，作为 解释协议的控制装置。\n图1B示出传统的存储卡10的控制单元11中的控制元件。\n这样，传统的存储卡具有：用于与信息装置等的主单元连接的 主单元连接接口；以及存储器接口，用于向非易失性存储器输入数 据和从非易失性存储器输出数据。\n诸如家用视频游戏装置的传统的视频游戏装置具有将游戏数据 等存储在辅助存储器的功能。该存储卡装置也被用作这样的视频游 戏装置的辅助存储器。\n图2示出使用存储卡作为辅助存储器的传统的视频游戏装置的 例子。这种传统的视频游戏装置1的主单元2具有：盘装载单元3， 它被容纳在大致长方形的外壳中并且在其中央安放光盘，光盘是可 记录的介质，其上存储有视频游戏应用程序；用于任意复位游戏的 复位开关4；电源开关6；以及例如两个槽缝7A和7B。\n用作辅助存储器的存储卡10装在槽缝7A和7B中，例如玩视 频游戏装置1的游戏结果等被从控制单元(CPU)19送出，并被写入非 易失性存储器16。未画出的多操作装置(控制器)也能连接到所述槽缝 7A和7B，使多个玩游戏者可以同时玩竞争游戏等。\n人们可以进一步向利用作为主机器的娱乐系统的存储卡槽缝连 接的从机器提供执行游戏和其他程序的功能。即，有人认为在至少 部分诸如游戏的程序将从主机器被下载之后，该程序本身将被执行， 并且如果程序是游戏的话，它将获得允许游戏中的字符增长等功能。 这样的便携式电子装置(从机器)可以没有修改地用作便携式信息终 端，并且通过与其它装置的通信使更容易，它的应用范围能被扩展， 从而导致对新需求的刺激。\n与主机器分开后，这样的便携式电子装置使用AC(交流)适配器、 电池等、执行图像处理和音频处理等的中央处理器(CPU)。具体地说， 如果便携式电子装置被便携地使用，则使用电池。对于这种情况下 的便携式电子装置来说，重要的是如何有效地利用有限的电池。\n同时，在那些使用其中扬声器是由CPU经由数/模转换器(DAC) 来驱动的系统的便携式电子装置中，如果要发出乐曲或声效应，需 要至少两倍于被发送频率的频率，因此人们认为，没有相当高的工 作时钟要发出高质量的声音是困难的。\n可是如上所述，为了利用其中直接连接有CPU和DAC的便携 式电子装置来发出高质量的声音，CPU的工作时钟必须做得很高， 由此引起高功率消耗的问题。\n发明内容\n本发明针对上述问题而提出，为了上述问题的解决，本发明提 供一种方法和装置，它可以有效地使用便携式电子装置的电池而不 降低所发送的音乐、声效应和其它声音的质量。\n按照本发明的第一方面，提供一种减小功率消耗的方法，其中 在CPU的指令下驱动扬声器，当要输出音频声音时，通过声发射请 求改变CPU的工作时钟。可以通过声发射请求将工作时钟或者改变 到高速方式或者改变到中速方式，否则它被设置到低速方式。\n按照本发明的第二方面，提供一种便携式电子装置，它包括： 由CPU经由数/模转换器来驱动扬声器，其中声发射请求被输入到连 接到所述CPU的总线控制器；以及按照所述总线控制器的输入来控 制的时钟改变装置，并且工作时钟是可变的。\n按照本发明的第三方面，提供一种娱乐系统，它包括：娱乐装 置，后者具有程序执行功能和可拆卸地安装在所述娱乐装置上并包 括用于电连接到所述娱乐装置的接口的便携式电子装置，其中便携 式电子装置包含由CPU经由数/模转换器驱动的扬声器，声发射请求 被输入到连接所述CPU的总线控制器；以及按照所述总线控制器的 输入来控制的时钟改变装置，其中工作时钟是可变的。\n附图说明\n图1示出传统的存储卡配置的例子，\n图2示出使用存储卡作为辅助存储器的传统的视频游戏装置的 例子，\n图3是解释本发明方法的流程图，\n图4A、4B和4C分别是本发明的便携式电子装置的前视图、平 面图和后视图，\n图5是本发明的便携式电子装置的方框图，\n图6示出本发明的便携式电子装置的控制单元配置，\n图7是本发明的娱乐系统的平面图，\n图8是本发明的娱乐系统的透视图，和\n图9示出在便携式电子装置的CPU时钟频率按照本发明被修改 的情况下的CPU时钟频率和工作时间的关系。\n具体实施方式\n此后将详细描述本发明。\n将描述按照本发明的第一方面的方法。\n为了便携式电子装置的长电池寿命和声发射质量两者，动态地 控制CPU的工作时钟。即，当没有声发射时，CPU以低时钟运行， 而如果存在作为改变CPU时钟诱因的声发射请求(激发)，则CPU将 被切换到以高时钟运行，并且当声发射结束时，CPU将再次以低时 钟运行。此外，由于简单地改变CPU时钟还将改变屏幕绘图速度， 因此进行这样的处理、使得人们感觉不到任何明显的时钟变化，其 方法如下：如果钟时高，则使得处理等待较长时间；相反，如果时 钟低，则使得处理等待较短时间。\n在本说明书中，“处理等待”意指用于保持屏幕绘图不变的处 理时间，也称为“中断延迟”。\n这里，如果是将在下文描述的便携式电子装置的情况，声发射 请求可以是启动时的声发射请求或通过按操作键等指定的声发射请 求。在具有诸如光标的指示装置的便携式电子装置的情况下，人们 可以列举作出声发射请求的一些例子，例如用光标点击目标时发出 声音。此外，在例如具有内置时钟装置的便携式电子装置的情况下 可以指定发出报警声音的声发射请求。\n在下面，将参考图3的流程图具体描述本发明的第一方面。参 考图3，图中示出这样的过程，其中，在可拆卸地连接到游戏机的便 携式电子装置上玩游戏时，改变CPU时钟频率和图像绘画速度。\n对于便携式电子装置，如步骤1(ST1)所示，例如CPU处理用于 移动游戏字符的键输入、诸如绘制背景图像和字符的屏幕处理、和 诸如音乐和声效应的声发射信息的控制。在步骤2(ST2)，判断在这 样的控制期间是否有新的声发射请求。\n在步骤2(ST2)，如果没有新的声发射请求，则在步骤3(ST3)判 断声发射目前是否正在发生，如果是的话，则在步骤4(ST4)，保持 目前的处理等待，并且继续步骤1(ST1)中的键输入和屏幕处理等。\n如果没有新的声发射请求，则在步骤3(ST3)判定目前有没有声 发射，CPU时钟在步骤5(ST5)被切换到低速方式。\n此外，例如在便携式电子装置中，CPU的时钟通常运行在从32 kHz到8MHz的范围。\n如果CPU时钟被切换到低速，因为仅将它切换到低速还将改变 屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕绘画以保持屏幕绘画恒定，使 得CPU时钟没有明显的变化。这一处理在步骤6(ST6)和在步骤4(ST4) 执行。更具体地说，在步骤6(ST6)，执行诸如时间中断处理的中断 处理，并且把屏幕绘画处理时间设置为短时间。然后在步骤4(ST4)， 执行这样的控制，使得处理等待变成短时间。具体地说，设置图像 绘画所需要的规定的中断时间，根据中断持续时间，使这一中断时 间间隔与CPU的时钟一致地缩短。这种处理完成后，继续步骤1(ST1) 中的键输入和屏幕处理等。\n回到步骤2，现将解释如果存在新的声发射请求会发生什么。\n如果存在声发射请求，在步骤2(ST2)之后，人们进行到步骤 7(ST7)，并且CPU时钟被切换到高速方式。此时，在下面描述的便 携式电子装置的情况下，声发射请求可为启动时的声发射请求或由 操作键被按下引起的声发射请求，并且在游戏的情况下，声发射请 求可为播放游戏程序中请求的声效应或乐曲的请求。\n如上所述，当有声发射请求时，CPU时钟被切换到高速。可是 因为这种向高速的切换还改变屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕 绘画以便屏幕绘画保持恒定而没有明显的CPU时钟变化。这种处理 在步骤8(ST8)和步骤4(ST4)执行。即，在步骤8(ST8)，执行诸如时 间中断处理的中断处理，并且屏幕绘画处理时间被设置为长时间。 然后在步骤4(ST4)，执行这样的控制以便处理等待变成长时间。具 体地说，设置屏幕绘画所需要规定的中断时间，并且根据中断时间 使这一中断时间间隔与CPU时钟一致地变长。执行这种处理之后， 继续步骤1(ST1)中的键输入和屏幕处理等。\n如上所述，在本发明的方法中，按照声发射请求改变CPU时钟 并且这样控制绘画速度，使得不存在明显的变化。在本发明的方法 中，CPU时钟和绘画速度不必按照上述过程由软件控制。控制也可 由机械装置执行。\n在本发明的方法中，也可以按两级或更多级来改变CPU时钟。 例如可以按两级或三级来执行。例如，如果时钟按两级改变的话， 时钟频率可设置为512kHz和4MHz或者如果时钟按三级变化的话， 为512kHz、4MHz和1MHz。通过这样以三级设置时钟，可按照声 发射请求设置适当的时钟频率，并且可根据声发射请求和CPU的负 担之间的关系设置适当的时钟频率。\n而且，在本发明的方法中，还可以把声发射请求列为改变CPU 时钟的诱因(激发)，但当出现执行包含繁重处理的屏幕绘画的必要性 时，CPU的时钟可能改变。在这种情况下，可以根据功率消耗和CPU 负担之间的关系按三级改变时钟来选择适当的时钟频率。\n下面将描述本发明的第二实施例。\n将描述本发明的第二方面。\n示于图4A到图4C和图5、图6中的便携式电子装置具有由CPU 经由数/模转换器驱动的扬声器。声发射请求被输入到连接CPU的总 线控制器，按照到达总线控制器的输入信号控制时钟改变单元，并 且改变工作时钟。\n更具体地说，将描述便携式电子装置的配置。图4A到图4C示 出便携式电子装置400，它是本发明的便携式电子装置的实施例。作 为可拆卸的便携式电子装置，便携式电子装置400构成图7和图8 中所示的娱乐系统的一部分。\n如图4A到图4C中所示，便携式电子装置400包括外壳401并 且具有用于各种信息的输入的操作单元420、包括液晶显示器(LCD) .等的显示单元430、以及用于通过例如红外线、借助无线通信单元进 行通信的窗口440。\n衬底安装在包括上外壳401a和下外壳401b的外壳401内，衬 底上安装存储元件等。外壳401作成这样的形状、以便允许插入到 诸如下面描述的视频游戏装置的娱乐系统的主单元的规定的槽缝 中。\n窗口440设置在外壳401的另一端，它做成大致半圆形。LCD 显示器430占据构成外壳401的一部分的上外壳401a的大约一半的 区域，并位于靠近窗口440的位置。\n具有一个或更多用于执行事件输入并作出各种选择的操作键 421、422的操作单元420以和窗口440相同的方式形成在上外壳401a 中，并占据和窗口所在部分相对的一侧的大约一半区域。操作单元420 也位于盖410上，后者以可以相对于外壳401旋转的方式被支撑。 这里，操作键421、422排列成从盖410的上表面侧到下表面侧布置 并穿过盖410。操作键421、422可以相对于盖410的上表面部分移 入或移出并且由盖410支撑。\n在外壳401内的便携式电子装置400装有一个在与盖410相对 的位置上的衬底，并且在所述便携式电子装置衬底的顶部还有开关 按压单元。在盖410闭合的情况下，开关按压单元的位置保持在对 应于操作键421、422的位置。这样当操作键421、422被按时，开 关按压单元压到诸如薄片开关的按压开关上。\n如图5中所示，便携式电子装置400具有：控制单元441；连接 器442；输入单元443；显示器(LCD)444；时钟功能单元445；非易 失性存储器446；扬声器447；作为数据发送和接收装置的无线通信 单元448和无线接收单元449；电池450；构成电源存储装置的电源 端子451和二极管452。\n例如使用微处理器来构成控制单元441。如图6所示，控制单元 441包括作为程序存储装置的程序存储器441a、CPU核心单元441b、 总线控制单元441c、和时钟改变单元441d。\n在按照本发明改变CPU时钟时，任何经由总线控制器441c输 入到时钟改变单元441d的诸如键操作441e和RTC(实时时钟)441f的 激发信息(产生声发射请求的信息)以及CPU时钟都被时钟改变单元 441d改变。由RTC 441f产生的声发射请求的例子是固定时间的报警 输出指令。PLL(锁相环)可用于时钟改变单元441d。石英晶体(crystal) 也可以用作时钟改变单元441d。可是，所述石英将置于控制单元441 的外面。\n连接器442用于连接到另一个信息装置的槽缝。例如，连接器442 具有用于向例如视频游戏装置发送数据以及从视频游戏装置接收数 据的数据通信功能。\n输入单元443具有用于操作存储的程序的操作键等。\n显示器444具有液晶显示器(LCD)等，它是用于显示各种信息的 显示装置。\n这样构成时钟功能单元445、以便显示时间，例如它可以在显示 器430上执行时间显示。\n非易失性存储器446是用于存储各种数据的元件。例如，诸如 快速存储器的半导体存储元件可用作非易失性存储器446，其中存储 的数据即使电源断开也经久不消。\n因为便携式电子装置400有电池450，所以静态随机存取存储器 (SRAM)可用作非易失性存储器446，它允许数据高速输入输出。\n而且，电池的提供使得有可能甚至在从视频游戏装置的主单元 中卸下的情况下也能独立地操作便携式电子装置400。\n例如电池450可以是可充电的蓄电池。当便携式电子装置400 插入到视频游戏装置时，电池450由视频游戏装置供电。在这一情 况下，电源端子451经由反向电流保护二极管452连接到电池450 的连接端子，并在便携式电子装置400连接到视频游戏装置主单元 时向其供电。\n无线通信单元448是通过红外线等与另一个存储卡等进行通信 的部分。\n无线接收单元449是具有天线和解调电路等的部分。即，它是 接收通过无线广播发送的各种数据的部分。这种无线接收单元449 可以具有用于暂时存储所接收的广播数据的存储器。\n扬声器447是按照程序等发送声音的声发射装置。\n所有上述部件连接到控制单元441并在控制单元441的控制下 操作。\n例如，如果接通便携式电子装置400的电源，则示于图5的控 制单元441(微处理器)总体上执行便携式电子装置400的操作确认和 其它初始化，然后执行存储在程序存储器441a中的应用程序。通过 执行这一应用程序，控制单元441根据来自玩游戏者的输入操作来 控制显示器444、扬声器447等并因此控制图像显示和声效应及音乐 的产生。\n在本发明的便携式电子装置中，通过控制单元441来执行本发 明的上述方法。这一过程之后将被描述。在下面的描述中，图3示 出的每一个步骤被列入括号中。\n在执行存储在程序存储器中的程序期间，例如通过控制单元441 判断是否有新的声发射请求(ST2)。如果没有新的输入信息，则判断 目前是否正发送声音(ST3)，如果正发送声音，则保持目前的处理等 待(ST4)，并且继续键输入和屏幕处理等(ST1)。\n如果判断目前没有发送声音，则CPU时钟被切换到低速方式 (ST5)。如上所述，通过可用于便携式电子装置400的诸如锁相环或 石英振荡器的时钟改变单元441d，执行CPU向低速方式的转换。\n而且，例如在便携式电子装置中，CPU的时钟通常运行在从32 kHz到8MHz的范围。\n如果CPU的时钟切换到低速，因为仅将它切换到低速还将改变 屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕绘画以便保持它恒定而没有明 显的CPU时钟改变。在这一处理中，执行诸如时间中断处理的中断 处理，并且屏幕绘画时间被设置到短时间(ST6)。然后执行这样的控 制以便处理等待变成短时间(ST4)。具体地说，设置图像绘制所需的 规定的中断时间，并且与中断时间相比较、使得中断时间间隔与CPU 时钟一致地变短。在执行这一处理之后，继续键输入和屏幕处理等 (ST1)。\n接着将描述存在声发射请求的情况。\n如果存在声发射请求，则CPU时钟被切换到高速方式。向高速 方式的切换由诸如PLL或石英振荡器的时钟控制单元441d执行。这 里，声发射请求可以是由压下操作健引起的声发射请求，或者所述声 发射请求可以是播放游戏程序中请求的声效应或乐曲的请求。\n如上所述，在存在声发射请求时CPU时钟被切换到高速。可是 因为切换到高速还改变屏幕绘画的速度，所以必须控制屏幕绘画以 便屏幕绘画保持恒定而没有明显的CPU时钟变化。在这一处理中， 首先进行诸如时间中断处理的中断处理，并且把屏幕绘画时间设置 到长时间。然后这样进行控制、使得处理等待变成长时间(ST8和 ST4)。具体地说，设置图像绘制所需的规定的中断时间，并且与所 述中断时间相比较、使得中断时间间隔与CPU时钟一致地变长。执 行这种处理之后，继续键输入和屏幕处理等(ST1)。\n如上所述，本发明提供一种装置，它按照声发射请求改变CPU 时钟，并控制绘画速度使得没有明显的变化。在本发明的便携式电 子装置中，能够像上述过程那样由硬件来控制CPU时钟和绘画速度， 但也能通过软件装置来控制它们。\n在本发明的电子装置中，也可以按两级或更多级改变CPU时钟 频率。两级或三级更好。具体地说，如果按两级改变所述时钟频率， 则可在512kHz和4MHz变化，或者如果按三级改变所述时钟频率， 则可在512kHz、4MHz和1MHz变化。\n在本发明的电子装置中，还可以把声发射请求列为改变CPU时 钟的诱因，但是在出现进行包含繁重的处理的屏幕绘画的必要性时， 可以改变CPU时钟。\n下面将描述本发明的第三方面。\n本发明的娱乐系统具有：娱乐装置，它具备程序执行功能和可 拆卸地安装在所述娱乐装置上的便携式电子装置；以及用于电连接 到所述娱乐装置的接口。在娱乐系统中，这样构成便携式电子装置 以便扬声器由CPU经由数/模转换器驱动，声发射请求被输入到与 CPU连接的总线控制器，按照输入到总线控制器的输入信号来控制 时钟改变单元，并且工作时钟是可变的。\n下面将描述本发明的娱乐系统的配置。\n如图7和图8所示，本发明的娱乐系统包括视频游戏装置301 和便携式电子装置400，后者能接到视频游戏装置301和脱离视频游 戏装置301并与视频游戏装置301进行数据通信。在该娱乐系统中， 视频游戏装置301作为主机器，而便携式电子装置400作为从机器。\n如图7和图8所示，视频游戏装置301读取记录在记录介质上 的应用程序并根据用户(玩游戏者)的指令执行程序。例如，在游戏过 程中，主要执行游戏的进程、显示和音频控制。\n视频游戏装置301的主单元302具有：盘装载单元303；用于任 意复位视频游戏的复位开关304；电源开关305；用于执行安装光盘 操作的盘操作开关306；和两个槽缝307A和307B，其中所述盘装载 单元被容纳在大致长方形的壳中，其中央装载诸如CD-ROM的光盘， 后者是用来提供视频游戏和其它应用程序的记录介质。\n在视频游戏装置301中，应用程序不仅由记录介质提供，而且 经由通信电路提供。\n便携式电子装置400和控制器320可连接到槽缝307A和307B。 存储卡系统也能连接到槽缝307A和307B。\n控制器320具有第一和第二操作单元321和322、左键323L和 右键323R、启动键324、选择键325、可模拟操作的操作单元331和 332、选择操作单元331和332的操作方式的操作方式选择器开关 333、和用于显示被选操作方式的显示单元334。在控制器320内还 设置振动装置(未示出)。振动装置按照例如视频游戏的进程来振动控 制器320。控制器320由连接器326电连接到主单元302的槽缝307B。\n例如通过将两个控制器320连接到槽缝307A和307B，两个玩 游戏者可以分享这一游戏系统。例如可以由两个玩游戏者玩竞争游 戏。槽缝307A和307B不限于这里的例子中两个的情形。\n在以这一方式构成的娱乐系统中，便携式电子装置400可拆卸 地连接到该娱乐系统。\n像上面所描述的寻样构成视频游戏装置301和便携式电子装置 400的外形。\n本发明的娱乐系统具有上面所讨论的配置的便携式电子装置 400，并且在该便携式电子装置中，可以象上述解释的那样改变CPU 时钟。\n按照本发明，在便携式电子装置400的情况下，等待时的功率 消耗可减小到例如大约六分之一(从3.2mA到550μA)。\n而且，利用本发明的便携式电子装置400测量了相对于CPU时 钟频率变化的连续工作时间变化。下面的表1给出结果：\n表1：工作频率与工作时间的关系   工作频率(kHz )   功率消耗(mA)   连续工作时间(hr)     32     0.46     330.0     62.5     0.82     180.0     125     1.10     120.0     250     1.38     90.0     500     1.70     65.0     1000     2.10     45.0     2000     3.20     19.0     4000     5.50     4.0\n表1示出工作频率(Hz)、电流消耗(mA)和连续工作时间(hr)。例 如，在工作频率为500kHz、1MHz、和4MHz的情况下，电流消耗和 连续工作时间分别是1.70mA、65.0(hr)；2.10mA、45(hr)；和5.50mA、 4.0(hr)。即，显然，在500kHz的工作频率和4Mhz的工作频率之间 存在高达16倍的工作时间差异。\n对于本发明，例如通过按照声发射请求来改变CPU的时钟频率， 用于便携式电子装置的电池寿命能显著地延长，而没有降低诸如声 音效应和音乐的声发射的质量。