応用情報技術者 2009年 春期 午後 問07

　X社の、電池で駆動する携帯端末（以下、端末という）では、次のように消費電力を少なくする工夫をしている。 　 〔MPUに対するクロック制御〕 　MPUへのクロック供給、タイマ割込み及びクロック発振の停止／再開は専用のクロック制御回路で行う。 　(1) MPUへのクロック供給 　　クロックは、発振直後から発振が十分安定するまでにTミリ秒かかる。MPUへのクロック供給は、クロック発振再開からTミリ秒後となっている。 　(2) タイマ割込み 　　タイマ割込み時刻は、ソフトウェアで設定する。設定された時刻になると、タイマ割込みが発生する。タイマ割込みを発生させるタイマは、MPUへ供給するクロックとは異なるクロックを使用し、独自に時間を計測している。 　(3) クロック発振の停止／再開 　　クロック発振の停止／再開のタイミングを図1に示す。 　　クロック発振の停止は、ソフトウェアで指示する。クロック制御回路は、停止の指示を受け取ると、次のタイマ割込みの時刻までの時間を調べ、この時間がTミリ秒より長い場合、クロック発振を停止し、Tミリ秒以下の場合、停止指示を取り消し、クロック発振を継続する。 　　クロック制御回路は、クロック発振を停止しているとき、タイマ割込みが発生するとTミリ秒前になるかほかの割込みを検出すると、クロック発振を再開する。

〔リアルタイムOS〕 　この端末は、次のリアルタイム OS を使用している。 　・タスクの状態は、実行状態、実行可能状態及び待ち状態がある。タスクの状態遷移を図2に示す。 　・タスクには優先度が付与され、あるタスク実行中に、より優先度の高いタスクが起動されると、実行中のタスクは実行可能状態となり、優先度の高いタスクが実行状態となる。 　・タスク間通信のためにメールボックスが用意され、タスクはメールをほかのタスクのメールボックスに送ることができ、ほかのタスクからのメールをメールボックスで受信することができる。 　・メールボックスの操作には、送信要求と受信要求があり、受信要求したタスクはメールボックスにメールが届くまで待ち状態になる。 　

〔省電力状態〕 　省電力状態は、スタンバイモードとアイドルモードがある。スタンバイモードは、MPU へのクロック供給が停止している状態である。アイドルモードは、クロック供給を停止せず割込みを検出するまで MPU の命令の実行を停止している状態である。割込みを検出するとアイドルモードを終了し、命令を実行できる状態となる。 　 〔タスク〕 　クロックを制御するクロック制御タスクは、①クロック発振の停止を指示し、②MPU をアイドルモードにする。このタスクは①と②を繰り返す。 　クロック制御タスク以外のすべてのタスクは、メールボックスに受信要求しメールを受信すると、そのメールの内容を解析し、それに応じた処理を行い、再び受信要求する。これらのタスクは、タスク固有のメールボックスを使用している。 　 〔クロック制御回路〕 　クロック制御回路は、クロック制御タスクの①と②の間に割込みがあれば、その割込みを保留し、②の後にその割込みをMPUに通知する。 　 〔クロック再開時の処理〕 　クロックの発振が再開し、MPUにクロックが供給されたとき、最初に実行される処理は、必ずaとなる。それがbであれば遅延なく実行されるが、b以外の場合は、ほかに割込みがなければ、割込み要求発生から、cミリ秒遅延してから実行される。 　 〔省電力の効果〕 　MPUの単位時間当たりの消費電力は、命令を実行している場合P、アイドルモードの場合0.5XP、スタンバイモードの場合0である。 　端末が通信中のとき、クロック供給は停止せず、80％は命令を実行している状態であり、20％はアイドルモードになっている。端末が通信中の単位時間当たりの消費電力はd×Pである。 　端末が通信を行っていないとき、1秒ごとに10ミリ秒間MPUにクロックが供給され、それ以外の時間はスタンバイモードである。その10ミリ秒のうち90％は命令を実行している状態であり、10％はアイドルモードになっている。端末が通信を行っていないときの単位時間当たりの消費電力はd×Pである。