CN111324198A

CN111324198A - 一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法

Info

Publication number: CN111324198A
Application number: CN202010193173.5A
Authority: CN
Inventors: 卢健
Original assignee: Shenzhen Yisheng Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Yisheng Technology Co ltd
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2040-03-18
Also published as: CN111324198B

Abstract

本发明涉及一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，频率调节架构模块控制其他设备模块的工作频率以及电压，该频率调节架构模块实时监测设备负载的运行情况，在负载低的时候自动调低该其他设备模块的频率以及电压，在负载高的时候自动调高该其他设备模块的频率以及电压，该内核程序监测设备负载的运行情况，根据运行情况通过设备树节点配置该其他设备模块中各模块的配置项进而调整该其他设备模块中各模块的频率以及电压。

Description

一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法

技术领域

本发明涉及一种调整频率以及电压的方法，特别是指一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法。

背景技术

目前，随着信息技术的不断发展，越来越多的智能设备很普遍的被应用在了人们生产生活的周边环境中，全新的交互方式让人们体验着前所未有的智慧生活。

如今，智能设备在人们的生活中随处可见，其应用场景也越来越多，商场、学校、企业、社区、工业区、地铁等等场景中都可见到智能设备的身影。智能设备不仅覆盖的场景多，设备类型也是琳琅满目，通常一个地点有不止一种智能设备，比如，在商场中可能有广告机、新零售终端、自助点餐等。

为满足人们的需求，这些智能设备需要从早上运行到晚上，有些设备甚至需要长时间不间断的运行。

长时间运行上述的智能设备通常存在以下几种问题：第一，将设备频率调高能时刻保持高性能，但这样不仅功耗高，还会使主板温度过高降低设备硬件寿命。

第二，将设备频率调低能节约能源保护设备，但这只限于某些对性能要求不高的设备。

第三，同一种设备在同个场景因客流量的变化对性能要求不一样，如调高设备频率，在设备空闲阶段设备处于高频率会造成资源浪费。

传统定频技术无法同时兼顾设备的性能和功耗。设备需要一种能够根据负载情况动态调整频率的技术。而目前在智能设备中还没有出现相关的技术，而此是为传统技术的主要缺点。

发明内容

本发明所采用的技术方案为：一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，频率调节架构模块控制其他设备模块的工作频率以及电压，该频率调节架构模块实时监测设备负载的运行情况，在负载低的时候自动调低该其他设备模块的频率以及电压，在负载高的时候自动调高该其他设备模块的频率以及电压。

该频率调节架构模块包括内核程序，该内核程序分别与频率统计模块、频率调节器、频率驱动以及CPU子系统驱动相匹配，该频率驱动分别与运行性能节点表以及时钟监管框架模块相匹配。

该内核程序监测设备负载的运行情况，根据运行情况通过设备树节点配置该其他设备模块中各模块的配置项进而调整该其他设备模块中各模块的频率以及电压。

在调整的时候，通过调整各模块的频率进而同步调整电压，调高各模块的频率则电压同步被调高，调低各模块的频率则电压同步被调低。

该其他设备模块中各模块包括CPU模块、GPU模块、DMC模块以及BUS模块。

工作的时候，该频率调节架构模块将频率以及电压的配置放置在设备树中，上述配置信息组成的节点为该设备树节点，所有的该设备树节点信息为OPP Table。

本发明的技术效果为：本发明提供一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，其能够实时监测设备负载的情况，在负载低的时候自动调低频率以及电压，在负载高的时候自动调高频率以及电压，在保证性能的同时降低功耗，本方法全程无需手动调频，由设备自动调节。

附图说明

图1为本发明调频调压原理框架图。

图2为本发明动态调频调压控制流程图。

图3为本发明OPP各模块配置项示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，其能够实时监测设备负载的情况，在负载低的时候自动调低频率以及电压，在负载高的时候自动调高频率以及电压，在保证性能的同时降低功耗，本方法全程无需手动调频，由设备自动调节。

如图1-2所示，一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，频率调节架构模块控制其他设备模块的工作频率以及电压。

该频率调节架构模块实时监测设备负载的运行情况，在负载低的时候自动调低该其他设备模块的频率以及电压，在负载高的时候自动调高该其他设备模块的频率以及电压。

设备负载的运行情况包括待机运行、视频播放运行、游戏运行。

比如，当该设备负载的运行情况为该待机运行时，该频率调节架构模块自动调低该其他设备模块的频率以及电压，进而达到节能、降低运行温度等作用。

该频率调节架构模块包括内核程序（频率控制核心程序），该内核程序分别与频率统计模块、频率调节器、频率驱动以及CPU子系统驱动相匹配，该频率驱动分别与运行性能节点表以及时钟监管框架模块相匹配。

OPP Table节点包括描述频率以及电压的OPP节点、leakage相关配置属性、PVTM相关配置属性。

如图3所示，该其他设备模块中各模块都具有自身的OPP配置表，其中，该CPU模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息以及宽温配置，该GPU模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息、宽温配置以及升降频负载配置，该DMC模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息、场景变频配置、负载变频配置以及根据VOP带宽变频信息，该BUS模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息以及宽温配置。

在具体实施的时候，内核将频率、电压相关的配置放在了设备树（devicetree，描述设备信息的一种数据结构）中，将这些配置信息组成的节点称之为OPP表（OperatingPerformance Points Table，运行性能节点表）。OPP表包含描述频率和电压的节点、leakage相关配置属性、PVTM相关配置属性等。可通过配置内核文件控制频率和电压的有CPU和其他需要动态调频的模块，其他模块包括GPU、DMC、BUS，其中BUS包括PLL、CCI等。CPU、GPU、DMC、BUS都有自己的OPP表，配置相应节点下的OPP，当频率到达某一节点则根据该节点的配置信息调整频率和电压。在OPP节点中可配置根据leakage调节频率、根据PVTM调节频率、根据IR-Drop调节频率，此外，在对应模块下还可以添加宽温配置、升降频负载配置、场景变频配置、负载变频配置、根据VOP带宽变频、PLL DVFS配置。

下面对可配置项作简单介绍。

集成电路静止电流，指CMOS电路静态时从电源获取的电流，我们也称之为leakage。通过测试芯片的Vmin，发现相同频率下，静止电流较小的芯片Vmin比较大，静止电流比较大的芯片Vmin比较小，通过这一特性可以根据集成电路静止电流值降低静止电流大的芯片的电压，以降低功耗和提高性能。在芯片生产过程中，会将集成电路静止电流写到一次性可编程存储器（One Time Programmable，OTP)中。从一次性可编程存储器中获取该芯片的CPU静止电流值，通过查表得到对应的档位，然后在每个OPP中选择对应档位的电压，作为该频点的电压。

PVTM(Process-Voltage-Temperature Monitor)是能反应出不同芯片之间性能差异的模块，它受工艺、电压、温度的影响。通过测试芯片的Vmin，发现相同频率和电压下，PVTM值小的芯片Vmin比较大，PVTM值大的芯片 Vmin比较小，通过这一特性可以根据PVTM值降低大PVTM芯片的电压，以降低功耗和提高性能。在指定的电压和频率下获取PVTM值，并转换成参考温度下的PVTM值，然后查表得到对应的档位，最后在每个OPP中选择对应档位的电压，作为该频点的电压。

IR-Drop是指出现在集成电路中电源和地网络上电压下降或升高的一种现象。在这里我们理解为由于电源纹、电路板布线等因素导致的压降。实测发现有些客户的板子电源纹波比较差，使用和EVB相同的电压表，某些频点的电压偏低，导致系统运行不稳定，这种情况需要根据IR-Drop调整调整OPP Table。将样机板每个频点的纹波减去EVB板的纹波，得到的差值就是该频点所需要增加的电压。

宽温通常指环境温度为-40~85℃。实测发现某些平台在低温环境下，运行不稳定，对某些频点抬压后可以稳定运行，这种情况需要根据温度调整电压表。实测也发现高温高压下芯片的寿命会缩短，也需要根据温度限制频率和电压。当系统检测到温度低于一定程度后，对各个频点进行抬压，如果某些频点的电压超过了系统允许设置的最高电压，这些频点将被限制，即运行过程中不会跑到这些频点。当温度恢复常温，电压表恢复成默认的状态。当系统检测到温度大于一定程度后，电压超过一定值的频点，将被限制。当温度恢复常温，解除频率限制。

升降频负载配置指当governor（调节器）设为Simple ondemand调频策略（简单按需响应模式，在最大最小频率之间自动调整）时，有两个参数可以配置upthreshold（阈值）和downdifferential（下降差值），默认值分别是90和5。当负载超过90%时，调到最高频，当负载小于90%且大于90%-5%时维持当前频率，当负载小于90%-5%，会调到一个频率，使得负载差不多为90%-5%/2。使用默认的配置，某些平台在某些场景下会出现GPU提频不及时或不提频，导致丢帧，所以需要支持修改配置。

场景变频配置指针对某些对DDR需求比较明确的场景，比如跑分、视频、待机等，动态提高或者降低DDR频率，可以满足他们对性能或者功耗的不同需求。当系统进入某些特殊的场景时，将DDR频率调整到该场景指定的频率，如果同时进入多个场景，最终频率取最大值。

负载变频配置指根据DDR的利用率动态调整DDR频率。定时检测DDR的利用率，根据simple ondeman的算法选择一个目标频率，并考虑特定场景对DDR带宽的需求，最终选择一个最大值。

根据VOP（Visual Output Processor，视觉输出处理器）带宽变频是防止某些场景下提频不及导致闪屏。每一帧显示之前，VOP驱动先计算出这一帧的DDR带宽需求，然后根据带宽需求修改DDR频率的最低值。

PLL DVFS配置（PLL为锁相环，用来统一整合时钟信号）。在某些平台发现PLL的频率超过一定值后，PLL所在的电压域需要提高电压，因此需要根据PLL的频率调整电压。通过注册时钟通知程序，监控PLL频率的变化，如果PLL是升频，先抬压再提频，如果PLL是降频，先降频再降压。

实际工作的时候，根据leakage调节需要增加增加一次性可编程存储器的支持，从一次性可编程存储器中获取该芯片的CPU leakage值，通过查表得到对应的档位，然后在每个OPP中选择对应档位的电压，作为该频点的电压。在OPP Table节点增加“rockchip,leakage-voltage-sel”、“nvmem-cells”和“nvmem-cell-names”三个属性，同时OPP节点根据实际情况增加“opp-microvolt-<name>”属性。

根据PVTM调节需要先增加PVTM的支持，在OPP Table节点增加“rockchip,pvtm-voltage-sel”、“rockchip,thermal-zone”和“rockchip,pvtm-<name>”属性，多种工艺的情况还需要增加“nvmem-cells”和“nvmem-cell-names”属性，OPP节点根据实际情况增加“opp-microvolt-<name>”属性。

IR-Drop调节需要在OPP Table节点增加“rockchip,max-volt ”、“rockchip,evb-irdrop”和 “rockchip,board-irdrop”属性。

宽温调节方面在低温情况在OPP Table节点增加“rockchip,temp-hysteresis”、“rockchip,low-temp”、“rockchip,low-temp-min-volt”、“rockchip,low-temp-adjust-volt”、“rockchip,max-volt”属性。高温情况在OPP Table节点增加“rockchip,temp-hysteresis”、“rockchip,high-temp”和“rockchip,high-temp-max-volt”属性。

升降频负载配置有两个参数可以配置，在GPU节点增加“upthreshold”、downdifferential“属性。

场景变频配置在DMC节点增加“system-status-freq ”属性，设置该属性下各个场景相应的频率。需要注意的是在SYS_STATUS_DUALVIEW和SYS_STATUS_DUALVIEW场景下，不支持DDR变频，所以进入这两个场景后，即使再进入更高DDR频率的场景，DDR频率依然不变，直达退出这两个场景。

负载变频配置在DMC节点增加“devfreq-events ”，“upthreshold”，“downdifferential”，“system-status-freq”，“auto-min-freq”和“auto-freq-en”属性。和场景变频一样，SYS_STATUS_DUALVIEW和SYS_STATUS_ISP场景下DDR频率是固定的。

根据VOP带宽变频在DMC节点增加"vop-bw-dmc-freq"属性。

是防止某些场景下提频不及导致闪屏。每一帧显示之前，VOP驱动先计算出这一帧的DDR带宽需求，然后根据带宽需求修改DDR频率的最低值。

PLL DVFS配置需要增加”rockchip,busfreq-policy“、”clocks“、”clock-names“、”operating-points-v2“和“bus-supply”属性。

如上所述，本发明的重点信息归纳如下。

配置设备树（devicetree，描述设备信息的一种数据结构）下CPU、GPU、DMC、BUS模块信息。各模块都有自己的OPP表（Operating Performance Points Table，运行性能节点表），OPP 表节点包含描述频率和电压的OPP节点、leakage相关配置属性、PVTM相关配置属性等，当频率到达某一节点则根据该节点配置信息调整频率和电压。在opp节点中可配置根据leakage调节、PVTM调节、IR-Drop调节，此外，在对应模块下还可以添加宽温配置、升降频负载配置、场景变频配置、负载变频配置、根据VOP带宽变频、PLL DVFS配置。

根据leakage调节是从一次性可编程存储器中获取该芯片的CPU leakage值，通过查表得到对应的档位，然后在每个OPP中选择对应档位的电压，作为该频点的电压。

根据PVTM调节是在指定的电压和频率下获取PVTM值，并转换成参考温度下的PVTM值，然后查表得到对应的档位，最后在每个OPP中选择对应档位的电压，作为该频点的电压。

IR-Drop调节是将样机板每个频点的纹波减去EVB板的纹波，得到的差值就是该频点所需要增加的电压。

宽温调节是当系统检测到温度低于一定程度后，对各个频点进行抬压，如果某些频点的电压超过了系统允许设置的最高电压，这些频点将被限制，即运行过程中不会跑到这些频点。当温度恢复常温，电压表恢复成默认的状态。当系统检测到温度大于一定程度后，电压超过一定值的频点，将被限制。当温度恢复常温，解除频率限制。

升降频负载配置指当governor（调节器）设为Simple ondemand调频策略（简单按需响应模式，在最大最小频率之间自动调整）时，有两个参数可以配置upthreshold（阈值）和downdifferential（下降差值），默认值分别是90和5。当负载超过90%时，调到最高频，当负载小于90%且大于90%-5%时维持当前频率，当负载小于90%-5%，会调到一个频率，使得负载差不多为90%-5%/2。

PLL DVFS配置（PLL为锁相环，用来统一整合时钟信号）通过注册时钟通知程序，监控PLL频率的变化，如果PLL是升频，先抬压再提频，如果PLL是降频，先降频再降压。

Claims

1.一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，其特征在于：

频率调节架构模块控制其他设备模块的工作频率以及电压，该频率调节架构模块实时监测设备负载的运行情况，在负载低的时候自动调低该其他设备模块的频率以及电压，在负载高的时候自动调高该其他设备模块的频率以及电压，

该频率调节架构模块包括内核程序，该内核程序分别与频率统计模块、频率调节器、频率驱动以及CPU子系统驱动相匹配，该频率驱动分别与运行性能节点表以及时钟监管框架模块相匹配，

该内核程序监测设备负载的运行情况，根据运行情况通过设备树节点配置该其他设备模块中各模块的配置项进而调整该其他设备模块中各模块的频率以及电压，

在调整的时候，通过调整各模块的频率进而同步调整电压，调高各模块的频率则电压同步被调高，调低各模块的频率则电压同步被调低，

该其他设备模块中各模块包括CPU模块、GPU模块、DMC模块以及BUS模块，

2.如权利要求1所述的一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，其特征在于：OPP Table节点包括描述频率以及电压的OPP节点、leakage相关配置属性、PVTM相关配置属性。

3.如权利要求1所述的一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，其特征在于：该其他设备模块中各模块都具有自身的OPP配置表，其中，该CPU模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息以及宽温配置，

该GPU模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息、宽温配置以及升降频负载配置，

该DMC模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息、场景变频配置、负载变频配置以及根据VOP带宽变频信息，

该BUS模块的OPP配置表包括leakage信息、PVTM信息、IR-Drop信息以及宽温配置。

4.如权利要求1所述的一种安卓设备根据负载动态调整频率以及电压的方法，其特征在于：设备负载的运行情况包括待机运行、视频播放运行、游戏运行。