CN100541424C - 在多处理器间分配指令执行以降低功耗的计算系统和方法 - Google Patents

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Abstract

简要地说，根据本发明的一个实施例，一种便携式通信设备包括具有监控器的多个处理器。所述处理器的监控器可以相互协商，以确定哪个处理器最适于执行一组指令。

Description

在多处理器间分配指令执行以降低功耗的计算系统和方法
技术领域
本发明涉及在多处理器间分配指令执行以降低功耗的装置和方法。
背景技术
为了提高某些计算系统的整体性能，可能希望对计算系统进行设计以使其包括两个或多个处理器。一般而言，多个处理器的使用增加了计算系统上可用来执行指令的总的可用指令周期。对于一个处理器，可用指令周期数一般用每秒执行百万指令数(MIPS)来量度，并且其遵循的规律是，与一个计算系统相关联的MIPS越大，该计算系统就能越快地执行多个程序(例如应用程序、操作系统程序等)。
然而，向计算系统添加多个处理器可能大大增加了计算系统所消耗的总功率。这种增加一般来说在移动计算系统中是不希望的，因为这可能由于电池消耗的增加而直接降低总的可用计算时间。
从而，一直需要更好的途径，以在提供更高执行能力的同时降低多处理器计算系统的功耗。
发明内容
本发明的一个技术方案提供了一种装置，该装置包括用于执行第一组指令的第一处理器，用于执行第二组指令的第二处理器，用于确定第一处理器在执行第一组指令时可用的性能能力的第一监控器，以及通信地耦合到所述第一监控器的第二监控器，该第二监控器用于确定第二处理器在执行第二组指令时可用的性能能力，其中，所述装置适于在第二处理器的可用性能能力低于执行第三组指令的可接受的性能级别时，在第一处理器上执行第三组指令。
本发明的另一技术方案提供了一种方法，该方法包括当第二处理器不具有足够的能力来执行第一组指令时，轮询第一处理器，以确定第一处理器是否具有足够的能力来执行第一组指令。
附图说明
在本说明书所附的权利要求书中，具体指出了被视为本发明的主题，并明确地要求其权利。然而，通过参照以下详细描述，并结合附图来阅读，可以最好地理解本发明的结构和操作方法，以及其目的、功能和优点，在附图中：
唯一的附图是对根据本发明实施例的计算系统的一部分的框图表示。
应该意识到，为图示简明起见，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为清楚起见，某些元件的尺寸相对于其它元件被夸大了。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员应该理解，没有这些具体细节也可以实施本发明。此外，并未详细地描述公知的方法、过程、组件和电路，以免模糊了本发明。
以下详细描述中的某些部分是根据对计算机存储器内的数据位或二进制数字信号进行操作的算法和符号表示而提出的。这些算法描述和表示可以是数据处理领域的技术人员用来向本领域的其他技术人员表达他们工作的实质内容的技术。
在此，一般地，将算法认为是导向所期望的结果的自相一致的动作或操作的序列。这些包括对物理量进行的物理操纵。通常，这些量具有电信号或磁信号的形式，所述信号能够被存储、传输、组合、比较和以其它方式操纵，虽然不一定都是这样。已经证明，主要出于通用的原因，有时将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等是很方便的。然而应该理解到，所有的这些和类似的术语都应与适当的物理量相关联，并且仅是应用于这些量的方便的标签而已。
根据以下讨论将会清楚，除非另外具体指明，否则应该意识到，在整个本说明书中，利用诸如“处理”、“计算”(computing)、“计算”(calculating)、“确定”等术语的讨论指的是计算机或计算系统、或者类似的电子计算设备所进行的下述动作和/或处理，其将计算系统的寄存器和/或存储器内表示为物理(例如电)量的数据操纵和/或变换成在计算系统的存储器、寄存器或其它这种信息存储、传输或显示设备中类似地表示为物理量的其它数据。
本发明的实施例可能包括用于执行本说明书中的操作的装置。此装置可以是为所期望的目的而专门构造的，或者该装置可以包括通用计算设备，该通用计算设备由存储在该设备中的程序来选择性地激活或重配置。这种程序可以存储在存储介质上，所述存储介质例如是但不限于包括软盘、光盘、CD-ROM、磁光盘在内的任何类型的盘、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)/电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁卡或光卡，或者其它任何类型的适合于存储电指令、并能够耦合到用于计算设备的系统总线的介质。
在本说明书中所提出的处理和显示并非固有地与任何特定的计算设备或其它装置相关。多种通用系统都可以与根据本说明书中教导的程序一起使用，或者构造更专门的装置来执行所期望的方法可能被证明是很方便的。在以下描述中将会出现用于多种这类系统的所期望的结构。此外，并未参考任何特定的编程语言来描述本发明的实施例。应该意识到，可以用多种编程语言来实现本说明书中所描述的本发明的教导。
在以下描述和所附权利要求中，可能使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应该理解到，这些术语彼此不是同义语。准确地说，在特定的实施例中，可能用“连接”来表示两个或更多元件彼此直接物理接触或电接触。“耦合”的意思可能是指两个或更多元件直接物理接触或电接触。然而，“耦合”也可以指两个或更多元件彼此不直接接触，但仍然彼此协作或相互作用。
看图1，描述了本发明的实施例100。实施例100可以包括便携式通信设备50，例如移动通信设备(例如蜂窝电话)、双向无线电通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统(PCS)、便携式计算机等等。但是应当理解，本发明的范围和应用绝不限于这些例子。本发明的其它实施例可以包括是或不是便携式、甚至涉及通信系统的其它计算系统，例如台式或便携式计算机、服务器、网络交换设备等。
在这个特定实施例中，通信设备50可以包括两个处理器10和20，这两个处理器可以执行指令，例如存储在存储器40中的指令。处理器10和20可以是多种集成电路中的一种，所述多种集成电路例如是微处理器、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器、微控制器、精简指令集计算机
(RISC)、复杂指令集计算机(CISC)等等，但本发明的范围不受限于具体的设计或处理器10和20所执行的功能。此外，在某些实施例中，处理器10和20可以是同一处理器，而在其它实施例中它们可以是不同的。例如，在这个特定实施例中，处理器10可以包括用于执行一般用户应用的CISC处理器，而处理器20可以包括基带处理器，该基带处理器可用于发起和接收无线通信。
存储器40可以包括多种易失性或非易失性存储器，例如先前所列举的多种存储介质中的任何介质，但这种列举当然不是穷尽性的，本发明的范围也不限于此。在此特定应用中，存储器40可以包括将由处理器10或20执行的多条指令。总线41和42可分别被用来允许处理器10和20对存储在存储器40中的信息和/或指令进行访问或存储。
例如，存储器40可被用来存储多组指令，例如与应用程序、操作系统程序、通信协议程序等相关联的指令。例如，存储在存储器40中的指令可被用来执行无线通信，提供便携式通信设备50的安全性功能，诸如日程安排、电子邮件、因特网浏览之类的用户功能，诸如话音呼叫、SMS、呼叫管理、传真之类的电话功能，或者诸如MP3、语音识别、话音记事簿、音频编解码器之类的多媒体服务，等等。
处理器10和20可以分别包括监控器11和21，它们可被用来确定、跟踪或预测处理器10和20当前的工作特性。例如，监控器11和21可以包括用于确定处理器10和20的性能能力和消耗的硬件和电路的任意组合。简言之，监控器11和21可被用来确定处理器10和20中的哪一个最适于执行一组指令，以便考虑便携式通信设备50所消耗的功率量和/或用户所期望的性能特性。
一种用于确定处理器10和20的性能能力的技术是，监控器11和21可以跟踪或计算可被执行的指令的数量(例如，可执行的每秒钟百万指令数(MIPS))，但本发明的范围不限于此。这种工作特性可以通过跟踪或监控处理器10和20内的一个或多个值来确定。例如，监控器11和21可以监控诸如工作电位(例如，处理器内的核的一部分的电位)、工作频率(例如内部同步信号中的一个)、所生成的等待状态的数量、对处理器外部的存储器的访问速度、缓存命中/缺失率、通过处理器10和20的全部或一部分的电流量之类的值。但是应当理解，这种列举不是穷尽性的，其它实施例可以使用这些特性或其它特性的任意组合。
监控器11和21可以包括硬件和软件的任意组合。硬件可以包括但不必限于用于记录指令周期的数量或由相应的处理器执行的指令数量的锁存器、计数器和寄存器。但是，由于其它实施例可以用软件来实现监控器11和21，因此本发明的范围不限于任何特定的硬件，甚至不一定要涉及硬件。
在其它实施例中，监控器11和21可以全部或部分地通过软件，例如在处理器10或20上执行的多组指令来实现。如图所示，处理器10和20可以包括存储器13和23，这些存储器可以包括先前所列举的任何类型的存储器。存储器13和23可被用来存储数据以跟踪对应的处理器10或20的工作性能。例如，存储器13和23可以包括寄存器，或者能够存储(多张)数据表，所述数据表用于跟踪处理器10和20在执行特定的指令组时所用资源的历史平均值。这些表还可被动态更新或取时间平均，使得这张(多张)表中的数值表示与处理器10和20执行特定指令组所用的整体资源消耗有关的更近期的信息。
所述的(多张)表还可以持续跟踪处理器10和20在各种工作参数下的性能特性。例如，虽然本发明的范围不限于此，但这些表可以保持对下述性能特性的跟踪，这些性能特性是取决于诸如工作电压、时钟频率等因素的特性，或者是取决于当前在处理器10和20中或在便携式通信设备50内有多少条其它指令正被执行的特性。
虽然本发明的范围不限于此，但便携式通信设备50还可以适于存储用户参数，所述用户参数可以允许用户定义或设定所期望的执行特定指令时的(多个)性能级别，以及其它功能。因此，当便携式通信设备50要执行一组新的指令(例如存储器40中的一个用户应用)时，它首先确定处理器10和20中的哪一个最适于执行所述指令。现在将要提供一个例子，以说明如何完成这种确定，但是应该理解，本发明的范围不限于这个例子。
在此实施例中，当提出请求要使用处理器10来执行存储器40中的一组指令时，处理器10和20已在执行其它程序。监控器11可以首先使用先前描述过的技术中的一种或多种来确定处理器10的当前性能特性。然后，监控器11可以确定处理器10是否可以在用户可接受的期望时间段内执行该组新指令。如果处理器10具有足够的带宽(即，可以在可接受的参数内执行所述指令组)，则所述指令组可以由处理器10来执行。
反之，如果在足够的时间内处理器10无法在当前的工作参数下执行所述指令组，则监控器11可以轮询其它处理器(例如处理器20)，以确定所述指令组是否可以由另一处理器来执行。虽然本发明的范围不限于此，但监控器11可以使用总线70与监控器21通信，或者与监控器21协商，以确定所述指令组是否可以在处理器20上执行。例如，总线70可以是串行或并行总线，其允许监控器11和21共享关于它们各自的处理器10和20的性能信息。应当理解，就监控器11和21如何彼此协商而言，本发明的范围不限于任何具体实施例。在其它实施例中，这可以在第三层网络层或在链路层完成。或者，所述协商可以通过使用中断和/或经由存储器40共享数据而进行。
简言之，监控器11与监控器21协商，以确定所述指令组是否可以在期望的性能参数内由处理器20执行。如果处理器20具有足够的带宽(即足够的能力)，则可以将执行所述指令组的责任从处理器10转移到处理器20。
在本发明又一实施例中，监控器11和21可以进行协商以确定哪个处理器更适于执行所述指令组，以降低便携式通信设备50的整体功耗，或者在最短时间内执行所述指令组。例如，即使处理器10有足够的能力执行所述指令组，也可能更希望让处理器20来代替它执行所述指令，同时降低与处理器10有关的功耗(例如，降低工作电位、降低时钟频率等)。结果，所述指令组可以在可接受的时间段内被执行，同时降低了便携式通信设备50的整体功耗。
如果监控器21指示出处理器20不具有能在可接受的时间段内执行所述指令组的带宽，则监控器11可以要求提高处理器10的工作参数(例如工作电压、时钟频率等)，这可以提高处理器10的整体性能能力。工作参数的提高可以提高处理器10上可用的MIPS，使得可以在可接受的性能级别内执行所述指令组。应当理解，处理器10和20可以包括下面这种电路，该电路可被用来提高及降低诸如电位、时钟频率等的工作参数。
在其它实施例中，可以使用算法来调节处理器10和/或20的工作参数，以在便携式通信设备50的计算需求和便携式通信设备50内的处理器的功耗之间寻求平衡。在其它实施例中，监控器11和21可被用来均衡处理器10和20所执行的程序和/或指令，以便降低便携式通信设备50的整体功耗。此外，监控器11和21可被用来控制处理器10和20的工作参数，以便提高便携式通信设备50的整体性能。
尽管在本说明书中已经对本发明的某些特征进行了图示和描述，但本领域的技术人员随即就可以想到多种修改、替换、改变和等同物。因此应当理解，所附权利要求意图覆盖落入本发明真正精神之内的所有这种修改和改变。

Claims (21)

1.一种装置，包括：
第一处理器，用于执行第一组指令；
第二处理器，用于执行第二组指令；
第一监控器，其适于确定所述第一处理器在执行所述第一组指令时可用的性能能力；和
第二监控器，其通信地耦合到所述第一监控器，并适于确定所述第二处理器在执行所述第二组指令时可用的性能能力，其中，所述装置适于在所述第二处理器的可用性能能力低于执行第三组指令的可接受的性能级别时，在所述第一处理器上执行所述第三组指令，其中，所述装置适于在所述第一处理器的可用性能能力低于在所述第一处理器上执行所述第三组指令的可接受的性能级别时，提高所述第二处理器的可用性能能力。
2.如权利要求1所述的装置，还包括用于存储所述第一、第二和第三组指令的存储器。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述指令组包括从由应用程序和操作系统程序所组成的组中选出的程序的指令。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一监控器适于基于所述第一处理器的当前工作电位来确定所述可用的性能能力。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一监控器适于基于所述第一处理器的工作频率来确定所述可用的性能能力。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一监控器至少部分地由在所述第一处理器上执行的第四组指令来提供。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述第一监控器部分地由所述第一处理器内的逻辑电路来提供。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置适于维护一个数据库，该数据库用于跟踪执行所述第三组指令所需的处理器需求的历史平均值。
9.如权利要求8所述的装置，其中，所述数据库包括用于执行所述第三组指令的平均每秒百万指令数。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述可接受的性能级别由用户定义。
11.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置适于提高所述第二处理器上可用的每秒百万指令数。
12.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置适于提高所述第二处理器的工作电位。
13.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置适于提高所述第二处理器的工作频率。
14.一种方法，包括：
当第二处理器不具有足够的能力来执行第一组指令时，轮询第一处理器，以确定所述第一处理器是否具有足够的能力来执行所述第一组指令；
如果所述第一处理器的能力不足以在所述用户定义的性能级别内执行所述第一组指令，则提高所述第二处理器的可用能力。
15.如权利要求14所述的方法，还包括当所述第二处理器正在执行第二组指令时，确定所述第二处理器的可用能力。
16.如权利要求15所述的方法，其中，确定所述第二处理器的可用能力包括确定所述第二处理器可用的每秒百万指令数。
17.如权利要求14所述的方法，还包括确定所述第一处理器的能力是否足以在用户定义的性能级别内执行所述第一组指令。
18.如权利要求17所述的方法，还包括确定所述第一组指令的历史平均执行要求。
19.如权利要求18所述的方法，还包括将所述历史平均执行要求存储在表中。
20.如权利要求14所述的方法，还包括如果所述第一处理器在执行第一组指令时具有过剩的能力，则降低所述第一处理器的功耗。
21.如权利要求20所述的方法，还包括降低所述第一处理器的电位。
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