CN101030097A - 减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法及芯片组 - Google Patents

减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法及芯片组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法及芯片组。首先，将该计算机系统的省电程度划分为多个的省电模式。接着，检测至少一省电模式变换条件，以决定是否调整该计算机系统的省电模式。最后，若该计算机系统的省电模式被提升，则降低供应该芯片组的第一电压及供应该存储器的第二电压，并减少供该总线动作的第一时脉频率及供该存储器动作的第二时脉频率。其中当该计算机系统的省电模式被提升时，该计算机系统的电源消耗自该计算机系统的正常工作状态更进一步减少。本发明所述的减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法及芯片组，可使计算机即使在工作状态下，耗电量仍可减少，并维持工作的品质。

Description

减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法及芯片组
技术领域
本发明是有关于计算机系统，特别是有关于计算机系统的电源消耗。
背景技术
耗电管理对于计算机系统是很重要的。若一计算机系统可用的供电量是有限的，诸如掌上型计算机或笔记型计算机，此时若降低计算机的耗电量，便可延长计算机在运用电池作为有限的电力来源状况下的工作时间。即使计算机系统为台式计算机，若能根据计算机的工作状态有效的运用电力资源便能降低耗电量，而达到省电的效果。举例来说，当计算机系统仅用来做文字编辑时，处理器的使用率仅达到10％或更少，而此代表有90％的处理器效能均被浪费掉了。
图1显示由Intel及Microsoft公司设计的高级配置和电源接口(Advanced Configuration and Power Interface，ACPI)的计算机系统的耗电模式变换过程。于G0的工作状态下，一计算机正常的运作。若该计算机闲置超过一段预定时间后，计算机便进入G1的睡眠状态，以便降低计算机的耗电量。于G1的睡眠状态下，计算机系统的部分背景工作，例如处理器及芯片组的背景工作，被停止执行以降低计算机的耗电量。当按下一按键或鼠标被移动时，计算机便离开G1的睡眠状态，回复至G0的工作状态，并一并重新执行系统的背景工作。
然而，符合ACPI规格的计算机系统，仅能于计算机闲置时进入G1的睡眠状态。符合ACPI规格的计算机系统并无法于计算机工作时降低计算机的耗电量。此外，一般的计算机系统仅能于固定的工作时脉频率及固定的供应电压下运作。若计算机系统的工作时脉频率及供应电压能依据计算机执行的应用程序或工作状态而被大幅减少或降低，便可于工作状态下降低计算机的耗电量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法，以解决已知技术存在的问题。首先，检测至少一省电模式变换条件，以决定是否调整该计算机系统的省电模式。依据该计算机系统的省电模式，调整供应该芯片组的第一电压，及调整供该总线动作的第一时脉频率。其中当该计算机系统的省电模式被提升时，该计算机系统的电源消耗自该计算机系统的正常工作状态更进一步减少。
本发明更提供一种可减少计算机系统于工作状态下电源消耗的芯片组。该芯片组包括一缓冲器以及一省电模式控制器。该缓冲器是用来缓冲耦接至该芯片组的一总线的数据。该省电模式控制器接收一第一触发信号、一计时终点信号及该缓冲器的一数据索引，包括有：一锁存器接收一第一触发信号及该缓冲器的一数据索引，若该第一触发信号触发该锁存器时，该锁存器输出所接收的该数据索引；一存储阵列，储存该锁存器输出的该数据索引；一平均器，若接收到一计时终点信号时，对该存储阵列储存的内容进行平均运算，以产生一缓冲器填满程度；一暂存器，用以储存至少一省电模式变换条件；以及一比较器，依据该平均器产生的该缓冲器填满程度及该省电模式变换条件，对应产生一电压控制信号，用以调整该第一电压。其中当该计算机系统的省电模式被提升时，该计算机系统的电源消耗自该计算机系统的正常工作状态更进一步减少。本发明所述的减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法及芯片组，可使计算机即使在工作状态下，耗电量仍可减少，并维持工作的品质。
附图说明
图1显示高级配置和电源接口(ACPI)的计算机系统的耗电模式变换过程；
图2显示依据本发明的四个分别表示不同省电程度的省电模式间的模式切换；
图3为依据本发明减少于工作状态下电源消耗的计算机系统的区块图；
图4为依据本发明减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法的流程图；
图5为依据本发明自动检查省电模式变换条件的计算机系统的区块图；
图6为依据本发明的省电模式控制器用以侦测处理器输出入缓冲器的填满程度的侦测电路的区块图；
图7a为依据本发明提升计算机系统的省电模式的方法的流程图；
图7b为依据本发明降低计算机系统的省电模式的方法的流程图。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举多个较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下：
图2显示依据本发明的四个分别表示不同省电程度的省电模式间的模式切换。一计算机系统的省电程度被预先区分为多个省电模式。虽然图2中仅有4个省电模式，但可依据系统的需求区分为更多或较少数目的不同省电模式。当一计算机于G0的工作状态下正常运作时，其首先进入本发明的初始省电模式。于初始省电模式下，计算机系统并不特别节省额外的耗电。当计算机系统的省电模式自初始省电模式提升至第一省电模式，系统的耗电量便减低。同样地，当计算机系统的省电模式自第N省电模式提升至第(N+1)省电模式，系统的耗电量便更加减低。于图2中，若计算机系统的省电模式欲自初始省电模式提升至第二省电模式，系统需先循序进入第一省电模式，再行提升至第二省电模式。然而，于其他实施例中，计算机系统可视需求自由的于不同省电模式间进行直接切换。所有的省电模式均是于ACPI规格的G0工作状态下进行运作。
计算机系统的每一省电模式均有各自不同程度的供应电压大小及工作时脉频率的设定。于一实施例中，使用者可经由应用程序直接设定系统所需的省电模式。于其他实施例中，计算机系统借着检测多个省电模式变换条件，以决定是否自动调整该计算机系统的省电模式。若决定提升计算机系统的省电模式，则该计算机系统的供应电压被自动降低，且该计算机系统维以动作的时脉频率亦被减少，以降低系统的耗电量。若决定降低计算机系统的省电模式，则该计算机系统的供应电压被自动提高，且该计算机系统维以动作的时脉频率亦被增加，以回升系统的耗电量，让系统能维持更高速的运作。
表1显示列出本发明的不同省电模式下的供应电压及工作频率的表。
                                            表1
  省电模式   初始省电模式   第一省电模式   第二省电模式   第三省电模式
  芯片组的电压(VDD)   1.5V   1.3V   1.2V   1.0V
  存储器的电压(VDDQ/VTT)   1.8V/0.9V   1.75V/0.875V   1.75V/0.875V   1.70V/0.85V
  处理器总线的工作频率   200MHz   166MHz   133MHz   100MHz
  存储器的工作频率   333MHz   266MHz   266MHz   200MHz
  PSMPWR[1:0]#   11   10   01   00
  PSMPWR[3:2]#   11   10   01   00
  PSMFREQ[1:0]#   11   10   01   00
  附注   正常电源消耗   低电源消耗   更低电源消耗   最低电源消耗
表1的每一列分别表示图2的四个省电模式其中的一下计算机系统的状态。假设一计算机系统包括一处理器，一存储器，以及一芯片组，而处理器经由一总线连接至芯片组。表1的第一行为芯片组的供应电压VDD。由表中可见芯片组的供应电压VDD于初始省电模式中为1.5V，但于第三省电模式中被降低至1.0V。表1的第二行为存储器的供应电压，包括一输出入电压VDDQ以及一终端电压VTT。由表中可见存储器的输出入电压VDDQ于初始省电模式中为1.8V，但于第三省电模式中被降低至1.7V。存储器的终端电压VTT则于初始省电模式中为0.9V，但于第三省电模式中被降低至0.85V。表1的第三行为总线的工作时脉频率。由表中可见总线的工作时脉频率于初始省电模式中为200MHz，但于第三省电模式中被减少为100MHz。表1的第四行为存储器的工作时脉频率。由表中可见存储器的工作时脉频率于初始省电模式中为333MHz，但于第三省电模式中被减少为200MHz。
图3为依据本发明减少于工作状态下电源消耗的计算机系统400的区块图。计算机系统400包括芯片组402、存储器404以及处理器406。处理器406与芯片组402经由一处理器总线连接，而存储器404与芯片组402经由一存储器总线连接。计算机系统400尚包括供应芯片组402的电压VDD的芯片组电源控制器414，供应存储器404的电压VDDQ与VTT的存储器电源控制器412，以及提供计算机系统400时脉信号的时脉合成器(clocksynthesizer)416。芯片组402包括两个耦接至芯片组电源控制器414的第一电源控制管脚PSMPWR[1:0]#，两个耦接至存储器电源控制器412的第二电源控制管脚PSMPWR[3:2]#，以及两个耦接至时脉合成器416的频率控制管脚PSMFREQ[1:0]#。
芯片组402包括一省电模式控制器410，其可控制计算机系统400的省电模式。省电模式控制器410可检测多个省电模式变换条件，以决定是否调整该计算机系统的该省电模式。计算机系统的使用者亦可透过应用软件手动设定计算机系统400的省电模式，此时应用软件会依据设定值调整省电模式控制器410的暂存器内容。若计算机系统的省电模式被提升，则省电模式控制器410透过第一电源控制管脚PSMPWR[1:0]#通知芯片组电源控制器414降低供应芯片组的电压VDD，并透过第二电源控制管脚PSMPWR[3:2]#通知存储器电源控制器412降低供应该存储器的电压VDDQ与VTT。此时，芯片组的电压VDD与存储器的电压VDDQ与VTT被降低至表1中记录的值。省电模式控制器410并透过频率控制管脚PSMFREQ[1:0]#通知时脉合成器416减少供芯片组402动作的时脉信号HCLK的频率、供处理器总线动作的工作频率，以及供存储器404动作的时脉信号DCLK的频率。此时，芯片组、总线及存储器的工作频率被降低至表1中记录的值。以提升该计算机系统的省电模式。
图4为依据本发明减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法500的流程图。计算机系统400首先于步骤502启动。步骤504中依据一些预先设定参数对省电模式控制器410的暂存器内容进行设定，使省电模式控制器410的暂存器储存所述初始值。接着，于步骤506中致能省电模式控制器410。计算机系统400接着于步骤508进入G0的工作状态及初始省电模式。省电模式控制器410接着于步骤510中检测省电模式变换条件，以决定是否提升计算机系统400的省电模式。省电模式变换条件将于图5、表2、图6中做进一步说明。若省电模式控制器410接着于步骤510中决定提升省电模式，则计算机系统400的省电模式于步骤512中进入第一省电模式。
省电模式控制器410每隔一段固定时间间隔便重新检查省电模式变换条件，以决定是否提升或降低计算机系统的省电模式，例如于步骤514、518及522中所示。计算机系统可依据检查省电模式变换条件的结果决定将目前的省电模式提升、降低或维持不变。若决定维持目前的省电模式，则省电模式不进行任何调整。若决定提升计算机系统目前的省电模式，则省电模式控制器410通知芯片组电源控制器414及存储器电源控制器412降低供应芯片组及存储器的电压VDD、VDDQ及VTT，并通知时脉合成器416减少供芯片组402、存储器404及处理器总线动作的时脉频率，以提升计算机系统的省电模式，例如将计算机系统自步骤514的第一省电模式提升至步骤516的第二省电模式，或将计算机系统自步骤518的第二省电模式提升至步骤520的第三省电模式。若决定降低计算机系统目前的省电模式，则省电模式控制器410通知芯片组电源控制器414及存储器电源控制器412提升供应芯片组及存储器的电压VDD、VDDQ及VTT，并通知时脉合成器416增加供芯片组402、存储器404及处理器总线动作的时脉频率，以降低计算机系统的省电模式，例如将计算机系统自步骤522的第三省电模式降低至步骤516的第二省电模式，或将计算机系统自步骤518的第二省电模式降低至步骤512的第一省电模式。关于提升或降低省电模式的详细处理过程将分别以图7a及图7b进行说明。
图5为依据本发明自动检查省电模式变换条件的计算机系统600的区块图。计算机系统600包括芯片组402、存储器404、处理器406、影像卡622、南桥芯片628、以及多个外围设备640。南桥芯片628缓冲于外围设备640与处理器406间交换的数据。芯片组402包含一芯片组核心模块630及图3的省电模式控制器410。芯片组亦包括外围设备缓冲器638、处理器输出入缓冲器636、影像卡缓冲器632以及存储器缓冲器634。外围设备缓冲器638是负责缓冲于南桥芯片628与芯片组402间交换的数据。处理器输出入缓冲器636是负责缓冲于处理器406与芯片组402间交换的数据。影像卡缓冲器632是用以缓冲于影像卡622与芯片组402间交换的数据。存储器缓冲器634是用以缓冲于存储器404与芯片组402间交换的数据。由于所述缓冲器的填满程度可反映计算机系统的工作量，因此省电模式控制器410可周期性地检测外围设备缓冲器638、处理器输出入缓冲器636、影像卡缓冲器632、以及存储器缓冲器634的填满程度，以决定是否调整计算机系统目前的省电模式。因此，所述缓冲器的填满程度的组合可用以作为省电模式控制器410检测的省电模式变换条件。
表2为依据本发明列出各式省电模式变换条件的表。
                            表2
Figure A20071009052400141
表2的各列分别与四种省电模式相对应。表2的每行则分别表示其中一种省电模式变换条件。表2的前4个省电模式变换条件分别为处理器输出入缓冲器636、存储器缓冲器634、外围设备缓冲器638、以及影像卡缓冲器632的填满程度。表2的第5个省电模式变换条件则为一三维绘图引擎缓冲器的填满程度，其中三维绘图引擎缓冲器用以缓冲于芯片组402与处理器的一三维绘图引擎间交换的数据。表2的第6个省电模式变换条件则为一MPEG译码引擎缓冲器的填满程度，其中MPEG译码引擎缓冲器用以缓冲于芯片组402与处理器的一MPEG译码引擎间交换的数据。表2的最后一列省电模式变换条件则为处理器406或芯片组402的温度。举例来说，若省电模式控制器410发现表2的部分缓冲器的填满程度仅达50％，则依据表2计算机系统最恰当的省电模式应为第三省电模式。此时若目前计算机系统的省电模式非第三省电模式，则省电模式控制器410会自动将计算机系统的省电模式提升至第三省电模式。随后，若芯片组402与处理器的MPEG译码引擎间交换的数据增加而计算机系统来不及处理时，MPEG译码引擎缓冲器的填满程度会因此增加。当MPEG译码引擎缓冲器的填满程度增加至70％时，省电模式控制器410会自动将计算机系统的省电模式降低至第二省电模式，以增加数据处理效能。表2中列举的省电模式变换条件仅供说明之用，系统设计者可依据系统需求自由的设计不同的省电模式变换条件。
图6为侦测处理器输出入缓冲器636的填满程度的侦测电路800的区块图；侦测电路800可实现在依据本发明的省电模式控制器410之中。侦测电路800亦可用以侦测图5及表2中的其他缓冲器的填满程度。处理器输出入缓冲器636的数据索引被送至锁存器802。处理器输出入缓冲器636的数据索引表示目前缓冲器内储存的有效数据状态。例如，数据索引包含有缓冲器内储存数据的起始指标及缓冲器内储存数据的最终指标。每当锁存器802被由时脉产生器820产生的第一时脉信号所触发时，锁存器802便锁存住目前收到的数据索引，而后方的第一存储阵列804则将锁存器802每次锁存的数据索引进行储存。第一存储阵列804储存的数据索引接着由平均器806平均，以产生处理器输出入缓冲器636的平均数据索引。该平均数据索引被送至锁存器812。每当锁存器812被由时脉产生器820产生的第二时脉信号所触发时，锁存器812便锁存住目前收到的平均数据索引，而后方的第二存储阵列814则将锁存器812每次锁存的平均数据索引进行储存。当平均器816收到时脉产生器820产生的计时终点时，平均器816对第二存储阵列814储存的平均数据索引再行平均，以产生处理器输出入缓冲器636的填满程度。暂存器830中储存表2中第一行记载的处理器输出入缓冲器636的填满程度的预设值。因此，比较器840可将处理器输出入缓冲器636的填满程度与暂存器830中储存的预设值进行比较，以决定计算机系统目前最合适的省电模式。
图7a为依据本发明提升计算机系统的省电模式的方法900的流程图。省电模式控制器410首先于步骤902中决定提升计算机系统的目前省电模式，以降低电能消耗。此时由于处理器406可能仍有部分锁定总线的运算仍在持续进行中，因此省电模式控制器410必须于步骤904中等待直到所述运算执行完毕为止。接着，省电模式控制器410于步骤906中致能芯片组的一总线控制信号，用以控制该总线。该总线控制信号可经由致能芯片组402的总线优先请求(Bus Priority Request，BPRI)管脚实现，以通知处理器406芯片组402将接管总线。省电模式控制器410接着于步骤908中致能芯片组402的电源控制管脚PSMPWR#，以通知芯片组电源控制器414及存储器电源控制器412降低供应芯片组402的电压VDD及存储器404的电压VDDQ及VTT，以提升计算机系统的省电模式。省电模式控制器410接着于步骤910中致能芯片组402的频率控制管脚PSMFREQ#以产生一频率控制信号，以通知时脉合成器416减少供处理器406、处理器总线及存储器404动作的时脉频率。省电模式控制器410亦于步骤912中减低总线的驱动力，以提升计算机系统的省电模式。最后，省电模式控制器410于步骤914中去能芯片组402的总线优先请求管脚BPRI#，以通知处理器406芯片组402已释出总线。于是，计算机系统的处理器406、存储器404及芯片组402皆工作于较低的工作频率及工作电压下，因而可减低其耗电。步骤906及914中的总线优先请求管脚BPRI#可以由阻挡下一请求(Block NextRequest，BNR)管脚替代，而达到相同功效。
图7b为依据本发明降低计算机系统的省电模式的方法960的流程图。省电模式控制器410首先于步骤962中决定降低计算机系统的目前省电模式，以增加电能消耗，提供系统更高的运算能力。此时由于处理器406可能仍有部分锁定总线的运算仍在持续进行中，因此省电模式控制器410必须于步骤964中等待直到所述运算执行完毕为止。接着，省电模式控制器410于步骤966中致能芯片组的一总线控制信号，用以控制该总线。该总线控制信号可经由致能芯片组402的总线优先请求管脚BPRI#实现，以通知处理器406芯片组402将接管总线。省电模式控制器410接着于步骤968中去能芯片组402的电源控制管脚PSMPWR#以产生一电压控制信号，以通知芯片组电源控制器414及存储器电源控制器412提升供应芯片组402的电压VDD及存储器404的电压VDDQ及VTT，以降低计算机系统的省电模式。省电模式控制器410接着于步骤970中去能芯片组402的频率控制管脚PSMFREQ#，以通知时脉合成器416增加供处理器406、处理器总线及存储器404动作的时脉频率。省电模式控制器410亦于步骤972中提升总线的驱动力，以降低计算机系统的省电模式。最后，省电模式控制器410于步骤974中去能芯片组402的总线优先请求管脚BPRI#，以通知处理器406芯片组402已释出总线。于是，计算机系统的处理器406、存储器404及芯片组402皆工作于较高的工作频率及工作电压下，因而可增加其耗电，并提供更高的运算能力。步骤966及974中的总线优先请求管脚BPRI#可以由阻挡下一请求管脚BNR#替代，而达到相同功效。
本发明提供一减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法。芯片组可自动侦测计算机系统的忙碌状态，以决定目前系统最合适的省电模式。通过动态地降低计算机系统的工作电压，并减少计算机系统的工作频率，即使在工作状态下，计算机系统的耗电量仍可减少，并维持工作的品质。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
402：芯片组
404：存储器
406：处理器
410：省电模式控制器
412：存储器电源控制器
414：芯片组电源控制器
416：时脉合成器
622：影像卡
628：南桥芯片
630：芯片组核心模块
632：影像卡缓冲器
634：存储器缓冲器
636：处理器输出入缓冲器
638：外围设备缓冲器
640：外围设备
802、812：锁存器
804：第一存储阵列
814：第二存储阵列
806、816：平均器
820：时脉产生器
830：暂存器
840：比较器

Claims (11)

1.一种减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法，该计算机系统包括一芯片组经由一总线连接至一电子装置，其特征在于，该方法包括下列步骤：
检测至少一省电模式变换条件，以决定是否调整该计算机系统的省电模式；
依据该计算机系统的省电模式，调整供应该芯片组的第一电压；以及
依据该计算机系统的省电模式，调整供该总线动作的第一时脉频率。
2.根据权利要求1所述的减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法，其特征在于，若该计算机系统的省电模式被提升，则减少供应该芯片组的第一电压，并减少供该总线动作的第一时脉频率；若该计算机系统的省电模式被降低，则提升供应该芯片组的该第一电压，并增加供该总线动作的该第一时脉频率。
3.根据权利要求1所述的减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法，其特征在于，该检测至少一省电模式变换条件的步骤是比较该芯片组的一缓冲器的填满程度与该省电模式变换条件。
4.根据权利要求1所述的减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法，其特征在于，该方法更包括提供一应用软件以供使用者手动调整该计算机系统的该省电模式。
5.根据权利要求1所述的减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法，其特征在于，该方法更包括：
依据该计算机系统的省电模式，调整该总线的驱动力。
6.根据权利要求2所述的减少计算机系统于工作状态下电源消耗的方法，其特征在于，该方法更包括：
于该第一时脉频率及第二时脉频率调整前，致能该芯片组的一阻挡下一请求管脚，以通知处理器该芯片组将接管该总线；以及
于该第一时脉频率及该第二时脉频率调整后，去能该芯片组的该阻挡下一请求管脚，以通知该处理器该芯片组已释出该总线。
7.一种可减少计算机系统于工作状态下电源消耗的芯片组，接收一电源控制器的一第一电压，其特征在于，该芯片组包括：
一缓冲器，用以缓冲耦接至该芯片组的一总线的数据；
一省电模式控制器，包括有：
一锁存器接收一第一触发信号及该缓冲器的一数据索引，若该第一触发信号触发该锁存器时，该锁存器输出所接收的该数据索引；
一存储阵列，储存该锁存器输出的该数据索引；
一平均器，若接收到一计时终点信号时，对该存储阵列储存的内容进行平均运算，以产生一缓冲器填满程度；
一暂存器，用以储存至少一省电模式变换条件；以及
一比较器，依据该平均器产生的该缓冲器填满程度及该省电模式变换条件，对应产生一电压控制信号，用以调整该第一电压；
其中当该计算机系统的省电模式被提升时，该计算机系统的电源消耗自该计算机系统的正常工作状态更进一步减少。
8.根据权利要求7所述的可减少计算机系统于工作状态下电源消耗的芯片组，其特征在于，该省电模式控制器更比较该芯片组的该缓冲器的填满程度与该省电模式变换条件，产生一频率控制信号至一时脉合成器，用以调整该总线的一第一时脉频率。
9.根据权利要求8所述的可减少计算机系统于工作状态下电源消耗的芯片组，其特征在于，该省电模式控制器于调整该第一时脉频率前，先行致能该芯片组的一总线控制信号，用以控制该总线；该省电模式控制器并于调整该第一时脉频率后，去能该芯片组的该总线控制信号，用以释出该总线。
10.根据权利要求7所述的可减少计算机系统于工作状态下电源消耗的芯片组，其特征在于，该省电模式控制器更依据一处理器的温度与该省电模式变换条件，产生该电压控制信号。
11.根据权利要求7所述的可减少计算机系统于工作状态下电源消耗的芯片组，其特征在于，该省电模式控制器更依据比较该芯片组的该缓冲器的填满程度与该省电模式变换条件，调整该总线的驱动力。
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