CN101281415A - 电源管理技术中的动态电压频率调整方法 - Google Patents

电源管理技术中的动态电压频率调整方法 Download PDF

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CN101281415A CNA2007100392559A CN200710039255A CN101281415A CN 101281415 A CN101281415 A CN 101281415A CN A2007100392559 A CNA2007100392559 A CN A2007100392559A CN 200710039255 A CN200710039255 A CN 200710039255A CN 101281415 A CN101281415 A CN 101281415A
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石万群
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Abstract

一种电源管理技术中的动态电压频率调整方法，其步骤：采集不同硬件信号；写入硬件动态电压频率调整控制器及CPU负荷日志的相应寄存器；通过操作系统/软件驱动读取CPU负荷日志信息，分析后输入其接口模块中；并通过锁相环PLL和电源供给接口读取动态处理温度补偿、硬件动态电压频率调整控制器、操作系统/软件驱动接口模块处理后的信息；并通过相关的算法分析，输给相应的频率调整和电压调整单元，从而完成调整系统实时动态电压频率。本发明根据系统性能需求调整其工作频率，相应降低系统工作电压，减少动态功耗。大大改善传统简单电源管理技术带来电池的使用时间短，系统稳定性，可靠性差等缺点。可运用便携式多媒体播录放器，智能手机等各种嵌入式系统设备。

Description

电源管理技术中的动态电压频率调整方法
【技术领域】
本发明涉及一种电源管理技术，特别是一种电源管理技术中的动态电压频率调整方法。
【背景技术】
数字化电源需求近来已大幅攀升。前沿半导体制程技术不但让器件变得更小更快，它们还需要更低(密度更大)的供应电压和更高的供应电流；在此同时，最终系统的功能持续提升，体积和平均售价则不断下降。这些因素迫使电源供应设计人员随着产品世代交替不断开发更精确、响应速度更快、效率更高、体积更小和成本更低的电源供应。面对这些问题，传统模拟控制解决方案正逐渐变得束手无策。
电源设计是手持设备设计中的一大难题，也是限制手持设备减小体积和扩展功能的一大瓶颈。在这一类嵌入式系统中，CPU集成较多外设控制器，并且为实现诸多复杂功能，系统中外扩许多控制芯片。因此造成了系统电压轨较多、功耗大的局面。现在的手持设备，大都要求有工作模式、睡眠模式等不同的工作模式，在电源管理上，对设计者也提出了更高的要求；又不能收集系统运行的负荷状态，节能效果不显著；电源管理和实时性能要求之间的复杂关系处理不够精确和高效。同时随着系统速度的提升也加速了设备功耗的提升，缩短了电池续航能力，系统的整体稳定性和可靠性也随之受到极大的影响。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术中所存在的缺陷，提供一种电源管理技术中的动态电压频率调整方法。
本发明采用了下列技术方案解决了其技术问题：一种电源管理技术中的动态电压频率调整方法，其特征在于包括以下步骤：
通过系统的CPU负荷监控模块采集来自不同I.MX处理器功能单元的硬件信号；
将采样后的处理信息分别写进硬件动态电压频率调整控制器的相应寄存器，以及CPU负荷日志的相应寄存器；
通过操作系统/软件驱动读取CPU负荷日志的信息，分析后输出动态信息到操作系统/软件驱动接口模块中；
通过锁相环PLL和电源供给接口读取动态处理温度补偿(DPTC)处理后的信息；
通过锁相环PLL和电源供给接口读取硬件动态电压频率调整控制器处理后的信息；
通过锁相环PLL和电源供给接口读取操作系统/软件驱动接口模块处理后的信息；
将上述处理后的信息通过相关的算法分析，输出相应的信息给频率调整单元，以及电压调整单元，从而完成系统实时动态调整系统频率和电压。
本发明是根据当前系统的性能需求调整系统的工作频率。通过降低系统频率，可以相应的降低系统工作电压，达到动态减少功耗的目的。
本发明可运用在各种嵌入式系统设备和产品的开发，如便携式多媒体播放器，MP3播放机，智能手机，摄录机等多种手持式设备和产品。大大改善传统简单电源管理技术带来电池的使用时间短，系统稳定性，可靠性差等缺点。同时也可以与其他多种节能模式相结合。比起传统的设计，同样容量的电池，本发明可以提高系统使用时间一倍以上。
【附图说明】
附图为本发明动态电压频率调整机制图。
图中各序号分别表示为：
10-动态处理温度补偿(DPTC)
11-操作系统/软件驱动
12-操作系统/软件驱动接口模块
13-锁相环PLL和电源供给接口
14-频率调整单元
15-电压调整单元
16-CPU负荷日志
17-硬件动态电压频率调整控制器
18-CPU负荷监控模块
【具体实施方式】
以下结合实施例以及附图对本发明作进一步的描述。
任何一个设备的功耗于两部分组成，即动态功耗和静态功耗：
P(总)＝P(动态)+P(静态)
在系统激活模式中，动态功耗应该被考虑，如当数字信号变化，模拟电路改变状态时等因为设备需要完成用户功能而发生的操作变化时。动态功耗定义如下：
P(动态)＝C(电容)×V2(电压)×F(频率)
在公式中，电压是被平方，所以对动态功耗的大小提供了更大的作用，对电池的使用时间影响更大。
另一方面，在设备运行模式中动态功耗要比静态功耗大的多，但是在设备处于不运行模式占主导位置时，静态功耗对设备的使用时间起了一个至关重要的因素，如手机处于待机模式，PDA处于关闭模式等等。在典型的使用案例中，待机模式的时间是运行模式时间的10倍长。
P(静态)＝f(漏流)
静态功耗是漏流的一个函数，它主要依赖于所使用的制造工艺，尺寸，三极管的电压等等。
由此，本发明所述的动态电压频率调整技术降低了动态功耗。
请参照附图，本发明包括以下步骤：
通过系统的CPU负荷监控模块18采集来自不同I.MX处理器功能单元的硬件信号。
将采样后的处理信息分别写进硬件动态电压频率调整控制器17的相应寄存器，以及CPU负荷日志16的相应寄存器。即将上述采样后的信息通过与先前定义的可编程的度量衡比较，一旦系统负荷改变，跨越开始设定的边界值后分别发送命令输出给硬件动态电压频率调整控制器17的相应寄存器，以及CPU负荷日志16的相应寄存器。
通过操作系统/软件驱动11读取CPU负荷日志16的信息，分析后输出动态信息到操作系统/软件驱动接口模块12中。即将通过操作系统/软件驱动11读取CPU负荷日志16的信息，通过软件动态电压频率调整算法分析系统行为，经编程频率-电压式样寄存器提供所需要的调整，再输出动态信息参数到操作系统/软件驱动接口模块12中，若系统负荷突然跳变到初始设定的最大性能值，系统即改变电压和频率到最高的等级。在这种情况下，系统的反应时间是可以忽略的，因为每个任务是被硬件自动完成的，不需要考虑CPU的状态和软件操作系统进程策略。
通过锁相环PLL和电源供给接口13读取动态处理温度补偿(DPTC)10处理后的信息；
通过锁相环PLL和电源供给接口13读取硬件动态电压频率调整控制器17处理后的信息；
通过锁相环PLL和电源供给接口13读取操作系统/软件驱动接口模块12处理后的信息；
将上述处理后的信息通过相关的算法分析，输出相应的信息给频率调整单元14，以及电压调整单元15。
即通过锁相环PLL和电源供给接口13读取动态处理温度补偿(DPTC)10发出的指令、硬件动态电压频率调整控制器17发出的指令，以及操作系统/软件驱动接口模块12发出的指令，改变相关的寄存器参数设置，然后再输出相应的数据给频率调整单元14的相应寄存器，以及电压调整单元15的相应寄存器，从而完成系统实时动态调整系统频率和电压。
本发明所述的动态电压频率调整方法是在给定的时段，提供给系统运行最小频率应用的电压降低到最小操作电压。本发明设置了自动硬件调节机制，通过使用最小的软件参与，来控制调节系统频率和电压。系统性能需求是被通过硬件采样I.MX处理器内部的信号所监控，如CPU的执行状态、数据总线请求状态和信号等，以确保最低的电压被使用。

Claims (4)

1. 一种电源管理技术中的动态电压频率调整方法，其特征在于包括以下步骤：
通过系统的CPU负荷监控模块(18)采集来自不同I.MX处理器功能单元的硬件信号；
将采样后的处理信息分别写进硬件动态电压频率调整控制器(17)的相应寄存器，以及CPU负荷日志(16)的相应寄存器；
通过操作系统/软件驱动(11)读取CPU负荷日志(16)的信息，分析后输出动态信息到操作系统/软件驱动接口模块(12)中；
通过锁相环PLL和电源供给接口(13)读取动态处理温度补偿(DPTC)(10)处理后的信息；
通过锁相环PLL和电源供给接口(13)读取硬件动态电压频率调整控制器(17)处理后的信息；
通过锁相环PLL和电源供给接口(13)读取操作系统/软件驱动接口模块(12)处理后的信息；
将上述处理后的信息通过相关的算法分析，输出相应的信息给频率调整单元(14)，以及电压调整单元(15)，从而完成系统实时动态调整系统频率和电压。
2. 根据权利要求1所述的电源管理技术中的动态电压频率调整方法，其特征在于：通过系统的CPU负荷监控模块(18)采集来自不同I.MX处理器功能单元的硬件信号，与先前定义的可编程的度量衡比较，一旦系统负荷改变，跨越开始设定的边界值后分别发送命令输出给硬件动态电压频率调整控制器(17)的相应寄存器，以及CPU负荷日志(16)的相应寄存器。
3. 根据权利要求1所述的电源管理技术中的动态电压频率调整方法，其特征在于：通过操作系统/软件驱动(11)读取CPU负荷日志(16)的信息，通过软件动态电压频率调整算法分析系统行为，经编程频率-电压式样寄存器提供所需要的调整，再输出动态信息参数到操作系统/软件驱动接口模块(12)中，若系统负荷突然跳变到初始设定的最大性能值，系统即改变电压和频率到最高的等级。
4. 根据权利要求1所述的电源管理技术中的动态电压频率调整方法，其特征在于：通过锁相环PLL和电源供给接口(13)读取动态处理温度补偿(DPTC)(10)发出的指令和硬件动态电压频率调整控制器(17)发出的指令，以及操作系统/软件驱动接口模块(12)发出的指令，改变相关的寄存器参数设置，输出相应的数据给频率调整单元(14)的相应寄存器，以及电压调整单元(15)的相应寄存器，从而完成系统实时动态调整系统频率和电压。
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