CN101515196A - 嵌入式系统功耗控制的方法、系统及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种嵌入式系统功耗控制的方法，通过获取总线模块与总线的数据传输指标，将所获取的数据传输指标与预先设定的数值范围进行比较，当所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，调整该总线模块的工作频率或工作电压。同时，本发明实施例还相应提供了一种嵌入式系统功耗控制的系统和相关装置。与现有技术相比，本发明实施例能够有效监控总线模块的负载，并根据监控结果调整该模块的工作参数，使该模块能运行在适当的工作参数下，可减小不必要的功耗。

Description

嵌入式系统功耗控制的方法、系统及装置
技术领域
本发明涉及电子技术领域，更具体地说，涉及一种嵌入式系统功耗控制的方法、系统及装置。
背景技术
随着手持设备的功能越来越多，在较小的装置当中必须嵌入功能更强的各种元件或模组，使得系统设计更为复杂。在电池容量增长有限的条件下，如何在提升功能性的同时，还能兼顾手持设备电池的使用寿命，成为当今手持设备设计者必须面对的问题。
要提高手持设备电池的寿命，必须从降低系统负载功耗方面下手，当前，业界采用各种技术手段实现功耗目标，其中，动态电压频率调整(DVFS)是根据功能需求，动态调整工作频率和工作电压，能有效降低动态功耗。
现有技术对芯片系统处理器进行动态电压频率调整的技术方案如图1所示，处理器负载监控器102内嵌于处理器101中，用于对处理器101的负载进行监控，通常情况下，负载监控器102对处理器本身执行的指令和空闲指令的比例及处理器的工作电流等指标进行监控，并将监控所获得的各项指标结果送至DVFS模块103，DVFS模块103获得处理器负载监控器发来的相关指标结果后，对处理器的工作频率和工作电压进行动态调整，从而动态调整处理器101的功耗。
在实现本发明创造的过程中，发明人发现，上述方法至少存在以下问题：
该方法通过监控处理器的负载，根据监控结果动态调整处理器的工作电压或工作频率，有效地减小了处理器的功耗，但该方法主要应用于对处理器的监控及DFVS调整，目前对于嵌入式系统中的其他模块，例如内存控制器等，却没有有效的方法来实现对其负载的监控，而由于片上系统(SoC)的发展，其他模块在整个系统中将占有越来越大的比重，而其消耗的功率占整个系统消耗功率的比重也将随之增大，需要寻找一种可以对嵌入式系统中的处理器和其他模块都适用的功耗控制方法。
发明内容
本发明实施例提供一种总线模块功耗控制的方法、系统和装置，以降低嵌入式系统中总线模块的功耗。
一种嵌入式系统功耗控制方法：
获取总线模块与总线的数据传输指标；
将所述数据传输指标与预先设定的数值范围进行比较，当所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，调整所述总线模块的工作频率或工作电压。
一种嵌入式系统，包括：
负载监控器，用于获取总线模块与总线的数据传输指标，将获取的数据传输指标与预先设定的数值范围进行比较，并当所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，发送中断信号；
调整模块，用于在接收到所述中断信号后，对总线模块的工作频率或工作电压进行调整。
一种负载监控器，包括：
比较逻辑器，用于将总线模块与总线的数据传输指标与预设的数值范围进行比较，并在所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，发送触发信息；
中断控制逻辑器，用于在接收到所述触发信息后，产生用于触发对所述总线模块的工作频率或工作电压进行调整的中断信号并发送。
本发明实施例提供的技术方案具有以下优点和特点：本发明实施例通过获取总线模块与总线的数据传输指标，并将所获取的传输指标与预先设定的数值范围进行比较，根据比较结果动态调整该模块的工作参数，使该模块能运行在适当的工作参数下，以减少不必要的功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中对处理器进行工作参数调整的模块结构示意图；
图2为本发明具体实施例中对总线模块进行工作参数调整流程图；
图3为本发明具体实施例中对数字模块进行负载监控的连接示意图；
图4为本发明具体实施例中负载监控器的内部结构示意图；
图5为本发明具体实施例中对数字模块进行工作参数调整流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在嵌入式系统中，基于总线模块和总线之间数据吞吐量的相关性，可以通过监控与目标模块所对应的总线节点来监控目标模块的负载，并根据监控结果动态调整目标模块的工作参数，以达到减小该模块功耗的目的。本发明实施例所述的总线模块，指需要通过系统总线进行数据传输的模块，特别是嵌入式系统中总线密集型的模块，例如处理器、内存控制器、图形加速器，音视频解码器等。具体步骤如图2所示，包括：
步骤S201：获取所要监控总线节点的数据传输指标。
该步骤中，总线节点的数据传输指标可以是该节点的数据传输次数，也可以是该节点的数据流量等多种相关指标。
步骤S202-步骤S203：将获取的总线节点的数据传输指标与预先设定的数值范围进行比较，如果超出设定的数值范围，则执行步骤S204，否则，执行步骤S205。
由于总线节点的数据传输指标可具体为该节点的总线传输次数或数据流量等相关指标，假设现获取到了所要监控的总线节点的总线传输次数，将该数值与预先设定的总线传输次数的数值范围进行比较，并根据比较结果进行后续操作；同理，如果获取到的是所要监控的总线节点的数据流量，进行类似操作。根据不同的系统情况，也可以将数据传输指标中所涉及的多项相关指标进行比较后综合多项比较结果并采取后续操作。
步骤S204：调整所监控总线节点所对应的总线模块的工作参数。
在该步骤中，根据步骤S202-步骤S203的比较结果，如果所获取的总线节点的数据传输指标不在预先设定的数值范围内，且大于所设定范围的上限，则调高该总线节点所对应的模块的工作频率或工作电压等工作参数；如果所获取的总线节点的数据传输信息的数值不在预先设定的数值范围内，且小于所设定范围的下限，则调低该总线节点所对应的模块的工作频率和工作电压等工作参数。
步骤S205：维持所监控总线节点所对应的数据模块的工作频率和工作电压不变。
上述流程中，通过获取总线模块与总线的数据传输指标，并将所获取的传输指标与预先设定的数值范围进行比较，根据比较结果动态调整该模块的工作参数，使该模块能运行在适当的工作参数下，以减少不必要的功耗。
图3为采用上述方法对总线模块进行负载监控的连接示意图，如图所示：被监控模块301为连接于总线上的总线模块，负载监控模块302连接于被监控模块与总线的节点上，用于对被监控模块进行负载的监控。
由图3可以得知，负载监控器是实现对总线模块进行负载监控的关键装置，就该装置的具体的内部结构与接口，下面做详细说明。如图4所示，图4为负载监控器的内部结构示意图，包括：
比较逻辑器406，用于获取总线模块与总线之间的数据传输指标，将总线模块与总线之间的数据传输指标与预设的数值范围进行比较，并在所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，发送触发信息；
中断控制逻辑器407，用于在接收到所述触发信息后，产生用于触发对所述总线模块的工作频率或工作电压进行调整的中断信号并发送。
还可以包括：
监控周期计数器401，用于实现对负载监控器内部各模块周期计时；
配置寄存器408，用于接收负载监控器配置信息，根据所述负载监控器配置信息对所述监控周期计数器和/或所述比较逻辑器进行配置。
还可以进一步包括：
传输次数计数器402，用于在监控周期内判断被监控模块与总线是否有读写传输操作，并对传输次数累加计数并输出结果，并在监控周期边界清空计数值。
还可以包括：
数据量计数器404，用于在监控周期内判断被监控模块与总线是否有读写数据传输操作，并对传输的数据量进行累加计数并输出结果，并在监控周期边界清空计数值。
仍如图4所示，在一个实施例中，本发明实施例的负载监控器包括图4所示的各个模块，具体包括：
监控周期计数器401，用于实现监控周期计时，在每个监控周期边界输出脉冲信号启动相关逻辑，该信号同时输出至传输次数计数器402、传输次数寄存器403、数据量计数器404、数据量寄存器405和比较逻辑器406，以实现上述几个模块能够工作在同步状态下。
传输次数计数器402，用于在监控周期内判断总线节点是否有读写传输启动，并对传输次数累加计数，并在监控周期边界清空计数值。
传输次数寄存器403，用于在监控周期边界采样传输次数计数器402获得的传输次数的累加值，并将该值发送给比较逻辑器406。
数据量计数器404，用于在监控周期内判断总线节点是否有读写数据传输，并对数据量进行累加计数，并在监控周期边界清空计数值。
数据量寄存器405，用于在监控周期边界采样数据量计数器404获得的数据量的累加值，并将该值发送给比较逻辑器406。
比较逻辑器406，用于在监控的累加值更新后，将接收到的监控周期内传输次数和数据量与预设的数值范围进行比较；
中断控制逻辑器407，用于获取比较逻辑器406的比较结果(其获取比较结果的方式可以是由比较逻辑器406主动发送)，如果所述传输次数和数据量均不在预先设定的数值范围内，则产生中断信号并发送。
配置寄存器408，用于对监控过程中的各项参数指标进行配置，包括监控周期配置、数值范围配置、数值范围比较方式配置等。
需要说明的是，在其他实施例中，比较逻辑器406将接收到的监控周期内传输次数和数据量与预设的数值范围进行比较后，还对比较结果进行分析，如果所述传输次数和数据量均不在预先设定的数值范围内，则发送触发信息，否则，不发送所述触发信息。中断控制逻辑器407在接收到所述触发信息后，产生中断信号并发送。在监控结束后，需要根据监控结果对工作参数进行调整，以实现对功耗的控制，因此还存在调整模块，用于调整被监控模块的工作参数。
由于被监控模块工作参数的改变，则负载监控器的各项工作指标也要做相应调整，需要配置模块，该模块用于根据调整后的工作参数产生负载监控器的配置信息，并发送给配置寄存器408。
本发明实施例的负载监控器，如图3所示，可以为每个需监控的总线模块设置负载监控器，如箭头所示的子总线上；也可以多个总线模块共用一个负载监控器，将负载监控器设置于黑线所示的总线上。
结合上述方法和装置，通过对AMBA3 AXI总线节点的负载监控更为详细地介绍本发明的技术方案。
参阅图5，其为该具体实施例的流程图。
步骤S501，设置监控过程中的各项参数指标，如设置当前频率下的监控周期时长、一个监控周期内的传输次数范围、一个周期内的数据量范围、比较方式和统计结果刷新模式等。
其中，在进行监控周期时长设置时，由于不同的系统，设置有不同的周期步长和周期最大值，根据相应的系统运行情况，可以在周期步长和周期最大值之间以满足周期步长的整数倍为条件灵活设置监控周期。
在进行比较方式设置时，根据实际情况，可以设置传输次数或数据量超出预设数值范围即上报中断；或设置传输次数和数据量均超出预设数值范围才上报中断；或设置只比较传输次数是否超出预设数值范围，在该种情况下，无需对数据量进行统计；或设置只比较数据量是否超出预设数值范围，在该种情况下，无需对传输次数进行统计。
步骤S502，启动总线节点负载监控。
在该过程中，根据步骤S501中的设置，刷新周期计时器；假设在步骤S501中，将比较方式设置为传输次数和数据量均超出预设数值范围才上报中断方式，因此需要将传输次数计数器和数据量计数器同时清空。
步骤S503，启动周期计时，并同时进行传输次数和数据量的统计。
由于是对AMBA3AXI总线接口进行负载监控，而AXI总线可细分为独立的读/写数据总线、读/写地址总线和写返回总线共5条子总线。
因此，在对总线传输次数进行统计时，需要监控读/写地址通道的valid/ready握手信号包括：
awvalid：写地址和控制信息有效标志；
awready：表示从设备能够接收写地址和控制信息；
arvalid：读地址和控制信息有效标志；
arready：表示从设备能够接收读地址和控制信息。而传输次数判断逻辑为：
awvalid信号和awready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平时表征一次写传输启动；
arvalid信号和arready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平时表征一次读传输启动。
由于传输次数统计为读传输和写传输的总和，而AXI总线中读通道和写通道是相互独立的，因此如果同一个时钟信号aclk上升沿读传输和写传输同时启动，则传输次数统计值应该加2，如果只有读传输或写传输启动，则传输次数统计值应该加1，其它情况不作统计。
同时，对于总线数据量进行统计时，需要监控读/写数据通道的valid/ready握手信号包括：
wvalid：表示写数据有效；
wready：表示从设备能够接收写数据；
rvalid：表示读数据有效；
rready：表示从设备能够接收读数据。
而数据量判断逻辑为：
wvalid信号和wready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平表征一次写数据成功；
rvalid信号和rready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平表征一次读数据成功。
与传输次数统计类似，如果在同一个时钟信号aclk上升沿读数据和写数据同时成功，则数据量统计值应该加2，如果只有读数据或写数据成功，则数据量统计应该加1，其它情况不作统计。
步骤S504：监控周期结束，停止传输次数和数据量的统计。
步骤S505-步骤S506：将传输次数和数据量的统计结果与预设的数值范围进行比较，如果传输次数和数据量均超出预设的数值范围，则执行步骤S507，否则，跳至步骤S502。
在停止传输次数和数据量的统计后，传输次数计数器和数据量计数器将统计结果分别发送至传输次数寄存器和数据量寄存器中，完成对传输次数寄存器和数据量寄存器的数据更新。传输次数寄存器和数据量寄存器将传输次数统计结果和数据量统计结果发送至比较逻辑器，通过与比较逻辑器中预先配置好的传输次数数值范围和数据量数值范围进行比较，得出比较结果并采取相应后续操作。
另外，在该步骤中，需要注意，当出现传输次数和数据量一个低于设定下限，而一个高于设定上限时，表明预先设定的数值范围存在问题，应当重新设置。
步骤S507：生成中断信号。根据调整后的工作频率或工作电压对各项参数指标进行设置。
在该步骤中，中断控制逻辑模块根据比较逻辑模块发来的比较结果，产生相应的中断信号。
步骤S508：根据步骤S507中生成的中断信号调整该总线节点所对应的数字模块的工作频率或工作电压。
至此，完成了一个周期内对所要监控模块的负载监控和工作参数调整过程。
同样，当对AMBA2AHB总线节点进行负载监控时，采用同监控AMBA3AXI相同的流程完成，但由于监控的具体信号不同，因此，在进行传输次数的数据量统计时存在较大差别。
在AHB总线中，总线时钟信号用hclk进行表示，需要监控的信号主要有htrans[1:0]和hready信号，而两信号分别表示：
htrans[1:0]：当前传输类型信号，并包含以下4个类型：00：IDLE；01：BUSY；10：NONSEQ；11：SEQ。其中，NONSEQ代表本次传输的首个数据，而SEQ代表本次传输的非首个数据。
hready：传输状态指示信号，包含以下2个类型：1：传输完成；0：传输未完成。
传输次数判断逻辑为：
在时钟信号hclk上升沿，如果hready信号为高，且htrans为NONSEQ时，表示一次传输操作启动。
由于在AHB总线上的读写传输不可能同时启动，因此每次传输启动则传输次数统计值加1。
数据量判断逻辑为：
在hclk上升沿，如果hready信号为高，且htrans为NONSEQ或者SEQ时，表示一次数据传输有效。
由于AHB总线上的读写数据不可能同时进行，因此每次数据传输有效则数据量统计值加1。
因对AMBA2 AHB总线节点进行负载监控时，流程与AMBA3 AXI总线相同，在此就不做赘述。
由上述具体实施例可以得知，本发明实施例通过获取总线模块与总线的数据传输指标，如传输次数、传输数据量等指标，达到对总线模块当前运行负载的获取，并将所获取的传输指标与预先设定的上下限进行比较，根据比较结果动态调整该模块的工作参数，使该模块能运行在适当的工作参数下，以减少不必要的功耗。
本领域技术人员可以理解，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (17)

1、一种嵌入式系统的功耗控制方法，其特征在于：
获取总线模块与总线之间的数据传输指标；
将所述数据传输指标与预先设定的数值范围进行比较，当所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，调整所述总线模块的工作频率或工作电压。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数值范围是根据所述总线模块的当前工作电压或工作频率设定的，所述方法还包括：
在调整所述总线模块的工作频率或工作电压之后，根据调整结果对所述数值范围进行重新配置。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总线模块与总线的数据传输指标包括：总线模块与总线之间的数据传输次数和/或数据流量。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述调整所述总线模块的工作频率或工作电压包括：
如果比较结果表明所述数据传输参数大于预先设定的上限，则调高总线模块的工作频率或工作电压；或
如果比较结果表明所述数据传输参数小于预先设定的下限，则调低总线模块的工作频率或工作电压。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总线模块包括处理器、内存控制器、图形加速器或解码器。
6、一种嵌入式系统，其特征在于，包括：
负载监控器，用于获取总线模块与总线之间的数据传输指标，将获取的数据传输指标与预先设定的数值范围进行比较，并当所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，发送中断信号；
调整模块，用于在接收到所述中断信号后，对总线模块的工作频率或工作电压进行调整。
7、如权利要求6所述的系统，其特征在于，进一步包括：
配置模块，用于根据调整后的工作频率或工作电压，生成负载监控器配置信息，用于对所述负载监控器进行配置。
8、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述总线模块与总线之间的数据传输指标包括：总线模块与总线的数据传输次数和/或数据流量。
9、如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述负载监控器包括：
比较逻辑器，用于将接收到的数据传输指标与预设的数值范围进行比较；
中断控制逻辑器，用于获取所述比较逻辑器的比较结果，当所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，产生中断信号并发送。
10、一种负载监控器，其特征在于，包括：
比较逻辑器，用于获取总线模块与总线之间的数据传输指标，将总线模块与总线之间的数据传输指标与预设的数值范围进行比较，并在所述数据传输指标超出所述预先设定的数值范围时，发送触发信息；
中断控制逻辑器，用于在接收到所述触发信息后，产生用于触发对所述总线模块的工作频率或工作电压进行调整的中断信号并发送。
11、如权利要求10所述的负载监控器，其特征在于，还包括：
监控周期计数器，用于实现对负载监控器内部各模块周期计时；
配置寄存器，用于接收负载监控器配置信息，根据所述负载监控器配置信息对所述监控周期计数器和/或所述比较逻辑器进行配置。
12、如权利要求10所述的负载监控器，其特征在于，还包括：
传输次数计数器，用于在监控周期内判断被监控模块与总线是否有读写传输操作，并对传输次数累加计数并输出结果，并在监控周期边界清空计数值。
13、如权利要求10所述的负载监控器，其特征在于，还包括：数据量计数器，用于在监控周期内判断被监控模块与总线是否有读写数据传输操作，并对传输的数据量进行累加计数并输出结果，并在监控周期边界清空计数值。
14、如权利要求12所述的负载监控器，其特征在于，所述总线为AXI总线，所述传输次数计数器用于在awvalid信号和awready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平时判断存在写操作一次，将传输次数的计数值加1；或用于在arvalid信号和arready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平时判断存在读操作一次，将传输次数的计数值加1；其中，
awvalid表示写地址和控制信息有效标志；
awready表示从设备能够接收写地址和控制信息；
arvalid表示读地址和控制信息有效标志；
arready表示从设备能够接收读地址和控制信息。
15、如权利要求13所述的负载监控器，其特征在于，所述总线为AXI总线，所述数据量计数器用于在wvalid信号和wready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平时判断写数据成功，将数据量的计数值加1；或用于在rvalid信号和rready信号在时钟信号aclk上升沿同时为高电平时判断读数据成功，将数据量的计数值加1；其中：
wvalid表示写数据有效；
wready表示从设备能够接收写数据；
rvalid表示读数据有效；
rready表示从设备能够接收读数据。
16、如权利要求12所述的负载监控器，其特征在于，所述总线为AHB总线，所述传输次数计数器用于在时钟信号hclk上升沿，如果hready信号为高，且htrans为NONSEQ时，判断发生一次传输操作，将传输次数的计数值加1；
其中，hclk表示总线时钟信号，hready表示传输状态指示信号，htrans表示当前传输类型信号，当为10时表示类型为NONSEQ，NONSEQ代表本次传输的首个数据。
17、如权利要求13所述的负载监控器，其特征在于，所述总线为AHB总线，所述数量计数器用于在hclk上升沿，如果hready信号为高，且htrans为NONSEQ或者SEQ时，判断发生一次数据传输，将数据量的计数值加1。
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PB01 Publication
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