CN101552840A

CN101552840A - 一种降低移动终端功耗的方法及移动终端

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Publication number: CN101552840A
Application number: CNA2009100797342A
Authority: CN
Inventors: 韦路
Original assignee: Beijing T3G Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing T3G Technology Co Ltd
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-09
Also published as: CN101552840B

Abstract

本发明提供了一种降低移动终端功耗的方法及移动终端。其中，所述方法在处于第一工作状态的移动终端在需要切换到第二工作状态时，将片外存储器中保存的第二工作状态的常用代码段复制到片内SRAM中，并修改MMU中的映射关系，将映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段的地址，修改为映射到片内SRAM中保存的第二工作状态的常用代码段，然后再进入第二工作状态。按照本发明，可以降低移动终端的功耗并提升移动终端的工作性能。

Description

一种降低移动终端功耗的方法及移动终端

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种降低移动终端功耗的方法及移动终端。

背景技术

在移动通讯领域中，移动终端的供电通常是由电池提供的。受限于工艺和移动终端大小、重量的限制，电池并不能做的很大，因此电池存储的能量也受到很大的限制。移动终端的工作时间常常受到电池能量的限制，因此，有效降低移动终端功耗是当前延长移动终端工作时间的主要手段。

移动终端包括有一系统级芯片，该系统级芯片包括有处理器(CPU)单元和少量的片内(On-Chip)存储器，如片内静态随机存储器(SRAM，StaticRandom-Access Memory)。在该系统级芯片的外部，还包括有大容量的片外存储器，如片外同步动态随机存储器(SDRAM，Synchronous Dynamic RandomAccess Memory)。片外存储器是现有移动终端系统必备的外部存储。

基于移动终端的上述结构，如何能够通过一种有效的方法，来降低移动终端的功耗并提升移动终端的工作性能，是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降低移动终端功耗的方法及移动终端，用以降低移动终端的功耗并提升移动终端的工作性能。

为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：

一种降低移动终端功耗的方法，所述移动终端包括有系统级芯片和片外存储器，其中，所述系统级芯片包括有处理器单元、片内存储器和内存管理单元MMU；所述MMU用于根据自身保存的映射关系，将所述处理器单元发出的地址映射到所述片内存储器或片外存储器中的物理地址；所述片内存储器保存有共用函数对应的共用代码段，所述共用函数是在所述移动终端的多个工作状态中均被调用到、且在各个工作状态下的调用频率均达到该工作状态对应的预定第一门限的函数；所述片外存储器保存有各个工作状态的常用函数所对应的常用代码段，每个工作状态的常用函数是在该工作状态下调用频率达到该工作状态对应的预定第二门限的函数、且所述常用函数中不包括所述共用函数中的函数；所述方法包括：

处于第一工作状态的移动终端在需要切换到第二工作状态时，将片外存储器中保存的第二工作状态的常用代码段复制到片内存储器中，并修改所述映射关系，将映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段的地址，修改为映射到片内存储器中保存的第二工作状态的常用代码段，然后再进入第二工作状态，其中，所述第一工作状态和第二工作状态均属于所述多个工作状态。

优选地，上述方法中还包括：

在移动终端需要由第二工作状态切换到所述多个状态中的其它工作状态时，进一步恢复所述映射关系，将映射到片内存储器中保存的第二工作状态的常用代码段的地址，重新修改为映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段。

优选地，上述方法中，所述片内存储器是片内静态随机存储器，所述片外存储器是片外同步动态随机存储器SDRAM。

优选地，上述方法中，所述多个工作状态包括：待机状态、语音通话状态、视频通话状态和数据通讯状态。

优选地，上述方法中，所述片内存储器的空间大于共用代码段与任一工作状态的常用代码段占用空间之和。

本发明还提供了一种移动终端，包括系统级芯片、片外存储器和状态切换单元，其中，所述系统级芯片包括有处理器单元、片内存储器和内存管理单元MMU；

所述片内存储器保存有共用函数对应的共用代码段，所述共用函数是在所述移动终端的多个工作状态中均被调用到、且在各个工作状态下的调用频率均达到该工作状态对应的预定第一门限的函数；

所述片外存储器中保存有各个工作状态的常用函数所对应的常用代码段，每个工作状态的常用函数是在该工作状态下调用频率达到该工作状态对应的预定第二门限的函数、且所述常用函数中不包括所述共用函数中的函数；

所述MMU，用于根据自身保存的映射关系，将所述处理器单元发出的地址映射到所述片内存储器或片外存储器中的物理地址；

所述状态切换单元，用于在移动终端需要从第一工作状态切换到第二工作状态时，将片外存储器中保存的第二工作状态的常用代码段复制到片内存储器中，并修改所述映射关系，将映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段的地址，修改为映射到片内存储器中保存的第二工作状态的常用代码段，然后再控制所述移动终端进入第二工作状态，其中，所述第一工作状态和第二工作状态均属于所述多个工作状态。

优选地，上述移动终端中，所述状态切换单元，还用于在所述移动终端需要由第二工作状态切换到所述多个状态中的其它工作状态时，恢复所述映射关系，将映射到片内存储器中保存的第二工作状态的常用代码段的地址，重新修改为映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段。

优选地，上述移动终端中，所述片内存储器是片内静态随机存储器，所述片外存储器是片外SDRAM。

优选地，上述移动终端中，所述多个工作状态包括：待机状态、语音通话状态、视频通话状态和数据通讯状态。

优选地，上述移动终端中，所述片内存储器的空间大于共用代码段与任一工作状态的常用代码段占用空间之和。

从以上所述可以看出，本发明提供的降低移动终端功耗的方法及移动终端，根据移动终端的工作状态，将保存在片外存储器中的常用代码段复制到片内存储器中，以减少CPU访问片外存储器的机率，从而在移动终端电池一定的情况下能够延长移动终端的工作时间。同时，本发明通过访问片内SRAM替代实现了大部分的访问片外存储器的操作，由于访问片内存储器相对于片外存储器更为快速，因此，本发明可以提升移动终端的工作性能。

附图说明

图1为现有技术的移动终端的结构示意图；

图2为本发明实施例所述降低移动终端功耗的方法的流程图；

图3为本发明实施例中移动终端由第一工作状态切换到第二工作状态之前，片内SRAM和片外存储器的存储示意图；

图4为本发明实施例中移动终端由第一工作状态切换到第二工作状态之后，片内SRAM和片外存储器的存储示意图；

图5为本发明实施例所述移动终端的结构示意图。

具体实施方式

移动终端关机后进入省电休眠状态，此时移动终端处理器处于停止状态，处理器与片外存储器之间没有通讯。移动终端开机后，进入工作状态，此时移动终端处理器处于全速运行状态。省电休眠状态下移动终端的功耗非常小，在该状态下再进行功耗节约处理意义不大。因此，本发明主要关注处于工作状态下的移动终端的功耗，通过相应的方法达到降低终端功耗并提升工作性能的目的。以下结合附图，通过具体实施例对本发明做详细的说明。

在移动通讯中，移动终端都会设有大容量的片外同步动态随机存储器(OFF-CHIP SDRAM)。同时，移动终端使用的处理器芯片都带有少量片内SRAM。移动终端的外部SDRAM大小通常在1MB到128MB之间，SDRAM随着容量的增加其功耗也相应的增加。因此如果能降低这部分SDRAM的耗电，对降低移动设备的功耗是很有意义的。

在本实施例中，发明人通过比较片外存储器和片内SRAM在功耗方面的差别，并基于移动终端的结构特定，提出了一种降低移动终端功耗的方法，该方法能够节约终端功耗并提升终端的工作性能。发明人分别从功耗以及工作性能等方面，对移动终端的片内SRAM和片外存储器进行了研究，发现：

1)片内SRAM比片外存储器(如SDRAM)工作速度要快。处理器(CPU)可以以0等待总线时钟的速度访问片内SRAM；而片外存储器因为有片选延迟、行选择延迟、列选择延迟，访问速度要比片内SRAM慢很多。

2)片内存储器的供电电压要比片外存储器的供电电压低很多。通常移动终端使用的片外存储器供电电压在1.8V，而片内存储器的电压为1.2V甚至更低。

3)片内存储器的总线宽度和处理器的总线宽度一致。在片外存储器与处理器总线宽度不一致的情况下，CPU对片内存储器访问的功耗比对片外存储器访问的功耗要低很多。

移动终端在全速工作的状态下因为有代码要执行，所以必须要从CPU外部读取代码。CPU能够取到代码的外设有：1)片内存储器，2)片外存储器，3)片外闪存(FLASH)。在现有技术的移动终端架构中，大量的可执行代码是存放在片外存储器里的，CPU要执行的代码大部分直接来自于片外的同步动态存储器(SDRAM)。因此当移动终端全速工作需要从片外存储器读取指令时，片外存储器必须也全速工作。而片内存储器因为工艺和价格关系，一般配备的空间较少，只有小部分的代码是存放在片内存储器里。CPU在读取可执行代码的时候，片内存储器、片外存储器都必须处于供电状态以等待CPU读取指令，而CPU每次只会从一个外设读取指令。

1)当CPU要从片外存储器读取可执行代码时，片内存储器因为处于系统级芯片内部，一直处于供电状态，并不能关闭片内存储器供电；片外存储器因为要被访问，所以必须供电并高频率工作状态，处于供电高功耗状态。

2)当CPU要从片内存储器读取可执行代码时，片内存储器处于供电高频工作状态；而片外存储器虽然处于供电状态，因为没有被CPU访问，内存控制器会停止供应片外存储器的时钟，片外存储器在无时钟输入时功耗会极大下降，因此处于供电低功耗状态。

从以上分析看出，在CPU访问片内存储器时，能够通过停止片外存储器的时钟，节约移动终端的功耗。如果把CPU常用代码尽可能地放在片内存储器里，让CPU在读取可执行代码时尽可能少地访问片外存储器，让片外存储器更多时间处于供电低功耗状态，就可以达到降低移动终端全速工作时的功耗，同时由于CPU更多的是访问片内存储器而不是片外存储器，因此还能够提高移动终端的工作性能。

如图1所示，现有的移动终端架构中，移动终端包括有一系统级芯片，该系统级芯片具体包括处理器单元(CPU)、片内SRAM和内存管理单元(MMU，Memory Management Unit)。MMU位于CPU和片内SRAM之间。上述结构中，CPU发出的地址都必须经过MMU转换为片内/片外存储器的硬件地址，并由MMU使用存储器的硬件地址访问相应的存储器。MMU可以使用页表(PageDirectory)的方式管理存储器，MMU根据页表(Page Directory)，完成从CPU发出的地址到存储器物理地址的映射。

根据移动终端在全速工作时处理的不同任务，可以将移动终端的工作状态进一步细分为以下多个工作状态，举例如下：

1)待机状态；

2)语音通话状态；

3)视频通话状态；

4)数据通讯状态；

5)其余未定义状态；

在以上状态中，前四个状态下CPU执行的代码是某些固定的代码且执行是重复有规律的，因此可以统计出不同工作状态下使用频繁(如调用频率达到一定的门限)的代码。例如，移动终端的代码是用C语言编写时，这些频繁使用的代码最终会对应到相应的函数，从而可以统计得到不同状态下CPU频繁使用到的函数。根据统计到的不同状态下函数使用的频率，在代码编译的时候就可以考虑把这些常用函数编译到一起并保存到同一个代码段里，代码段要页面对齐。在移动终端全速工作时，根据运行状态的不同，把相应状态常用的代码段从片外存储器装载到片内存储器(如片内SRAM)里，并把MMU里原来指向片外存储器中该常用的代码段的页表项修改为指向片内存储器中对应的装载位置，这样CPU在读取可执行代码的时候，通过MMU的页表翻译，原来要从片外存储器读取的内容现在可以在片内存储器中读取到，即在上述相应状态常用的代码段装载完毕后，内存控制器停止供应外部存储器的时钟，从而使得片外存储器有更多的时间处于供电低功耗状态，以节约终端功耗。通过这种方法，让原来对片外存储器的频繁的高功耗访问转换为对片内存储器的低功耗访问，达到了降低移动终端工作功耗的目的；同时，还可以利用片内存储器访问速度快等优点，提高终端的工作性能。

因为移动终端的上述状态之间的切换并不会非常频繁，片内存储器的存储空间并不大，每次切换时的代码装载的功耗并不大，因此通过上述方法，在每次状态切换之前就动态修改片内存储器的做法来降低功耗是可行的。

请参照图2，本实施例所述降低移动终端功耗的方法，包括以下步骤：

步骤21，根据移动终端工作时处理的不同任务，划分得到移动终端的多个不同工作状态，并统计得到移动终端在不同工作状态下一段时间内各个函数的调用频率；根据各个状态下的函数调用频率，选择出共用函数和各个工作状态的常用函数。

具体的，这里可以根据需要，将移动设备划分为如下若干N种工作状态：

1)待机状态；

2)语音通话状态；

3)视频通话状态；

4)拨号上网数据通讯状态；

......

N-1)......

N)......

对于每个工作状态，分别记录各个工作状态下一段预定时间内各个函数的调用次数(如利用函数调用跟踪工具进行记录)，进而得到各个工作状态下各个函数的调用频率，并根据调用频率由高到低的原则，统计出每个工作状态下调用频繁(如调用频率达到或超过该工作状态对应的预定门限，不同工作状态对应的预定门限可以相同，也可以不同)的函数，得到与该工作状态对应的一张综合函数表。对于N个工作状态，则可以得到N张综合函数表，每张综合函数表分别对应于一个工作状态。

然后，根据上述的N张综合函数表，可以选出在至少在N-1个工作状态下(也可以是在N个工作状态下)调用均频繁(例如在各个工作状态下的调用频率均达到该工作状态对应的预定第一门限，不同工作状态对应的预定第一门限可以相同也可不同)的共用函数，并建立包括所述共用函数的一张共用函数表；对于上述N张综合函数表，分别从各个综合函数表中去掉出现在共用函数表里的共用函数，得到分别对应于各个工作状态的N张常用函数表，每个常用函数表中仅包括只在本常用函数表对应的工作状态下调用频繁的常用函数。至此，得到1张共用函数表和N张常用函数表。

步骤22，建立一个共用代码段，把共用函数存放到这个代码段里；建立各个工作状态的常用代码段，将各个工作状态的常用函数放入到该工作状态的常用代码段中；并在对包括所述常用函数和共用函数的源代码进行编译以得到CPU可执行代码时，指定把共用代码段基地址编译到片内SRAM的基地址上，并用变量记下各个工作状态的常用代码段的地址。

这里，可以根据所使用的编译器，建立一个共用代码段和对应于各个工作状态的N个常用代码段，把步骤21中得到的1张共用函数表里的共用函数放入到共用代码段中，把各个工作状态的常用函数表放入到对应的常用代码段中；并指定共用代码段的链接地址为片内SRAM的基地址。编译链接后，编译链接的代码段参数，可以得到N+1个代码段的大小。这里，在片内SRAM容量受限时，还可以通过增加、减少共用函数表中的共用函数和常用函数表中的常用函数，调节各个代码段的大小。具体的，可以根据片内SRAM的大小，通过增加、减少共用函数中使用频率较低的函数，调节共用代码段的大小；通过增加、减少各个工作状态的常用函数中使用频率较低的函数，调节相应的常用代码段的大小，以使得共用代码段大小与任一工作状态的常用代码段的大小之和均小于片内SRAM的大小，并以此为依据，修正所有常用代码段在动态装载到片内SRAM时的共同位置(下文简称为片内SRAM动态基地址)。上述空间大小关系可以用以下公式表示：

(共用代码段占用页面大小+Max(各个常用代码段占用页面大小)＜片内SRAM大小，

即共用代码段和任一常用代码段占用空间之和不能超过片内SRAM的大小。

在调节各个代码段占用页面大小的工作完成后，得到的所有常用代码段动态装载到片内SRAM时的共同位置，即：

片内SRAM动态基地址＝片内SRAM基地址+共用代码段占用页面大小。

各个工作状态的常用代码段静态装载的地址在编译的时候也可以通过编译器得到。最后，经过编译的共用代码段保存在片内SRAM中，各个工作状态的常用代码段保存在片外存储器中。

步骤23，在移动终端需要从上述多个工作状态中的一个工作状态(为描述方便，将该工作状态称作第一工作状态)进入到上述多个工作状态中的另一工作状态(第二工作状态)时，将第二工作状态的常用代码段从片外存储器复制一份保存到片内SRAM中，保存位置的起始地址是片内SRAM动态基地址；然后修改MMU相应的页表项，具体是：将映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段的第一地址，修改为映射到片内SRAM中的保存的第二工作状态的常用代码段，这里，该第一地址为CPU发出的地址。由于CPU访问外部存储器的地址都需要经过MMU映射处理后才得到真正的物理地址，因此通过上述修改，当CPU需要访问片外存储器中第二工作状态的常用代码段时，实际上CPU最终访问的是片内存储器中第二工作状态的常用代码段，从而可以节约功耗并提高访问性能。

上述步骤23具体可以包含以下步骤：

步骤231)禁止外部中断，禁止多任务调度。

步骤232)在移动终端需要由第一工作状态进入第二工作状态时，首先恢复第一工作状态的常用代码段的MMU页表项，使第一工作状态的常用代码段的MMU页表项指向片外存储器中的第一工作状态的常用代码段。这样把第一工作状态原来占用的片内存储器释放出来。

步骤233)将第二工作状态的常用代码段复制到片内SRAM中，保存位置的起始地址是片内SRAM动态基地址。

步骤234)修改MMU页表项，使原来映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段的地址，映射到片内存储器的第二工作状态的常用代码段。

步骤235)允许外部中断，允许多任务调度。

本实施例中，移动终端由第一工作状态切换到第二工作状态之前，片内SRAM和片外存储器的存储状态如图3所示，此时，CPU访问第一工作状态的常用代码段是通过访问片内SRAM进行的，而第二工作状态的常用代码段则是通过访问片外存储器进行的。在移动终端由第一工作状态切换到第二工作状态之后，片内SRAM和片外存储器的存储状态如图4所示，此时，CPU访问第二工作状态的常用代码段是通过访问片内SRAM进行的，而访问第一工作状态的常用代码段则是通过访问片外存储器进行的。

上述方法中，根据移动终端的工作状态，将保存在片外存储器中的常用代码段复制到片内存储器中，以减少CPU访问片外存储器的机率，从而在CPU没有访问片外存储器时，通过关闭片外存储器的时钟达到节约功耗的目的，使得在移动终端电池供能一定的情况下延长了移动终端的工作时间。本实施例可以使得移动终端的待机功耗、音频通话功耗和数据通讯时的功耗普遍降低。同时，本实施例通过访问片内SRAM实现了大部分的访问片外存储器的操作，由于访问片内存储器相对于片外存储器更为快速，因此可以提升移动终端的工作性能。可以看出，应用本实施例所述方法，可以提高移动终端的市场竞争力。

在上述步骤23之后，如果移动终端需要由第二工作状态切换到所述多个状态中的其它工作状态，此时需要恢复所述映射关系，即，将映射到片内SRAM中保存的第二工作状态的常用代码段的地址，重新修改为映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段。

基于上述降低移动终端功耗的方法，本实施例还提供了一种移动终端。如图5所示，本实施例所述移动终端包括系统级芯片、片外存储器和状态切换单元，其中，所述系统级芯片包括有处理器单元、片内SRAM和内存管理单元MMU。

所述MMU，用于根据自身保存的映射关系，将所述处理器单元发出的地址映射到所述片内SRAM或片外存储器中的物理地址；

所述状态切换单元，用于在移动终端需要从第一工作状态切换到第二工作状态时，将片外存储器中保存的第二工作状态的常用代码段复制到片内SRAM中，并修改所述映射关系，将映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段的地址，修改为映射到片内SRAM中保存的第二工作状态的常用代码段，然后再控制所述移动终端进入第二工作状态，其中，所述第一工作状态和第二工作状态均属于所述多个工作状态。

这里，所述片内存储器的空间大于共用代码段与任一工作状态的常用代码段占用空间之和。任一工作状态所对应的预定第一门限和预定第二门限可以相同，也可以不同。

优选地，上述状态切换单元，还可以在所述移动终端需要由第二工作状态切换到所述多个状态中的其它工作状态时，恢复所述映射关系，将映射到片内SRAM中保存的第二工作状态的常用代码段的地址，重新修改为映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段。

优选地，上述片外存储器是片外SDRAM，上述多个工作状态包括：待机状态、语音通话状态、视频通话状态和数据通讯状态。

综上所述，本发明实施例提供的降低移动终端功耗的方法及移动终端，可以降低移动终端的功耗，提高移动终端的工作性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种降低移动终端功耗的方法，其特征在于，所述移动终端包括有系统级芯片和片外存储器，其中，所述系统级芯片包括有处理器单元、片内存储器和内存管理单元MMU；所述MMU用于根据自身保存的映射关系，将所述处理器单元发出的地址映射到所述片内存储器或片外存储器中的物理地址；所述片内存储器保存有共用函数对应的共用代码段，所述共用函数是在所述移动终端的多个工作状态中均被调用到、且在各个工作状态下的调用频率均达到该工作状态对应的预定第一门限的函数；所述片外存储器保存有各个工作状态的常用函数所对应的常用代码段，每个工作状态的常用函数是在该工作状态下调用频率达到该工作状态对应的预定第二门限的函数、且所述常用函数中不包括所述共用函数中的函数；所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述片内存储器是片内静态随机存储器，所述片外存储器是片外同步动态随机存储器SDRAM。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述多个工作状态包括：待机状态、语音通话状态、视频通话状态和数据通讯状态。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述片内存储器的空间大于共用代码段与任一工作状态的常用代码段占用空间之和。

6.一种移动终端，其特征在于，包括系统级芯片、片外存储器和状态切换单元，其中，所述系统级芯片包括有处理器单元、片内存储器和内存管理单元MMU；

7.如权利要求6所述的移动终端，其特征在于，

所述状态切换单元，还用于在所述移动终端需要由第二工作状态切换到所述多个状态中的其它工作状态时，恢复所述映射关系，将映射到片内存储器中保存的第二工作状态的常用代码段的地址，重新修改为映射到片外存储器中第二工作状态的常用代码段。

8.如权利要求6或7所述的移动终端，其特征在于，所述片内存储器是片内静态随机存储器，所述片外存储器是片外SDRAM。

9.如权利要求6或7所述的移动终端，其特征在于，所述多个工作状态包括：待机状态、语音通话状态、视频通话状态和数据通讯状态。

10.如权利要求6或7所述的移动终端，其特征在于，所述片内存储器的空间大于共用代码段与任一工作状态的常用代码段占用空间之和。