CN101872996A - 用于消耗和提供功率的高效系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于消耗和提供功率的高效系统和方法。借助一些实施例，为包括膝上型计算机、平板电脑、上网本、蜂窝电话在内的移动计算平台以及为诸如桌上型计算机和服务器系统之类的不能移动的其他设备或系统提供了基于功率可用性的任务处理。

Description

用于消耗和提供功率的高效系统和方法
技术领域
本发明大体涉及电子设备和/或计算系统，尤其涉及平台管理。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种电子设备，包括：用于处理任务的功能电路；用于为所述功能电路供应功率的主电源；以及补充电源，用于为所述功能电路供应功率以处理一个或多个任务，其中所述一个或多个任务被标识成当所述补充电源中有足够能量可用时被处理。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机系统，包括：具有处理器的芯片，所述处理器用指示任务的能量需求的信息来处理所述任务；用于向所述处理器提供功率的补充电源，该任务被调度成当所述补充电源中有足够能量可用时被处理。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：在芯片中，标识处理任务所要消耗的能量；以及当在补充电源中有足够能量可用时，使所述任务被处理。
附图说明
在附图的各图中作为示例而并不作为限制示出了本发明的实施例，其中相同的参考数字指代相似的元件。
图1是根据一些实施例的电子设备平台的图示。
图2是根据一些实施例的用于处理任务的例程的流程图。
图3是根据附加实施例的电子设备平台的图示。
图4是根据一些实施例的电子设备平台的电源的图示。
图5是根据附加实施例的电子设备平台的电源的图示。
图6是根据另外实施例的电子设备平台的电源的图示。
具体实施方式
借助一些实施例，为包括膝上型计算机、平板电脑、上网本、蜂窝电话在内的移动计算平台以及为诸如桌上型计算机和服务器系统之类的可能不能移动的其他设备或系统提供基于功率可用性的任务处理。在具有功率收获能力(例如太阳能、风能等等)的系统中，为了允许直接将收获的功率供应给平台，任务调度可以对哪些电源能够递送功率加以考虑。在调度决策中使用功率可用性(即机会调度)可以允许高效使用收获的或以其他方式获取的能量。
图1是根据一些实施例的电子设备平台102的一部分的框图。平台102可以用于例如使用移动电源或其他电源的任何电子设备。其包括平台功能电路104、主电源106以及补充电源108。功能电路104对应于一个或多个具有用于执行电子设备功能的电路的部件，例如集成电路(IC)芯片、显示器等等。例如，对便携式计算设备来说，它们可以包括显示设备以及一个或多个用于实施处理器、集线器、I/O、通信以及平台控制功能的芯片。功能电路104包括任务管理器105来管理何时可以执行任务。它可以不必是平台独有的任务管理器，而是调度或者至少参与决定何时处理任务，其中所述任务例如是诸如电子邮件、视频下载等之类的应用任务。任务管理器105可以处于平台的包括其主处理器、平台控制器、集线器、(一个或多个)网络接口设备等等的任何部分中。
在工作时，主电源106和补充电源108为平台电路提供功率。每一个电源都可以是移动电源。通常，随着时间的过去，主电源106会将大多数电子能量提供给功能电路。主电源可以包括任何适当的电源，例如电池(battery)、燃料电池等等。补充电源可以存储较少的总能量，但是通常将能够高效地存储和供应电功率，以便例如在主电源自身无法提供足够功率的时候补充主电源。还可以在补充电源具有可用功率并且(例如经由调度、中断等等)可获得任务进行处理从而利用该可用功率的时候采用补充电源。这后一种情况可以用于利用例如经由太阳能、风能或其他能源的能量收获来对补充电源充电。
补充电源108可以包括诸如一个或多个电容器(例如一个或多个所谓的超级电容器(ultracap或supercap))的任何适当设备。至少与其他电容器相比时，超级电容器通常能够存储相当大量的能量。与主电源电池相比，它们未必存储很多的能量，但是它们可以被高效地充电和再充电，从而不仅存储来自例如光生伏打太阳能电池的收获能量，而且它们通常还可以提供适当量的功率(虽然提供功率的时间量相对较小)，以便在需要大量功率的时候增强主电源。例如，便携式计算设备可能具有介于5与20W之间的平均功率需求，但是具有高达75或100W的峰值间歇突发需求。因此，不是使用能够供应75到100W的主电源，而是可以使用较小的电池(例如25或30W)作为主电源，并且可以采用超级电容器(例如能够供应75W高达0.1秒时间或供应7.5W高达1秒时间的0.5F的超级电容器)作为补充电源，以便在电涌或尖峰时段期间提供额外需要的功率。(应该了解的是，术语超级电容器旨在包含一个或多个电容器、超级电容器或其他形式的电容器，并且甚至可以包括其他电荷存储设备)
图2显示的是根据一些实施例的例如由任务管理器105执行的调度例程的一部分。在201，该例程接收任务(或任务信息)，例如，诸如将要由功能电路执行或以其他方式处理的应用任务之类的任何任务。该任务信息可以包括用于指示处理该任务可能需要多少功率和/或能量的功率信息。
在202，该例程检查以确定在补充电源108中有多少功率和/或能量可用。在204，该例程确定补充电源中是否有足够的功率/能量可用于处理该任务。如果没有，那么在208，将任务处理延迟一定的时间量，之后返回至201进行处理。例如，该例程可以将任务延迟足够的持续时间，使得可以在补充电源更可能具有附加能量的稍后时间处理或执行该任务。其可以被延迟以便稍后重新进行检查(例如在304)，或者可以对其进行调度，以便在指定的稍后时间或指定的时间窗口内进行处理，而不是如图中所示返回到301。
调度可以是粗糙(例如按照一个或多个小时)或是精细的(按照分钟、秒或者甚至更小的时间增量)。细粒度的调度可以允许受限形式的任务调度。因此，细粒度的调度可能对用户体验有很小的影响。例如，如果系统将电子邮件同步延迟一秒，那么用户将不太可能注意到。但是，由于任务调度是更细粒度的，因此，使用附加电源的灵活性可能较小。与细粒度的调度相反，粗粒度的调度以使得用户有可能注意到对任务进行了重新调度这样的方式来重新调度任务。例如，在考虑电子邮件同步时，与上一秒形成对比的是，用户可能注意到其电子邮件在上一个小时未被调度。但是，由于粗粒度的调度允许在较大时间距离上重新调度，因此，具有可用功率的时段的数量通常较大，由此增加了重新调度的机会。
返回到决策204，如果在补充电源中有足够的可用能量，则前进到206，并且允许对任务进行处理。在201的任务可以以任何适当的方式到达。它可以是平台操作系统内部或外部的更大调度例程的一部分，或者它可以作为被置于队列中的结果或作为超时条件的结果而出现。可替换地，它可以来自中断。例如，可以使用异步中断方案。该中断可以指示能量何时可用以允许执行能够调度任务以利用能量可用性的中断服务例程。例如，该中断服务例程可以在OS中实施，以便允许操作系统控制任务的重新调度，或者它可以在固件中实施，例如其中操作系统构建任务描述符池以允许透明的任务调度。
图3显示了平台102的另一个实施例。它包括具有任务管理器105的功能电路104以及为其提供功率的平台电源301。该平台电源301为其提供电源电压(Vs)，并且经由链路303而与功能电路进行通信。如上所述，平台电源301具有主电源和补充电源(在本图中并未显示)。通过链路303，它向任务管理器105传达有多少功率/能量可能是可用的。这包括传达直接信息(例如功率、能量、功率持续时间等等)或可以允许任务管理器确定或估计可用能量的间接信息。例如，它可以传达与充电电平或充电电平范围相对应的补充电压电平。该链路还可以将指令从任务管理器105传达到平台电源301，以便例如激活补充电源以及请求充电信息、状态等等。该链路可以以任何适当的方式实施。它可以是模拟和/或数字的，并且它可以包括多条信号线，或者它可以被实施为串行链路。
图4显示了根据一些实施例的平台电源301。如上所述，它包括主电源106和补充电源108，以及外部电源403、供电控制电路408、调压器(VR)410以及开关S1到S5，它们如图所示耦合在一起。外部电源403提供功率以对主电源106充电，例如，当主电源106是电池或电池模块时，它可以是AC适配器。开关可以用任何适当的电路元件来实施，所述电路元件包括晶体管、模拟开关等等。它们允许供电控制电路408将主电源和补充电源彼此隔离和/或彼此耦合在一起，以及将主电源和补充电源与外部电源和为功能电路提供稳定电源(regulated supply)Vs的VR 410的输入相隔离和/或耦合。
供电控制电路408可以将补充电源与主电源去耦，以便测量或以其他方式检查其充电电平。另一方面，它可以将补充电源耦合到主电源，以便例如在Vs处需要相对较低的功率的时间期间对补充电源充电，或者它可以在接合外部电源的时候耦合到主电源。当需要增大的功率或者当例如被调度的任务的任务可用于处理的时候，主电源和补充电源都可以在S4闭合或不闭合的情况下通过S3和S5耦合到电源Vs。
图5显示了平台电源301的另一个实施例。在本实施例中，具体采用电池模块502作为主电源，并且超级电容器(UCap)用作补充电源。AC适配器503被用于为主电源(电池模块)提供外部功率，并且直接为功能电路提供外部功率。它还可以用于对补充电源(UCap)充电。还提供了太阳能模块505来对UCap充电。举例来说，它可以包括一个或多个光生伏打电池，以便供应电来对UCap充电。
在本实施例中，太阳能模块可以直接对UCap充电，由此减小否则可能由于通过电池充电电路等对如电池那样的电源充电所产生的损耗。这可能是有帮助的，因为当与电池提供的功率相比时，能量收获部件(风能、太阳能等等)产生的功率不太可靠并且不连续。太阳能板的生产率是可用光的强度和类型的函数。例如，对于处于室外直接日光下和处于室内荧光灯下的太阳能电池来说，这二者产生的功率可能相差100倍。此外，当用户经过阴影区域时，室外和室内光照强度都会改变。相应地，可以采用感知功率可用性的调度，例如允许细粒度和粗粒度的任务调度两者以与较高的能量可用性相符合。
供电控制电路可以具有电路来监视UCap以得知其充电程度。例如，其可以包括电压检测设备来检测(测量、估计等等)UCap处的电压以便评定有多少功率和/或能量可能可用。它还可以具有逻辑来预测或以其他方式确定能量何时可用。例如，它可以用当前状态条件来评估电荷分布图(charge pattern)，以便预测将会在何时以及将会有多少能量可用。该信息可以由功能电路中的调度管理器用于调度在UCap被充分充电的时候要执行的任务。
图6显示的是平台电源301的又一个实施例。该实施例与图5的电源相似，除了VR 410耦合在主电源与补充电源之间，并且由此将补充电源直接耦合到Vs供电节点来为其提供功率。举例来说，在主电源(例如电池)供应与提供给功能电路的Vs相比适度更高的电源电压的环境中，这可能是有用的。例如UCap的补充电源可以用于直接为电路供应电压。与大多数电容器相似，超级电容器可以被充电至某个范围内的电压，并且可以被选择成在高电压以及低电压高效地工作。因此，可以使用相对较小电压的UCap并将其充电至对于Vs而言足够低的电压电平，并且与此同时，它可以存储适当量的能量。这种实施方式在多种不同的方式中可以是有益的。例如，当功能电路处于低功率(例如睡眠、待机等等)状态时，超级电容器可以用于在不需要电池的情况下供应其功率，由此消除了VR的使用，其中所述VR可能是低效的，并且在供应低功率的时候尤其如此。此外，超级电容器可以用于在所谓的“热”电池交换(battery swap)期间为电路供电，以便在不必关闭所有功能电路的情况下更换主电源。在一些实施例中，多个超级电容器可以以不同的配置使用。例如，一些超级电容器可以处于调压器的上游，一些则处于其下游。
在先前描述以及后面的权利要求中，下列术语应该以如下方式解释：术语“耦合”和“连接”及其派生词可以被使用。应该理解的是，这些术语并不打算作为彼此的同义词。相反，在特定的实施例中，“连接”被用于指示两个或更多个元件彼此直接物理或电接触。“耦合”被用于指示两个或更多个元件彼此协作或交互，但是它们可以或可以不直接物理接触或电接触。
本发明并不局限于所描述的实施例，而是可以用处于随附权利要求书的精神和范围内的修改和变更来实施。举例来说，应该理解的是，本发明可适于与所有类型的半导体集成电路(“IC”)芯片一起使用。这些IC芯片的示例包括但不限于处理器、控制器、芯片组部件、可编程逻辑阵列(PLA)、存储芯片、网络芯片等等。
还应该理解，在一些附图中，信号导线是用线条表示的。某些线条可能较粗，以便指示具有更多组成成分的信号路径，某些线条具有数字标签，用以指示组成信号路径的数目，和/或某些线条具有处于一个或多个末端的箭头，以便指示主信息流动方向。但是，这种表示不应该以限制性的方式来解释。相反，这种附加细节可以结合一个或多个例示实施例来使用，从而有助于更容易理解电路。无论是否具有附加信息，任何表示的信号线路都可以实际包含一个或多个可以在多个方向上传播并且可以用任何适当类型的信号方案实施的信号，例如使用差分对、光纤线路和/或单端线路实施的数字或模拟线路。
应该理解的是，可能已经给出示例尺寸/型号/数值/范围，但是本发明并不局限于此。随着制造技术(例如光刻)随时间的过去而变得成熟，预期的是可以制造出具有更小尺寸的设备。此外，为了例证和论述简单起见，以及为了避免模糊本发明，附图中可以或可以不显示到IC芯片和其他部件的公知电源/接地连接。进一步，布置可以采用框图的形式显示，以避免模糊本发明，并且这也考虑到与此类框图布置的实施方式有关的细节高度依赖于在其中实施本发明的平台，也就是说，此类细节应当处于本领域技术人员的理解范围以内。在为了描述本发明的示例实施例而对具体细节(例如电路)进行阐述的情况下，对本领域技术人员来说应当显而易见的是，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施或用这些具体细节的变型进行实施。由此，本描述应被视为是说明性而不是限制性的。

Claims (19)

1.一种电子设备，包括：
用于处理任务的功能电路；
用于为所述功能电路供应功率的主电源；以及
补充电源，用于为所述功能电路供应功率以处理一个或多个任务，其中所述一个或多个任务被标识成当所述补充电源中有足够能量可用时被处理。
2.权利要求1的设备，其中所述一个或多个任务是基于处理其所需要的能量而被标识的。
3.权利要求2的设备，其中所述一个或多个任务是基于最终期限信息而被标识的。
4.权利要求1的设备，其中主电源包括电池。
5.权利要求4的设备，其中补充电源包括超级电容器。
6.权利要求5的设备，其中超级电容器是通过所述电池和适配器中的至少一个充电的。
7.权利要求6的设备，其中超级电容器是经由能量收获充电的。
8.权利要求7的设备，其中能量收获包括用至少一个太阳能电池来对超级电容器充电。
9.权利要求1的设备，包括介于主电源和辅助电源之间的调压器。
10.一种计算机系统，包括：
具有处理器的芯片，所述处理器用指示任务的能量需求的信息来处理所述任务；
用于向所述处理器提供功率的补充电源，该任务被调度成当所述补充电源中有足够能量可用时被处理。
11.权利要求10的系统，包括一个或多个用于对补充电源充电的太阳能电池。
12.权利要求11的系统，其中补充电源包括超级电容器。
13.权利要求10的系统，包括用于监视补充电源中的可用能量并且使补充电源耦合到处理器的功率控制电路。
14.权利要求13的系统，其中当补充电源中有足够能量可用于处理任务时，功率控制电路发起中断。
15.权利要求13的系统，其中功率控制电路响应于来自任务管理器的请求而将补充电源耦合到处理器。
16.权利要求15的系统，其中任务管理器是处理器的一部分。
17.一种方法，包括：
在芯片中，标识处理任务所要消耗的能量；以及
当在补充电源中有足够能量可用时，使所述任务被处理。
18.权利要求17的方法，包括：监视补充电源来确定何时有足够能量可用于处理任务。
19.权利要求18的系统，包括：当补充电源中有足够能量可用时，中断任务处理器。
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