CN102177483A - 在具有处理器和向处理器提供功率电压的电压转换器的系统中的功率管理 - Google Patents

Abstract

一种系统具有处理器和用于向处理器提供功率电压的电压转换器。该处理器能够在不同功率模式之间转变，其中电压转换器接收指定用于至少两个功率模式的功率电压的不同电压电平的指示。控制器检测处理器到功率模式中的较低一个的转变，并响应于检测到处理器转变到该功率模式中的较低一个，禁用电压转换器的至少一部分。

Description

在具有处理器和向处理器提供功率电压的电压转换器的系统中的功率管理

背景技术

诸如计算机或任何其他类型的电子装置的系统通常具有消耗功率的各种组件。系统中消耗相对大量功率的一个组件是处理器，诸如微处理器、微控制器或任何其他用于执行系统的主要任务的控制装置。

当系统中的处理器不活动时，期望将处理器置于较低功率模式以实现较低功耗。例如，处理器能够与各种功率模式相关联，所述功率模式包括若干性能状态（其中处理器正在执行代码但是与不同的功耗水平相关联的状态）以及睡眠或挂起状态（其中处理器不再执行代码）。虽然根据处理器的活动水平将处理器转变到不同功率模式能够实现功率节省，但是通常无法利用传统系统内的功率节省的其他机会。

各种管辖区的政府监管部门已经设置了当系统处于空闲时（换句话说，该系统没有活动地执行任何任务）对功耗水平的要求。利用传统的功率节省技术，很多系统可能无法满足由一些政府监管部门设置的功率节省要求，在其中功率节省要求已经变得愈加严格的管辖区中尤其如此。

附图说明

本发明的一些实施例参考下列附图进行说明：

图1是合并了本发明的实施例的例示性系统的框图；以及

图2是根据一个实施例的功率管理过程的流程图。

具体实施方式

图1示出了一种例示性系统，其包括处理器100、电源102以及功率电压转换器103， 所述功率电压转换器103用于将电源102的输出电压VPS转换为提供给处理器100的功率电压输入的功率电压(power voltage)（表示为“VCC_CPU”）。功率电压VCC_CPU是用于使得处理器100能够在系统中执行其任务的操作电压（或操作电压之一）。

在一些实施例中，处理器100与多个功率模式相关联，所述功率模式包括多个性能状态和睡眠状态（也称为挂起状态）。处理器的“功率模式”指的是处理器的功耗水平－不同的功率模式对应于不同的功耗水平。处理器100的性能状态指的是其中处理器100能够执行代码（软件指令）的活动状态。处理器100的多个性能状态与不同的功耗量相关联。“较高”性能状态表示相较“较低”性能状态与更高功耗相关联的活动状态。性能状态包括“最低”性能状态（与活动地执行代码的处理器的最低功耗量相关联），以及一个或多个较高性能状态（与较高功耗水平相关联）。最低性能状态是（就功耗而言）正好在睡眠状态之上的性能状态。

在一些实现方式中，处理器100的性能状态能够是由高级配置和电源接口规范（ACPI）定义的性能状态。在其他实现方式中，术语“性能状态”能够表示其中处理器活动地执行代码的处理器100的任何状态。

除了性能状态之外，处理器100的功率模式还包括睡眠状态（有时称为挂起状态），其中处理器不执行代码。睡眠状态相较最低一个性能状态与更低功耗量相关联。

当系统检测到处理器已经进入了睡眠状态，并且处理器汲取的电流低于预定义阈值时，系统能够禁用转换器103的部分，以实现比通过仅仅将处理器100置于睡眠状态能够获得的功率节省更多的功率节省。根据一些实施例，为了使得系统能够正确地检测到处理器正在不同的功率模式之间转变（例如进入睡眠状态或退出睡眠状态），为向处理器100提供的功率电压（VCC_CPU）定义与不同功率模式相关联的不同电压电平。当处理器100在不同的功率模式之间（例如在最低性能状态与睡眠状态之间）转变时向转换器103提供指示以引起VCC_CPU的电压电平改变。

此外，根据一些实施例，当系统检测到处理器已经退出睡眠状态（基于检测到指定VCC_CPU的电压电平从睡眠状态电压电平转变到最低性能状态电压电平的指示）时，该系统能够激活转换器103的先前由于处理器进入睡眠状态而被禁用的部分。通过在退出睡眠状态时激活（先前被禁用的）转换器103部分，当处理器后续转变到（一个或多个）较高性能状态时，能够对于期望的功率汲取及时地完全激活转换器103。

如图1中进一步示出的，转换器103包括控制器104以及电压电路106、108和110。电压电路106、108和110的每一个基本上是DC-DC电压转换器以将VPS转换为VCC_CPU。反馈电路111将VCC_CPU的电压反馈提供到控制器104以实现将VCC_CPU调节到期望的电平。

在一些实施例中，转换器103是多通道（multi-phase）转换器（图1中示出了三通道转换器，不过其他转换器能够使用不同数量的通道，诸如两个或多于三个的通道）。多通道转换器103的三个通道由三个电压电路106、108和110提供。在图1中示出的多通道转换器103的情况下，在不同的时间接通不同的电压电路106、108和110。这减少了来自单独的电压电路106、108和110的输出电流。

如图1中所示，电压电路106被称为“通道1”电压电路，电压电路108被称为“通道2”电压电路，以及电压电路110被称为“通道3”电压电路。电压电路106、108和110的输出被连接到一起以提供VCC_CPU。电压电路106、108和110的输入接收电源电压VPS，以及还接收来自控制器104的相应控制信号。来自控制器104的控制信号包括：（一个或多个）通道1控制信号，用于控制通道1电压电路106；（一个或多个）通道2控制信号，用于控制通道2电压电路108；以及（一个或多个）通道3控制信号，用于控制通道3电压电路110。

提供给对应的通道x（x=1、2或3）电压电路（106、108或110）的（一个或多个）通道x控制信号能够是有效（active）的（以接通通道x电压电路），或无效（inactive）的（以禁用通道x电压电路）。控制通道1、通道2和通道3控制信号的定时，使得通道1、通道2和通道3电压电路106、108和110中的一个或多个在任何时候是导通的。

为了禁用任何通道x电压电路，能够将针对该电压电路的（一个或多个）通道x控制信号保持无效。如下进一步解释的，根据一些实施例，当检测到处理器100已经进入了低功率模式（例如睡眠状态），且检测到由处理器100汲取的电流低于预定义阈值时，能够禁用一个或多个通道x电压电路，以实现进一步的功率节省。禁用通道x电压电路的一个或多个通道也称为禁用或放弃（shed）多通道转换器103的通道。

如上提及的，根据一些实施例，不同的VCC_CPU电压电平至少与最低性能状态和睡眠状态相关联。换句话说，第一VCC_CPU电压电平与最低性能状态相关联，而第二、较低VCC_CPU电压电平与睡眠状态相关联。这使得控制器104能够区分处理器100的最低性能状态与睡眠状态。

在其他实现方式中，为睡眠状态定义的VCC_CPU的电压电平能够是处理器100的最小电压电平。用于处理器100的功率电压的最小电压电平是处理器100在其能够保持处理器100的上下文（例如寄存器中存储的数据等）的最小电平。

处理器100的（除了最低性能状态之外的）（一个或多个）其他性能状态能够与VCC_CPU的一个或多个其他电压电平相关联，其中这些其他（一个或多个）电压电平高于用于最低性能状态的VCC_CPU的电压电平。可替换地，（一个或多个）其他性能状态能够与跟最低性能状态相同的VCC_CPU电压电平相关联。

根据一个实施例，诸如利用固件（例如基本输入/输出系统或BIOS固件）将处理器100编程为针对处理器的不同功率模式设置VCC_CPU的不同电压电平。处理器100能够通过输出VID控制信号VID0、VID1和VIDn（其中n≥2）来控制VCC_CPU的电压电平。VID控制信号被输入到控制器104以控制由输出电压电路106、108和110提供的输出电压VCC_CPU的电压电平。因此，实际上，VID控制信号构成针对至少两个功率模式（例如睡眠状态和最低性能状态）的VCC_CPU的不同电压电平的指示的一个示例。通过调整由控制器104输出的通道1、通道2和通道3控制信号，诸如通过调整通道1、通道2和通道3控制信号的占空比，来改变VCC_CPU的电压电平。

VID控制信号的值由此能够被控制器104用来确定处理器是在进入还是退出睡眠状态。指示从与性能状态相关联的VCC_CPU电平到睡眠状态VCC_CPU电平的转变的VID控制信号的值的变化，指示处理器100已经从性能状态转变到睡眠状态。可替换地，指示从睡眠状态VCC_CPU电平到与性能状态相关联的VCC_CPU电平的转变的VID控制信号的值的变化，指示处理器100正在退出睡眠状态。

根据一些实施例，提供比较器112，以确定处理器100从VCC_CPU（以及更具体地，从驱动VCC_CPU的电压电路106、108、110）汲取的电流量是否超出预定义阈值。处理器100从VCC_CPU汲取的电流在控制器104内部进行检测。由处理器100从VCC_CPU汲取的电流的输出指示被控制器104提供为电流水平。比较器112能够是控制器104外部的电路，或者可替换地，比较器112能够是控制器104的部分。

响应于汲取的电流（电流水平）小于预定义阈值，比较器112输出第一指示（例如具有有效状态的信号）。响应于汲取的电流超出预定义阈值，比较器112输出第二指示（例如具有无效状态的信号）。控制器104具有特征启用输入以接收该第一或第二指示。如果特征启用输入接收到第一指示，则启用转换器通道禁用特征，其中，所述转换器通道禁用特征指的是控制器104能够响应于检测到处理器100已经转变到睡眠状态而禁用转换器103的（一个或多个）通道。但是，如果特征启用输入接收到第二指示，则即便处理器100已经进入了睡眠状态，也阻止控制器104禁用转换器103的（一个或多个）通道。

结合图2描述根据一些实施例的、由控制器104执行功率管理的过程。图2的任务能够由控制器104在能够在控制器104上执行的软件或固件的控制下来执行。

控制器104接收（在202）VCC_CPU的电压电平改变的指示。这种指示由VID控制信号（VID0、VID1、…VIDn）提供。基于电压电平改变的指示，控制器104确定（在204）处理器104是在退出还是进入睡眠状态。如果处理器既不在退出也不在进入睡眠状态，过程返回到任务202。

控制器104还检测（在204）由比较器112设置的特征启用输入的状态。控制器104接着确定（在206）是否发生了与多通道转换器103的（一个或多个）通道的激活或禁用相关的事件。如果电压电平改变的指示表明处理器100已经进入了睡眠状态，并且特征启用输入处于有效状态，其指示从VCC_CPU汲取的电流低于预定义阈值，则识别出禁用转换器103的（一个或多个）通道的事件。如果电压电平改变的指示表明处理器100已经退出了睡眠状态，或者如果从VCC_CPU汲取的电流超出了预定义阈值（其由特征启用输入被设置在无效状态来指示），则识别出激活转换器103的（一个或多个）通道的事件。

响应于检测到禁用转换器103的（一个或多个）通道的事件，控制器104开始去激活对应的通道控制信号以禁用（在208）转换器103的相应一个或多个通道。禁用转换器的（一个或多个）通道实现了除了通过仅仅将处理器100置于睡眠状态所实现的功率节省之外的附加功率节省。在替代实施例中，为了实现功率节省，能够禁用转换器的其他部分，而非禁用多通道转换器的通道。

响应于在206检测到激活（一个或多个）通道的事件，控制器激活相应的通道控制信号以激活（在210）先前被禁用的转换器103的一个或多个通道。用于检测激活转换器的（一个或多个）通道的事件（例如处理器退出睡眠状态或处理器从VCC_CPU汲取的电流大于预定义电流）的能力，允许针对期望增加的由处理器100进行的功率/电流汲取而及时接通先前禁用的（一个或多个）通道。

如上提及的，根据一些实施例，固件或软件能够在控制器104上执行以实施各种任务。控制器104能够利用微控制器、专用集成电路（ASIC）、可编程门阵列（PGA）、微处理器等来实现。“控制器”能够指代单个组件或多个组件。

固件或软件的指令能够存储在存储装置中，所述存储装置能够实现为一个或多个计算机可读或计算机可用存储介质（其能够是控制器104的部分）。

在前面的说明中，阐明了许多细节来提供对本发明的理解。但是，本领域技术人员将知道，没有这些细节也能够实现本发明。虽然参考有限数量的实施例公开了本发明，但本领域技术人员将认识到从其得出的许多修改和变型。所附权利要求意图覆盖落在本发明的真实精神和范围内的这些修改和变型。

Claims (15)

1.一种用于在具有处理器的系统中管理功率的设备，包括：

电压转换器，用于向所述处理器提供功率电压，其中所述处理器能够在不同的功率模式之间转变，其中所述电压转换器用于接收用以指定用于至少两个所述功率模式的功率电压的不同电压电平的指示；以及

控制器，用于：

基于所述指示，检测所述处理器到所述功率模式中的较低一个的转变，以及

响应于检测到所述处理器转变到所述功率模式中的较低一个，禁用所述电压转换器的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述功率模式包括睡眠状态以及至少一个性能状态，其中所述功率模式中的较低一个包括睡眠状态，以及其中响应于检测到处理器转变到睡眠状态，禁用所述电压转换器的该至少一部分。

3.根据权利要求2所述的设备，其中能够响应于所述指示来控制所述电压转换器以将去往处理器的功率电压设置在用于睡眠状态的第一电压电平以及用于所述至少一个性能状态的第二电压电平，其中所述第二电压电平大于所述第一电压电平。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述指示包括来自处理器的电压控制信号。

5.根据权利要求4所述的设备，还包括固件，所述固件能够在处理器上执行以将电压控制信号设置到不同值，从而使得所述电压转换器将去往处理器的功率电压设置在所述第一和第二电压电平。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述电压转换器是多通道转换器，以及其中所禁用的电压转换器的至少一部分包括电压转换器的禁用的至少一个通道。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所禁用的电压转换器的至少一个通道包括所述电压转换器中禁用的至少一个DC-DC转换器。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述电压转换器包括对应于所述电压转换器的多个通道的多个DC-DC转换器。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器是所述电压转换器的部分。

10.根据权利要求1所述的设备，还包括用于确定由处理器从功率电压汲取的电流是否小于预定义阈值的电路，

其中响应于检测到处理器已经转变到较低功率模式且从所述电路接收到由处理器从功率电压汲取的电流小于预定义阈值的指示，禁用所述电压转换器的所述至少一部分。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制器进一步用于：

基于所述指示，检测到所述处理器已经退出较低功率模式到达较高功率模式；以及

响应于检测到所述处理器已经退出较低功率模式到达较高功率模式，激活先前禁用的所述电压转换器的所述至少一部分。

12.根据权利要求1所述的设备，还包括用于确定由处理器从功率电压汲取的电流是否超出预定义阈值的电路，

其中所述控制器进一步用于响应于下述条件中的任何一个来激活先前禁用的电压转换器的所述至少一部分：

检测到处理器已经退出较低功率模式到达较高功率模式；或

检测到由处理器从功率电压汲取的电流超出了预定义阈值。

13.一种具有至少一个性能状态和睡眠状态的处理器的功率管理的方法，包括：

通过检测到去往处理器的功率电压的电压电平降低到第一电平的指示，来检测到处理器已经进入所述睡眠状态，其中所述处理器的性能状态与处于第二电平的去往处理器的功率电压相关联，所述第二电平不同于所述第一电平；

接收由处理器汲取的电流的指示；以及

响应于检测到处理器已经进入睡眠状态且由处理器汲取的电流低于预定义阈值，禁用向处理器提供功率电压的多通道转换器的至少一个通道。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

将处理器编程为针对所述至少一个性能功率状态和睡眠状态定义功率电压的不同电压电平。

15.一种用于向处理器提供功率电压的电压转换器，包括：

控制器，用于：

响应于接收到指定处理器的功率电压的电压电平的转变的指示，检测到处理器已经从性能状态进入睡眠状态；

响应于检测到处理器已经进入睡眠状态，禁用电压转换器的至少一部分；以及

响应于检测到处理器已经退出睡眠状态，激活先前禁用的电压转换器的所述至少一部分。

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