CN102257454A - 主动电源管理 - Google Patents

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Abstract

一种控制在多个主动周期中执行软件的处理器的时钟频率的方法，该方法包括对于每个周期：向电源管理应用程序供给至少一个参数，该参数为具有高频和低频操作间隔的周期定义执行配置文件；基于所述配置文件，电源管理应用程序确定用于高频和低频操作间隔的被准许的时钟频率；处理器在周期的起始处向电源管理应用程序供给对该周期的操作循环要求；基于操作循环要求，电源管理应用程序为每个周期确定低频间隔的长度；并且基于由电源管理应用程序所确定的被准许的时钟频率，在每个间隔中控制时钟频率。

Description

主动电源管理
技术领域
本发明涉及一种用于在主动电源管理方案中控制处理器时钟频率的方法和系统。
本发明属于主动电源管理(active power management，APM)的领域，其意指对处理器时钟频率和核心供给电压(Vdd)的短期控制来最小化主动模式下的功率消耗。主动电源管理通常是一种快速电源管理组件，其中每几百微秒就可能需要修改时钟频率和电压。决定是基于短期应用需要。
背景技术
存在很多种主动电源管理方案。许多这种被用于找到最优Vdd/时钟频率匹配的方案假定两参数均能够以连续的方式进行改变。这种电源模型不适用于其中供给电压和/或时钟频率具有已定义细度(granularity)的架构。
发明内容
本发明的的目标是提供一种用于控制处理器时钟频率的方法和系统，其能够缓解所存在的其中时钟频率仅能够随细度进行改变的限制。
根据本发明的一方面，提供一种控制处理器时钟频率的方法，该处理器在多主动周期中执行软件，该方法包括对于每个周期：向电源管理应用程序供给至少一个参数，该参数为具有高频和低频操作间隔(interval)的周期定义执行配置文件(profile)；基于所述配置文件，电源管理应用程序确定用于高频和低频操作间隔的被准许的时钟频率；处理器在周期的起始处向电源管理应用程序供给对该周期的操作循环要求；基于操作循环要求，电源管理应用程序为每个周期确定低频间隔的长度；以及基于由电源管理应用程序所确定的被准许的时钟频率，在每个间隔中对时钟频率进行控制。
本发明的另一方面提供了一种电源管理系统，该电源管理系统包括：适于在多个主动周期中执行软件的处理器；电源管理应用程序，操作用于接收为具有高频和低频操作间隔的每个周期定义执行配置文件的参数并且为所述间隔确定高频和低频时钟速率；以及用于以由所述电源管理应用程序所确定的频率向所述处理器供给时钟信号的装置，其中所述处理器操作用于在周期的起始处向所述电源管理应用程序供给对该周期的操作循环要求，并且其中所述电源管理应用程序操作用于基于所述参数和操作循环要求而为每个周期确定低频间隔的长度。
本文所描述的本发明的实施例特别适合于其中时钟频率选择由它的细度所限制的架构，特别是在其中时钟由除以除数的高频锁相环(PLL)输出所产生的架构中。在那种情况下，从电源管理应用程序向时钟装置输出该除数。
在本发明的优选实施例中，电源管理应用程序还确定用于高频和低频操作间隔的供给电压。在特别优选的实施例中，在分别用于高频和低频操作间隔的第一和第二预定供给电压之间作出选择。
本发明的实施例特别适合于正在运行无线调制解调器应用程序以实现软调制解调器的处理器。调制解调器应用程序的MIPS(百万指令每秒)特性不是平坦的(所需要的平均MIPS比在一些密集活动必须快速完成时所需要的最大MIPS低)。如果处理器的时钟频率(并且因此供给电压)在应用程序执行期间不改变，则能够存在长期不活动。因为与更快速地但在较高的时钟频率下做同样的工作并且然后进入空闲相比，在较低的时钟频率下做同样的工作是更加电源高效的，所以本文所描述的电源管理应用程序目标在于最小化不活动周期。
本文所描述的本发明的实施例包括其中存在两个处理器的架构，其中一个处理器利用诸如无线调制解调器应用程序之类的规则执行模式来执行实时编码，而另一个处理器类似于更通用的处理器。
本发明特别适合于当信息在无线通信系统中传输并且需要基于时隙进行处理时在无线调制解调器中的基于时隙的活动。这样的系统包括GSM或者UMTS系统。在这种情况下，周期能够与时隙对准。
本发明所描述的实施例提供如下优势：自动电源管理(APM)切换的速度能够非常快速，小于毫秒。
在以下实施例中，时钟频率经受两级控制输入以改变频率。
每个“模式”都具有APM(执行)配置文件(相对于仅单个频率)，该APM配置文件在APM周期内定义了标称高/低速度分裂(split)：这提供了初始的MIPS调谐。
该标称高/低分裂然后基于逐个时隙进行改变以提供非常精细的、动态的MIPS控制。
并行但关联的(connected)电压改变——即除了频率改变之外，但部分地响应于频率改变——给出与电压跟踪软件(voltage tracking software，AVS)的紧密交互以为APM周期的高低两部分提供可靠的电压设置。
附图说明
为了更好地理解本发明并示出如何可以实现本发明，现在将通过示例方式参考附图，其中：
图1是使用主动电源管理的处理器架构的示意框图；
图2是用于处理器中的主动电源管理的步骤序列的示意流程图；以及
图3是处理器的示例性示意执行配置文件。
具体实施方式
参考图1，示出了使用主动电源管理的处理器架构的示意框图。为了清晰起见，图1中的某些元件以由功能表示的框图呈现为单独的框。将容易明白的是，在该架构中这些元件实际上可以是在一个或多个处理器上运行的软件应用程序。
主动电源管理应用程序(APM)10运行在第一处理器DXP0 12上。APM 10被配置为以MIPS的形式从处理器DXP0 12中接收操作循环信息。APM 10也被配置为接收定义执行配置文件的参数。在本发明的特别实施例中，执行配置文件数据通过在处理器DXP0 12上运行的应用程序而被供给到APM 10。进一步处理器DXP1 14也被示出。
处理器DXP1 14没有执行配置文件——它被假定为作为通用处理器进行操作，并且能够按需请求所需要的操作频率(在本文中是指MHz)。然而，处理器DXP0 12处理“周期性”性质的实时应用程序。在以下中讨论它的时钟需求。
来自APM 10的时钟频率控制输出15控制处理器时钟(CLK)16。时钟16以由APM 10控制的频率产生用于处理器DXP0 12和处理器DXP1 14的时钟信号。来自APM 10的电压控制输出17控制AVS(自动电压供给)功能18内的功能20，该功能20从第一和第二预设电平Vdd1、Vdd2中选择供给电压。所选择的设置，Vdd1或者Vdd2，设置处理器DXP0 12和DXP1 14的供给电压。
除了用于在个别设置之间进行选择的选择(快速路径)功能20之外，AVS18具有功能22(全路径功能)，该功能22设置Vdd1和Vdd2的电平例如以跟踪温度。
在操作中执行配置文件数据被供给到APM 10。所述执行配置文件数据可以由处理器DXP0 12供给到APM 10。
执行配置文件定义了处理器DXP0 12的时钟频率(MHz)需要在整个配置文件时间跨度上如何改变。处理器DXP0 12的行为被假定为周期性的。在本上下文中周期是如下时间：在该时间期间需要紧张的处理活动，接着是平静。示例是在无线通信系统中的数据的UMTS时隙，UMTS时隙为666微秒长。该周期被假定为“短的”，这意味着因为改变时延和APM开销而不可能在周期内多次改变供给电压Vdd 18。
执行配置文件是模式特定的。因此对于例如UMTS和GSM模式可能存在单独的配置文件。APM 10的软件允许在无线调制解调器模式改变(例如UMTS/GSM，而且UMTS语音/UMTS高速数据)时改变主动配置文件。
根据所描述的实施例，执行配置文件仅由两部分组成：高速(高频)和低速(低频)间隔。认识到APM 10的需要可能不容易按照这种简单模型进行表达，因此允许附加的灵活性：该应用程序可能要求在每个配置文件周期内缩短低频间隔，如图3中示出的和下面所讨论的。
执行配置文件包括以下信息，这些信息可以以参数的形式被提供给APM10：
●高频间隔的所请求的时钟频率；
●以微秒计的高频间隔的最小长度；
●整个执行配置文件周期的长度；以及
●应用程序需要的平均时钟频率。
然后APM 10能够基于被供给到它的执行配置文件数据而为每个执行配置文件导出进一步信息。所导出的数据可以包括：
●高频间隔的被准许的时钟频率；
●低频间隔的被准许的时钟频率；以及
●标称高频间隔长度。
在选择“被准许的”频率的过程中，(除了来自配置文件的参数)考虑到来自能够被请求的处理器DXP1 14的所需要的MIPS；以这种方式，DXP1能够调制基于配置文件的“准许程序”。
高频间隔的被准许的MHz将通常即在正常的操作条件下比所请求的MHz更高。这是由于时钟16的细度。在所描述的实施例中，时钟信号以由除数控制的频率由锁相环(PLL)产生。
低频间隔的被准许的MHz和实际的标称高频间隔长度可以被选择成满足平均MHz请求。它们也可以考虑到时钟16的细度。
高频和低频间隔的被准许的MHz对于给定的模式保持恒定。所述AVS功能18在线15上接收被准许的MHz并且使用它们作为参考MHz以适应两个Vdd设置Vdd1和Vdd2。这在下面进一步解释。
低频间隔的被准许的MHz不能高于高频间隔的被准许的MHz。它们被允许相同。这是由时钟频率准许程序保证的。低频间隔的长度可以依据处理器DXP0 12上执行的应用程序(调制解调器软件)而被修改。
就是说，因为用于低频间隔的由处理器DXP0 12所需要的MIPS可能基于逐个周期而不同，所以调制解调器软件被配置为允许在每个周期的起始处(实际上在每个高频到低频过渡处)向APM 10传送该信息。APM 10然后可能决定(如果需要的话)提前随后的低频到高频过渡或者对于当前周期完全抑制低间隔以给予调制解调器软件更多的MIPS。这个特征可以被视为一种类型的PWM(脉冲宽度调制)，从而增强基础的双间隔周期性。
配置文件间隔切换，即从高频间隔到低频间隔的切换反之亦然，包括修改时钟频率和在Vdd1/Vdd2间选择供给电压。
通过改变从APM 10到CLK 16发送的时钟除数来修改时钟频率。这种配置不需要对被用于产生CLK 16的锁相环进行预编程，并且因此是非常快速的。
在本文中通过对核心电压编程两个Vdd设置(全路径)并且使用专用输入信号17而在它们之间切换(快速路径)来实现电压改变。两个Vdd设置的实际编程能够由在处理器DXP1 14上运行的AVS应用程序完成，同时APM 10使用专用硬件信号的快速转换(toggling)而只选择两个设置之一。
在控制AVS 18输出的选择功能20被切换时和在所选择的Vdd到达所期望的电压电平时之间存在时延。
由于Vdd时延，当改变到更高频率和电压时，Vdd 18的改变事件在频率改变之前被调度以确保Vdd适合于更高频率。
在执行周期期间在间隔之间过渡时存在两种要考虑的情况：
●低频——>高频间隔切换
首先Vdd 18必须增加并且只有在足够的延迟之后CLK 16才可以增加。这可以作为两步操作来执行，与减少Vdd/频率不同。电压改变将在切换到高频间隔之前被调度发生。时钟频率切换将在需要时被调度以精准地发生
●高频——>低频间隔切换
首先CLK 16应该被减少并且然后Vdd 18能够被降低。这可以按需完成，即当调制解调器软件用信号通知完成了高间隔时。
参考图2，示出了概述处理器的主动电源管理的步骤序列的示意性流程图。执行配置文件在步骤22中被供给到APM 10。所述执行配置文件包括如上面所讨论的参数，并且为每个主动周期定义了高频和低频操作间隔。
基于所供给的执行配置文件，考虑到DXP0 14的MHz要求和时钟细度，APM 10确定被准许的高频时钟(步骤24)和被准许的低频时钟(步骤26)。
在步骤28中，APM将被准许的时钟传送给AVS。
在步骤30处，在周期的起始处还向APM 10供给由调制解调器软件确定的对周期的操作循环要求。该操作循环要求可以由处理器DXP0 12提供。示例性操作循环要求可能是以所需要的MIPS形式。低频间隔的长度可以基于所述操作循环要求在步骤32处由APM 10计算。
低频间隔的长度的计算是在评估高频间隔是否经历了“抖动的”过渡后进行的。APM 10基于该周期中所需要的MIPS以及“抖动的”高到低过渡的实际时间而确定每个周期的低间隔的长度。
为了有效的集成电源管理，在本发明所描述的实施例中被准许的高频和低频时钟被供给到AVS功能18。AVS可以使用该时钟信息以适应如上面所描述的Vdd1和Vdd2的设置。
在步骤34处，APM 10通过提供除数以分割向产生处理器时钟信号的锁相环提供的时钟信号来控制CLK 16。如上面所解释的那样控制Vdd。步骤30、32、34以循环被重复执行。
以下是一种可以被用于实现本发明的可能算法：
Figure BPA00001392691300071
上面算法在上面能够减少低间隔长度但不能延长它。然而，其中低间隔长度被延长的备选方案是可能的。
所述算法被包括仅用于说明目的。本发明的范围旨在覆盖使用实现如所附权利要求中所描述的发明的备选算法。备选算法可以适应附加的因素。
APM 10用户可以动态地(基于逐个周期)请求低频间隔长度根据对其瞬间时钟频率需要的估计而从其标称值被延长或缩短(如果可能的话)。
参考图3，示出了执行配置文件的示例性示意图。
在水平轴上示出时间。高频间隔38和低频间隔40被清楚地示出为构成整个配置文件周期42。
图3也示出了用于高频和低频间隔的被请求的时钟频率44以及用于高频和低频间隔的被准许的时钟频率46。Vdd轨迹48也被示出并且论证了在从高频间隔到低频间隔的过渡期间的Vdd时延50以及从低频间隔到高频间隔的传送期间的Vdd时延52。
配置文件周期42的开头54和配置文件周期42的结尾56是固定的，如上面已经提到的。然而，从高频间隔到低频间隔的过渡可能受到抖动58的影响。因此在图3中可以看到，低频间隔40的长度可以被更改60、62以适应这一点并且通过延长低频间隔来提高电源效率。
将明白的是，上面所描述的主动电源管理特别适合于“周期性”软件，该软件例如在无线通信系统中或者在其中数据处理是“突发性(bursty)”的其他情形中正在处理基于时隙的数据。在其他的情况下，处理器DXP0 12应当被允许以正常的方式请求MHz，就像DXP1 14一样。该架构可以被设置以便如果执行配置文件被选择，则来自处理器DXP0 12的对MHz的任何直接请求都被忽略。处理器DXP0 12可以被告知“不选择”该执行配置文件，在该情况下直接MHz请求变得有效。如果没有配置文件被选择，并且两个处理器中没有一个请求MHz，则最小MHz将被选择。
处理器DXP1 14和DXP0 12的(直接的或者基于配置文件的)MHz请求在APM 10中被组合并且被传送到AVS功能18，其跟踪针对所组合MHz请求的供给电压Vdd。
虽然在上面所描述的实施例中仅基于在周期的起始处所接收的MIPS要求来修改低频间隔的长度，但是在那个点处调谐被准许的时钟频率也将是可能的。

Claims (14)

1.一种控制在多个主动周期中执行软件的处理器的时钟频率的方法，该方法包括对于每个周期：
向电源管理应用程序供给至少一个参数，该参数为具有高频和低频操作间隔的周期定义执行配置文件；
基于所述配置文件，电源管理应用程序确定用于高频和低频操作间隔的被准许的时钟频率；
处理器在周期的起始处向电源管理应用程序供给对该周期的操作循环要求；
基于操作循环要求，电源管理应用程序为每个周期确定低频间隔的长度；以及
基于由电源管理应用程序所确定的被准许的时钟频率，在每个间隔中控制时钟频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电源管理应用程序进一步控制处理器的供给电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述电源管理应用程序被布置成在高频和低频操作间隔中分别控制向处理器供给第一和第二预定供给电压之一。
4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中对于在无线通信系统中所传送的信息而言周期是时隙。
5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述执行配置文件针对处理器的每个操作模式被指定。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述处理器的操作模式是基于无线通信系统中的通信模式。
7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中定义所述执行配置文件的参数包括下列中的至少一个：
高频操作间隔的高频时钟速率；
高频操作间隔的最小长度；
所述执行配置文件的周期长度；以及
所述周期的平均时钟频率。
8.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中在周期的起始处由处理器供给的操作循环要求是在MIPS中确定的。
9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中针对每个间隔由所述电源管理应用程序所确定的被准许的时钟频率取决于供给时钟信号到所述处理器的时钟的细度。
10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中进一步处理器被布置成向所述电源管理应用程序供给操作循环要求，其中所述电源管理应用程序在为每个周期确定低频间隔的长度和每个间隔的被准许的时钟频率中考虑到该操作循环要求。
11.一种电源管理系统，包括：
适于在多个主动周期中执行软件的处理器；
电源管理应用程序，操作用于接收为具有高频和低频操作间隔的每个周期定义执行配置文件的参数并且操作用于为每个间隔确定被准许的时钟频率；以及
用于以由所述电源管理应用程序所确定的频率向所述处理器供给时钟信号的装置；
其中所述处理器操作用于在周期的起始处向所述电源管理应用程序供给对该周期的操作循环要求，并且其中所述电源管理应用程序操作用于基于所述参数和操作循环要求为每个周期确定低频间隔的长度。
12.根据权利要求11所述的系统，包括用于向所述处理器供给电压的装置，所述电压由所述电源管理应用程序控制。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述电压供给装置操作用于分别对高频和低频操作间隔施加第一和第二预定电压之一。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的系统，包括：进一步处理器，被布置成从所述时钟装置中接收时钟信号并且进一步操作用于向所述电源管理应用程序供给操作循环要求，其中在确定被准许的时钟频率时考虑到该操作循环要求。
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