CN102314208B - 一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法，设备实时获取各模块的时钟频率需求，在模块时钟频率需求发生变化时通过调整模块所属时钟域的主时钟信号和各模块的时钟控制器为各模块提供所需的时钟频率。本发明还公开了一种相应的动态调整嵌入式设备频率电压的装置。本发明的技术方案实现了对设备各模块频率的及时精确调整，在降低嵌入式设备的动态功耗的同时提高了设备频率和电压调整的及时性和精确度。

Description

一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法及装置

技术领域

本发明涉及到嵌入式设备省电技术，特别涉及到一种动态嵌入式设备频率电压的方法和装置。

背景技术

随着嵌入式技术的发展，嵌入式设备(简称，设备)的应用越来越广泛，功能越来越强大，其功耗也越来越大。出于对携带方便的要求，设备大多靠电池供电，且对设备的体积也有限制，不能将电池做的很大，而又要求尽可能的提高设备的待机和使用时间。如何在现有条件上通过改善系统设计，降低系统功耗，最大限度的达到省电的目的，是嵌入式设备发展的一个关键问题。

设备的功耗主要由动态功耗和静态功耗两部分组成，动态功耗是电路工作和逻辑状态转换时产生的，与频率成正比，与电源电压的平方成正比，而设备所使用的时钟频率与电压等级相对应。静态功耗是逻辑状态未转换时的晶体管的漏电流产生的，与漏电流和漏电压成正比。要降低设备功耗，增加设备的待机和使用时间，一个重要的方面就是要在满足设备正常工作需求的前提下，尽可能的降低系统频率及电压，从而降低设备的动态功耗。

嵌入式设备通常由多个模块组成，在不同的工作状态下，各个模块需要的频率是不同的，例如，在大多数时候，设备中总有部分模块是没有工作的，此时，这些模块需要的频率很低，甚至可以关闭，即使是在工作中的模块，根据不同的工作状态，其需要系统提供的频率也是不同的。

嵌入式设备通常具有一个或多个时钟域，时钟域结构如图1所示，包括一个时钟源为该时钟域的多个模块提供主时钟信号，每个模块都有一个对应的时钟控制器来从主时钟信号获得该模块需要的时钟频率，时钟控制器一般由一个分频器和一个时钟开关构成，其中，分频器用于对主时钟信号进行分频以获得模块所需要的时钟频率，时钟开关用于控制模块时钟信号的接通与断开。

专利申请号为200710039255.9的中国专利申请《电源管理技术中的动态电压频率调整方法》(公开日为2008年10月8日)中公开了一种动态频率电压调整方法：负荷监控模块负责收集硬件信息；将硬件信息写入CPU负荷日志寄存器；分析CPU的负荷日志；结合温度补偿信息、CPU负荷信息计算出需要的系统频率和电压；当需要的系统频率和电压变化超出设定的边界值后，调整设备的频率和电压。从而在满足正常工作需求的前提下减小了系统功耗，达到省电目的。但是该方法仍有以下不足：

(1)根据收集的CPU负荷信息来进行设备动态频率和电压的总体调整，不能对设备内部不同模块的时钟频率进行精确调整。

(2)只有在频率和电压需求变化超过设定的边界值之后才进行调整，不利于及时对设备的各模块的频率和电压需求变化做出响应。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法，以提高嵌入式设备频率电压调整的精确度和及时性。

本发明的技术方案是：

1、设备实时获取各模块所需要的时钟频率；

2、当有模块所需要的时钟频率发生变化时，设备根据各模块所需的时钟频率计算该模块所属时钟域的主时钟频率并调整该时钟域各模块的时钟控制器；

3、设备调整该时钟域时钟源的主时钟频率及电压。

所述计算该模块所属时钟域的主时钟频率并调整该时钟域各模块的时钟控制器进一步包括：

设备计算所述各模块所需时钟频率×各模块最低分频系数的最小公倍数，将最小公倍数作为主时钟频率；

各模块对应的时钟控制器的分频系数＝主时钟频率÷模块时钟频率；

如果模块关闭不需要时钟信号时，设置时钟开关状态为关闭。

所述设备实时获取各模块所需要的时钟频率进一步包括：

设备实时对各模块所需要的时钟频率进行轮询。

所述设备实时获取各模块所需要的时钟频率进一步包括：

模块在所需要的时钟频率发生变化时向设备上报新的时钟频率需求。

本发明还提供了一种动态调整嵌入式设备频率电压的装置，包括：

模块频率需求采集单元，从设备的各个模块实时获取各模块所需要的时钟频率，发送给判断单元；

判断单元，比较模块频率需求采集单元提供的各模块所需要的时钟频率和参数存储单元中保存的各模块时钟频率判断是否需要进行频率调整；更新参数存储单元中所保存的各模块时钟频率，发送控制信号给频率计算单元；

参数存储单元，保存设备的各模块的时钟频率；各模块对应时钟控制器的分频系数、时钟开关状态及最低有效分频系数；主时钟频率与电压等级的对应表；

频率计算单元，在判断单元控制下从参数存储单元中获取各模块时钟频率及各模块对应的时钟控制器的最低有效分频系数，计算需要的主时钟频率及各模块需要的分频系数、时钟开关状态并发送到频率电压调整单元；利用各模块需要的时钟控制器分频系数、时钟开关状态更新参数存储单元中保存的各模块对应的时钟控制器的分频系数、时钟开关状态；

频率电压调整单元，根据从频率计算单元接收到的信息从参数存储单元获取所需要的电压等级，控制调整时钟源的主时钟频率、电压及各模块对应的时钟控制器的分频系数和时钟开关状态。

本发明的技术方案实时获取各模块的时钟频率需求，在模块时钟频率需求发生变化时通过调整模块所属时钟域的主时钟信号和各模块的时钟控制器实现了对设备各模块频率的及时精确调整，在降低嵌入式设备的动态功耗的同时提高了设备频率和电压调整的及时性和精确度。

附图说明

图1是嵌入式设备时钟域结构图

图2是本发明具体实施例1、2总体流程图

图3是本发明具体实施例3结构图

具体实施方式

为进一步说明本发明的技术方案，下面给出具体实施例并结合附图详细说明。

具体实施例1

本实施例中，嵌入式设备的时钟域1的时钟源为一个锁相环(简称，PLL)，在该时钟域中共有5个模块，分别为M1、M2、M3、M4、M5，各模块当前的时钟频率分别为240Mhz、60Mhz、40Mhz、30Mhz和24Mhz，各模块的时钟控制器的分频系数分别为Div1＝1，Div2＝4，Div3＝6，Div4＝8，Div5＝10，PLL提供的主时钟信号为240Mhz。本实施例总体流程如图2所示。

1、设备实时获取各模块的工作状态；

本实施例中，设备采用实时轮询的方式查询各模块的时钟频率需求；

2、当有模块所需要的时钟频率发生变化时，设备调整该模块所属时钟域各模块的时钟控制器及主时钟频率；

201、有模块所需要的时钟频率发生变化；

本实施例中，设备查询到M1所需的时钟频率由240Mhz变为60Mhz；

202、分别计算各模块的FREQ_req×DIV_min；

其中，所述FREQ_req为模块所需要的时钟频率，DIV_min为该模块对应的时钟控制器所能提供的最低分频系数；

本实施例中，各模块对应的时钟控制器所能提供的最低分频系数均为1，计算后得到：

M1的FREQ_req×DIV_min＝60Mhz；

M2的FREQ_req×DIV_min＝60Mhz；

M3的FREQ_req×DIV_min＝40Mhz；

M4的FREQ_req×DIV_min＝30Mhz；

M5的FREQ_req×DIV_min＝24Mhz；

203、设备选择各模块FREQ_req×DIV_min的最小公倍数作为时钟源的主时钟信号频率；

本实施例中，各模块FREQ_req×DIV_min的最小公倍数为120Mhz，设备选择120Mhz为主时钟频率；

204、根据选择的主时钟频率，设置各模块对应的时钟控制器的分频系数和时钟开关；

本步骤中各模块对应的时钟控制器的分频系数和时钟开关计算方法为，

模块分频系数＝主时钟频率÷模块时钟频率；

如果模块不需要时钟信号，时钟开关设置为关闭；

本实施例中，根据主时钟频率设置各模块的分频系数分别为，Div1＝2，Div2＝2，Div3＝3，Div4＝4，Div5＝5；

3、设备设置时钟域2时钟源的主时钟频率及电压。

本实施例中，设备设置时钟域1PLL的主时钟频率为120Mhz，电压为120Mhz时钟频率对应的电压等级。

具体实施例2

本实施例中，嵌入式设备的时钟域2的时钟源为一个锁相环(简称，PLL)，在该时钟域中共有5个模块，分别为M1、M2、M3、M4、M5，其中，M1～M4当前的时钟频率分别为120Mhz、60Mhz、30Mhz、20Mhz，时钟控制器的分频系数分别为Div1＝2，Div2＝4，Div3＝8，Div4＝12，M5处于关闭状态，PLL提供的主时钟信号为240Mhz。本实施例总体流程如图2所示。

1、设备实时获取各模块所需时钟频率；

本实施例中，设备获取各模块所需时钟频率的方式为各模块在工作状态发生变化时实时上报；

2、当有模块所需要的时钟频率发生变化时，设备调整该模块所属时钟域各模块的时钟控制器及主时钟频率；

211、有模块所需要的时钟频率发生变化；

本实施例中，M1上报工作状态变为关闭，不再需要时钟信号；

212、分别计算各模块的FREQ_req×DIV_min；

其中，所述FREQ_req为模块所需要的时钟频率，DIV_min为该模块对应的时钟控制器所能提供的最低分频系数；

本实施例中，各模块对应的时钟控制器所能提供的最低分频系数均为1，计算后得到：

M1的FREQ_req×DIV_min＝0Mhz；

M2的FREQ_req×DIV_min＝60Mhz；

M3的FREQ_req×DIV_min＝30Mhz；

M4的FREQ_req×DIV_min＝20Mhz；

M5的FREQ_req×DIV_min＝0Mhz；

213、设备选择各模块FREQ_req×DIV_min的最小公倍数作为时钟源的主时钟信号频率；

本实施例中，各模块FREQ_req×DIV_min的最小公倍数为60Mhz，设备选择60Mhz为主时钟频率；

214、根据选择的主时钟频率，设置各模块对应的时钟控制器的分频系数和时钟开关；

本步骤中各模块对应的时钟控制器的分频系数和时钟开关计算方法为，

模块分频系数＝主时钟频率÷模块时钟频率；

如果模块不需要时钟信号，时钟开关设置为关闭；

本实施例中，根据主时钟频率设置各模块对应的时钟控制器的分频系数分别为，Div2＝1，Div3＝2，Div4＝3；M1及M5对应的时钟控制器的时钟开关设置为关闭；

3、设备设置时钟域2时钟源的主时钟频率及电压。

本实施例中，设备设置时钟域2PLL的主时钟频率为60Mhz，电压为60Mhz时钟频率对应的电压等级。

具体实施例3

本实施例为本发明的一种动态调整嵌入式设备频率电压的装置的优选实施例，装置结构如图3所示，包括：

模块频率需求采集单元，从设备的各个模块实时获取各模块所需要的时钟频率，发送给判断单元；

判断单元，比较模块频率需求采集单元提供的各模块所需要的时钟频率和参数存储单元中保存的各模块时钟频率判断是否需要进行频率调整；更新参数存储单元中所保存的各模块时钟频率，发送控制信号给频率计算单元；

参数存储单元，保存设备的各模块的时钟频率；各模块对应时钟控制器的分频系数、时钟开关状态及最低有效分频系数；主时钟频率与电压等级的对应表；

频率计算单元，在判断单元控制下从参数存储单元中获取各模块时钟频率及各模块对应的时钟控制器的最低有效分频系数，计算需要的主时钟频率及各模块需要的分频系数、时钟开关状态并发送到频率电压调整单元；利用各模块需要的时钟控制器分频系数、时钟开关状态更新参数存储单元中保存的各模块对应的时钟控制器的分频系数、时钟开关状态；

频率电压调整单元，根据从频率计算单元接收到的信息从参数存储单元获取所需要的电压等级，控制调整时钟源的主时钟频率、电压及各模块对应的时钟控制器的分频系数和时钟开关状态。

本装置的工作流程为：

1、模块频率需求采集单元实时获取设备各模块的时钟频率需求并发送给判断单元；

2、判断单元比较从模块频率需求采集单元接收到的各模块时钟频率需求与参数存储单元中保存的各模块时钟频率是否相同，如果相同返回步骤1，否则执行步骤3；

3、判断单元用接收到的各模块时钟频率需求更新参数存储单元中保存的各模块时钟频率，发送控制信号给频率计算单元；

4、频率计算单元接收到控制信号后从参数存储单元获取各模块时钟频率，各模块对应的时钟控制器的最低有效分频系数，计算所需要的主时钟频率、各模块对应的时钟控制器需要的分频系数及时钟开关状态，利用计算结果更新参数存储单元中各模块对应的时钟控制器的分频系数及时钟开关状态，发送计算结果到频率电压调整单元；

所述计算方法为：

需要的主时钟频率为各模块时钟频率×最低有效分频系数的最小公倍数；

各模块对应的时钟控制器的分频系数＝主时钟频率÷模块时钟频率；

如果模块关闭不需要时钟信号时，设置时钟开关状态为关闭；

5、频率调整单元根据接收到的主时钟频率从参数存储单元获取对应的电压等级，控制各模块对应的时钟控制器调整分频系数及时钟开关状态，控制时钟源调整主时钟频率及电压。

在以上本发明的有选实施例中，设备在调整主时钟频率时，将主时钟频率设置为各模块时钟频率×最低有效分频系数的最小公倍数，保证了所设置的主时钟频率为使各模块正常工作的最低频率，相应的电压等级也是最低的，进一步降低了设备的功耗。

本领域技术人员显然清楚并且理解，本发明方法所举的以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明。虽然通过实施例有效描述了本发明，本领域技术人员知道，本发明存在许多变化而不脱离本发明的精神，在不背离本发明的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明方法做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (6)

1.一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法，其特征在于，包括：

设备实时获取各模块所需要的时钟频率；

当有模块所需要的时钟频率发生变化时，设备根据各模块所需的时钟频率和该各模块对应的时钟控制器所能提供的最低分频系数计算该模块所属时钟域的主时钟频率并调整该时钟域各模块的时钟控制器；

设备调整该时钟域时钟源的主时钟频率及电压。

2.根据权利要求1所述的一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法，其特征在于，所述计算该模块所属时钟域的主时钟频率并调整该时钟域各模块的时钟控制器包括：

设备计算所述各模块所需时钟频率×各模块最低分频系数后取最小公倍数，将最小公倍数作为主时钟频率；

各模块对应的时钟控制器的分频系数＝主时钟频率÷模块时钟频率；

如果模块关闭不需要时钟信号时，设置时钟开关状态为关闭。

3.根据权利要求1或2所述的一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法，其特征在于，所述设备实时获取各模块所需要的时钟频率包括：

设备实时对各模块所需要的时钟频率进行轮询。

4.根据权利要求1或2所述的一种动态调整嵌入式设备频率电压的方法，其特征在于，所述设备实时获取各模块所需要的时钟频率包括：

模块在所需要的时钟频率发生变化时向设备上报新的时钟频率需求。

5.一种动态调整嵌入式设备频率电压的装置，其特征在于，包括：

模块频率需求采集单元，从设备的各个模块实时获取各模块所需要的时钟频率，发送给判断单元；

判断单元，比较模块频率需求采集单元提供的各模块所需要的时钟频率和参数存储单元中保存的各模块时钟频率判断是否需要进行频率调整；更新参数存储单元中所保存的各模块时钟频率，发送控制信号给频率计算单元；

参数存储单元，保存设备的各模块的时钟频率；各模块对应时钟控制器的分频系数、时钟开关状态及最低有效分频系数；主时钟频率与电压等级的对应表；

频率计算单元，在判断单元控制下从参数存储单元中获取各模块时钟频率及各模块对应的时钟控制器的最低有效分频系数，计算需要的主时钟频率及各模块需要的分频系数、时钟开关状态并发送到频率电压调整单元；利用各模块需要的时钟控制器分频系数、时钟开关状态更新参数存储单元中保存的各模块对应的时钟控制器的分频系数、时钟开关状态；

频率电压调整单元，根据从频率计算单元接收到的信息从参数存储单元获取所需要的电压等级，控制调整时钟源的主时钟频率、电压及各模块对应的时钟控制器的分频系数和时钟开关状态。

6.根据权利要求5所述的一种动态调整嵌入式设备频率电压的装置，其特征在于，所述频率计算单元计算需要的主时钟频率及各模块需要的分频系数、时钟开关状态包括：

需要的主时钟频率为各模块时钟频率×最低有效分频系数后取最小公倍数；

各模块对应的时钟控制器的分频系数＝主时钟频率÷模块时钟频率；

如果模块关闭不需要时钟信号时，设置时钟开关状态为关闭。