CN104216502B - 一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，属于芯片设计及应用领域。本发明旨在解决移动设备的主控芯片中动态电压频率调节的延迟问题，在实现降低功耗的同时保证CPU性能，提升用户体验。本发明使SoC的CPU动态电压频率调节比传统方式更具有前瞻性，其实现原理为，把电容屏控制器集成到SoC上去，该电容屏控制器为数模混合信号设计，除具有传统电容屏控制器的数模转换、坐标输出、多点触控功能外，还具有触摸强度检测、触摸频率统计、触摸长度统计等功能，然后DVFS模块根据这些参数，结合操作系统负载情况，判断出一个具有前瞻性的CPU电压和频率，并且输出给SoC的电源管理单元和时钟管理单元进行相应调整。

Description

一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法

技术领域

本发明涉及一种SoC芯片电源管理技术，特别涉及一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法。

背景技术

目前，随着移动设备的发展和SoC芯片(System on Chip的缩写，称为系统级芯片)的普及，我们迫切需要降低SoC芯片的功耗，这是由于，一方面，电池技术短时间内难以得到较大进步，为了延长续航时间，必须降低功耗；另一方面，降低功耗有利于减少设备发热，提升稳定性和用户体验。目前，为了降低功耗，越来越多的芯片支持动态电压与频率调节技术DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)。这类技术(专利：200710039255.9)主要有两种实现方法：1、基于软件的DVFS实现：一般通过在操作系统的核心调用中安装钩子的办法来收集系统调用的信息，判断当前的系统负载。采集一定时间的负载值，然后通过预测算法判断下一时间系统负载。然后产生相应的工作电压和系统频率分别发送到电源管理单元(PMU，Power Management Unit)和时钟管理单元(CMU，Clock Managment Unit)，按顺序调整电源电压和频率。2、基于硬件的DVFS实现：在SoC中内置一个硬件单元，专门用于采集系统负载，预测工作电压和系统频率。总体来说，传统DVFS提升性能工作流程为：用户操作→启动程序→系统负荷高→采集到系统负荷高→提高工作电压→提高系统频率→提升性能。降低功耗流程为：用户停止操作→程序休眠→系统负荷低→采集到系统负荷低→降低频率→降低电压→降低功耗。这些方法具有如下不足：

1、系统的电压频率调节具有延时。不管是软件还是硬件实现DVFS，由于需要采集系统负载，并预测下一时段负载，这使得系统的电压频率调节具有延时，不能达到性能和功耗的平衡。

2、预测具有局限性。由于下一时间段的负载完全由用户决定，具有很强的随机性，所谓的预测算法和调度算法都只能一定程度的估计用户的使用情况，不能对用户的要求做出准确反应。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法。该方法通过把电容屏控制器集成到SoC上去，该电容屏控制器为数模混合信号设计，除具有传统电容屏控制器的数模转换、坐标输出、多点触控功能外，还具有触摸强度检测、触摸频率统计、触摸长度统计等功能，然后DVFS模块根据这些参数，结合操作系统负载情况，判断出一个具有前瞻性的CPU电压和频率，并且输出给SoC的电源管理单元和时钟管理单元进行相应调整。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，应用于SoC系统级芯片上，包括以下步骤：

S1、SoC芯片上电后，操作系统根据预设策略，设置触摸屏控制器的寄存器组的参数；

S2、用户操作触摸屏时，触摸操作通过电容屏控制器进行数模转换，获取并统计捕获的触摸屏操作参数，对这些值按设定策略取加权平均，得到一个系统的性能指数值，并传入DVFS控制模块；

S3、DVFS控制模块通过查表，得到该系统的性能指数值对应的CPU电压和频率，并与操作系统中运行的DVFS算法所预测的CPU电压和频率比较，取其较大者，得到前瞻工作电压Vo和前瞻工作频率Fo；

S4、DVFS控制模块将前瞻工作电压Vo和前瞻工作频率Fo分别写入电源管理单元PMU和时钟管理单元CMU，完成动态电压频率调整。

优选的，所述步骤S1中设置触摸屏控制器的寄存器组的参数包括触摸频率统计周期，滑动距离统计周期和加权方式选择。

优选的，所述步骤S2中捕获的触摸屏操作参数包括触摸强度、触摸点数、触摸频率以及滑动距离。

优选的，所述的SoC系统级芯片包含：触摸屏控制器，电源管理单元PMU、时钟管理单元CMU、DVFS控制模块，精简指令集处理器，片上总线、图形单元、内存控制器、输入输出接口模块。

优选的，所述的SoC系统级芯片包含的控制器、单元或者模块采用IP核形式，以Verilog硬件描述语言描述。

优选的，所述的SoC系统级芯片通过外接电源管理集成电路PMIC来管理SoC系统级芯片的功耗。

优选的，所述的触摸屏控制器与外接的触摸屏相连接。

优选的，所述步骤S3中操作系统运行的DVFS算法所预测的CPU电压和频率通过精简指令集处理器写入DVFS控制模块。

优选的，所述方法提升系统性能的调节顺序依次为：用户开始操作、系统性能指数高、提高系统工作电压、提高系统工作频率、提升系统性能。

优选的，所述方法降低系统功耗的调节顺序依次为：用户停止操作、系统性能指数低、降低系统工作频率、降低系统工作电压、降低系统功耗。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、由于提升性能的调节顺序为：用户操作→系统性能指数高→提高工作电压→提高系统频率→提升性能→启动程序；降低功耗的调节顺序为：用户停止操作→系统性能指数低→降低频率→降低电压→降低功耗，

相对于传统DVFS提升性能工作流程(具体为：用户操作→启动程序→系统负荷高→采集到系统负荷高→提高工作电压→提高系统频率→提升性能；)和传统DVFS降低功耗流程(具体为：用户停止操作→程序休眠→系统负荷低→采集到系统负荷低→降低频率→降低电压→降低功耗；)而言，

采用本方法的SoC可以在程序启动前一瞬间预先提升CPU频率，加速程序启动；在用户停止操作后短时间内迅速降低功耗。

2、可以在浏览网页、玩游戏等场合根据触摸的频率、强度、触摸点数、滑动距离自适应地调整CPU频率，降低功耗的同时保证性能；

3、可以与传统预测型动态电压与频率调节技术DVFS有效结合与互补。

附图说明

图1是采用本发明方法的SoC系统架构图；

图2是本发明方法的工作流程机制图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

参见图1所示，采用本发明方法的SoC系统架构图，该SoC芯片包含：触摸屏控制器，电源管理单元(PMU,Power Management Unit)，时钟管理单元(CMU,Clock ManagementUnit)，DVFS模块，精简指令集处理器(RISC CPU)，片上总线(SoC BUS)，图形单元(GraphicsUnit)，内存控制器(Memory Controller)，输入输出接口模块(I/O Interface)等等；并且以上所述的SoC系统级芯片包含的控制器、单元或者模块采用IP核形式，以Verilog硬件描述语言描述。

以上SoC芯片还通过外接电源管理集成电路PMIC来管理SoC系统级芯片的功耗。

以下具体说明本发明的工作过程，参见图2所示：

1、采用本方法的SoC上电后，操作系统根据预设策略，设置触摸屏控制器的寄存器组，包括触摸频率统计周期T1，滑动距离统计周期T2，加权方式选择；用户操作时，触摸操作通过电容屏控制器进行数模转换，获取并统计触摸强度，触摸点数，触摸频率，滑动距离，对这些值按设定策略取加权平均，得到一个系统性能指数的值E，并传入DVFS控制模块；

2、DVFS控制模块通过查表，得到该性能指数E对应的工作电压Ve和系统频率Fe，在此期间，操作系统中运行的DVFS算法所预测的工作电压Vr和系统频率Fr会通过RISC CPU写入DVFS控制模块，取其较大者，即：

前瞻工作电压Vo＝Max{Ve,Vr}；

前瞻工作频率Fo＝Max{Fe,Fr}；

3、DVFS控制模块将Vo和Fo分别写入电源管理单元(PMU,Power Management Unit)和时钟管理单元(CMU,Clock Managment Unit)，完成前瞻动态电压频率调整。

4、提升性能的调节顺序为：用户开始操作→系统性能指数高→提高系统工作电压→提高系统工作频率→提升系统性能；

5、降低功耗的调节顺序为：用户停止操作→系统性能指数低→降低系统工作频率→降低系统工作电压→降低系统功耗。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，应用于SoC系统级芯片上，其特征在于，包括以下步骤：

S1、SoC芯片上电后，操作系统根据预设策略，设置触摸屏控制器的寄存器组的参数；

S2、用户操作触摸屏时，触摸操作通过电容屏控制器进行数模转换，获取并统计捕获的触摸屏操作参数，对这些值按设定策略取加权平均，得到一个系统的性能指数值，并传入DVFS控制模块；

S3、DVFS控制模块通过查表，得到该系统的性能指数值对应的CPU电压和频率，并与操作系统中运行的DVFS算法所预测的CPU电压和频率比较，取其较大者，得到前瞻工作电压Vo和前瞻工作频率Fo；

S4、DVFS控制模块将前瞻工作电压Vo和前瞻工作频率Fo分别写入电源管理单元PMU和时钟管理单元CMU，完成动态电压频率调整。

2.根据权利要求1所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于：

所述步骤S1中设置触摸屏控制器的寄存器组的参数包括触摸频率统计周期，滑动距离统计周期和加权方式选择。

3.根据权利要求1所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于：

所述步骤S2中捕获的触摸屏操作参数包括触摸强度、触摸点数、触摸频率以及滑动距离。

4.根据权利要求1所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于，所述的SoC系统级芯片包含：触摸屏控制器，电源管理单元PMU、时钟管理单元CMU、DVFS控制模块，精简指令集处理器，片上总线、图形单元、内存控制器、输入输出接口模块。

5.根据权利要求4所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于，所述的SoC系统级芯片包含的控制器、单元或者模块采用IP核形式，以Verilog硬件描述语言描述。

6.根据权利要求4所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于，所述的SoC系统级芯片通过外接电源管理集成电路PMIC来管理SoC系统级芯片的功耗。

7.根据权利要求4所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于：所述的触摸屏控制器与外接的触摸屏相连接。

8.根据权利要求1所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于：所述步骤S3中操作系统运行的DVFS算法所预测的CPU电压和频率通过精简指令集处理器写入DVFS控制模块。

9.根据权利要求1至8任一所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于：

所述方法提升系统性能的调节顺序依次为：用户开始操作、系统性能指数高、提高系统工作电压、提高系统工作频率、提升系统性能。

10.根据权利要求1至8任一所述的一种具有前瞻属性的SoC动态电压频率调节方法，其特征在于：

所述方法降低系统功耗的调节顺序依次为：用户停止操作、系统性能指数低、降低系统工作频率、降低系统工作电压、降低系统功耗。