CN105824727A - 芯片运行状态监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种芯片运行状态监测系统及监测方法，其中监测系统包括：电压频率传感器，用于运行电压以及输出测试频率；存储器，用于存储多个工作电压，以及各工作电压相对应的频率范围；识别器，用于判断运行电压是否为工作电压，还用于判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内。监测方法包括：获取所述运行电压以及测试频率；判断所述运行电压是否为工作电压；判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内。本发明利用了能反映相关联区块内器件运行快慢的测试频率与相关联区块内器件运行快慢、运行电压、晶片温度之间的关系，采用温度频率传感器替代现有技术中三个传感器的设计，减小了芯片监测系统的面积。

Description

芯片运行状态监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及一种芯片设计领域，特别涉及一种芯片运行状态监测系统及监测方法。

背景技术

半导体器件的性能容易随着使用条件、周围环境的变化而发生改变。例如，半导体器件的阈值电压、饱和电流、漏电流等的性能特征通常会随着所述器件使用时的电压以及环境温度的改变而改变。

在现有的片上系统(SystemonChip，SoC)设计中，普遍采用芯片监测系统对芯片状态进行监测。参考图1，示出了现有技术一种监测系统的示意图。所述监测系统为工艺、电压、温度传感器100(Process/Voltage/TemperatureSensor,PVT传感器)监测系统，包括：工艺传感器110，用以感测相关联区块的进程运行情况，以克服加工过程中不同晶片(die)之间的工艺浮动。工艺传感器110通过一定电压、温度下所输出的频率表征在相应电压、温度条件下芯片运行进程的情况。电压传感器120用以感测相关联区块的运行电压，防止在不同电压控制区域压降问题的出现。电压传感器120主要包括模数转换器121(Analog-to-DigitalConverter，ADC)，用以输出相关联区块运行电压的数字信号。温度传感器130用以感测相关联区块的晶片温度，以避免过热现象的出现。温度传感器130能输出与芯片温度高低相对应的包括对温度高低敏感的测温器件131以及模数转换器132，通过模数转换器132输出芯片温度的数字信号。存储器140内存储所述芯片各种运行情况下电压、温度范围等。

监测时，芯片处于运行中，工艺传感器110感测芯片内不同区块的进程运行情况；电压传感器120和温度传感器130分别监测芯片内器件电压和温度。当电压或者温度超出存储区140内存储相应进程运行情况下电压或者温度的范围时，芯片执行相应的指令，以补偿所述温度和电压的至少一个变量，从而使芯片运行恢复正常。

但是所述基于PVT传感器的监测系统所占用的面积比较大。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种芯片运行状态监测系统及其监测方法，以缩小芯片运行状态监测系统的面积。

为解决上述问题，本发明提供一种芯片运行状态监测系统，所述芯片包括至少一个区块，被监测的区块为相关联区块，包括：

电压频率传感器，与所述相关联区块相连，用于感测所述相关联区块的运行电压，还用于输出能反映所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

存储器，用于存储所述相关联区块的多个工作电压，以及各工作电压相对应的能表征所述相关联区块内器件运行快慢的频率范围；

识别器，与所述存储器和所述电压频率传感器相连，用于判断所述电压频率传感器感测的运行电压是否为存储器中存储的工作电压，在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；

所述识别器还用于在运行电压为所述工作电压时，判断电压频率传感器输出的测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内，在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断芯片内相关联区块运行异常。

可选的，所述电压频率传感器包括：逆变环形振荡器，用于输出能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；参考电路，用于产生参考电压；模数转换器，与所述参考电路以及所述相关联区块相连，用于输出与所述相关联区块的运行电压相对应的数字信号。

可选的，所述参考电路为带隙基准电路。

可选的，所述模数转换器为逐次逼近寄存器型的模数转换器。

可选的，所述存储器为非易失性存储器。

可选的，所述识别器包括：电压识别器，与所述存储器和所述模数转换器相连，用于根据所述模数转换器输出的数字信号判断所述运行电压是否为存储器中存储的所述工作电压，还用于在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；频率识别器，与所述存储器、所述逆变环形振荡器以及所述电压识别器相连，用于在所述运行电压是所述工作电压时，判断所述测试频率是否位于所述存储器中存储的与所述工作电压相对应的频率范围内，还用于在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断所述相关联区块运行异常。

可选的，所述存储器内存储的与工作电压相对应的频率范围包括：在对应工作电压下，对所述相关联区块内器件运行快慢进行测量所获得的直接测量值。

可选的，所述监测系统还包括：处理器，与所述识别器和所述芯片相连，用于在识别器判断所述相关联区块运行异常时执行指令，以使所述相关联区块恢复正常。

可选的，在识别器判断所述运行电压低于所述存储器内存储的工作电压最小值时，所述处理器控制所述相关联进入休眠状态。

可选的，在识别器判断所述测试频率低于所述工作温度相对应频率范围的最小值时，所述处理器启动降温设备。

可选的，所述处理器为中央处理器。

可选的，所述电压频率传感器实时感测所述运行电压，并且实时输出所述测试频率；所述识别器实时判断所述运行电压是否为存储器中存储的所述相关联区块的所述工作电压；在所述运行电压为所述工作电压时，实时判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内。

本发明还提供一种芯片运行状态的监测方法，所述芯片包括至少一个区块，被监测的区块为相关联区块，包括：

获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

判断所述运行电压是否为所述相关联区块的工作电压，在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；

在判断所述运行电压为所述工作电压时，判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内，在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断所述相关联区块运行异常。

可选的，所述获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率的步骤包括：实时获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；判断所述运行电压是否为所述相关联区块的工作电压的步骤包括：实时判断所述运行电压是否为所述相关联区块的工作电压；在判断所述运行电压为所述工作电压时，判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内的步骤包括：实时判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内。

可选的，所述获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率的步骤之前，所述监测方法还包括：使所述相关联区块在工作电压下运行，并对所述相关联区块内器件运行快慢进行测量，以获得与所述工作电压相对应的频率范围的直接测量值。

可选的，所述监测方法还包括：在运行电压低于所述工作电压最小值时，所述相关联进入休眠状态。

可选的，所述监测方法还包括：在测试频率小于所述工作电压相对应频率范围的最小值时，启动降温设备。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

综述，本发明所提供的芯片运行状态监测系统，利用了能表征相关联区块内器件运行快慢的测量频率与相关联区块内器件的运行快慢、测量电压、晶片温度之间的关系，采用电压频率传感器替代现有技术中的三个传感器的设计，省去了部分传感器，减小了芯片监测系统的面积。

进一步，由于本发明中用以识别芯片内相关联区块运行状态的工作电压和频率范围，是针对芯片内相关联区块的直接测量值，采用直接量测数据作为识别标准，能够精确反应相关联区块的相关参数，减少了由于工艺变化和电路设计本身产生的影响，因此本发明所提供的芯片监测方法对芯片内相关联区块运行状态的识别更加准确。

附图说明

图1是现有技术芯片监测系统(PVT传感器)的功能框图；

图2是本发明芯片运行状态监测系统一实施例的功能框图；

图3是本发明芯片运行状态监测方法一实施例的流程图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有的芯片运行状态监测系统存在占用面积较大的问题。结合图1所示的监测系统的分析问题的原因：

现有技术的监测系统中，PVT传感器中电压传感器、温度传感器均包括模数转换器，因此电压传感器和温度传感器这两部分的面积都较大。而且PVT传感器包含有3个传感器分别监测芯片运行时的进程、电压及温度，因此现有芯片监测系统的面积较大。

此外，现有PVT传感器识别过程中，所采用的识别标准为存储器内存储的电压、温度的范围，这些识别标准是针对芯片内所有区块的统一标准，而不是针对所关联区块的特定标准，因此现有PVT传感器对于相关联区块运行状态的识别存在偏差。

为解决所述技术问题，本发明提供一种芯片运行状态监测系统，包括：

电压频率传感器，与所述相关联区块相连，用于感测所述相关联区块的运行电压，还用于输出能反映所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

存储器，用于存储所述相关联区块的多个工作电压，以及各工作电压相对应的能表征所述相关联区块内器件运行快慢的频率范围；

识别器，与所述存储器和所述电压频率传感器相连，用于判断所述电压频率传感器感测的运行电压是否为存储器中存储的工作电压，在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；

所述识别器还用于在运行电压为所述工作电压时，判断电压频率传感器输出的测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内，在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断芯片内相关联区块运行异常。

本发明利用了能反映相关联区块内器件运行快慢的测试频率与相关联区块内器件运行快慢、电压、温度之间的关系，采用温度频率传感器替代现有技术中三个传感器的设计，减小了芯片监测系统的面积。而且由于本发明中用以识别相关联区块运行状态的工作电压和频率范围，是针对相关联区块的直接测量值，因此本发明所提供的芯片监测方法对相关联区块运行状态的识别更加准确。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图2，示出了本发明芯片运行状态监测系统一实施例的功能框图。本实施例中，芯片运行状态监测系统用于对芯片(图中未标识)进行监测。

需要说明的，所述芯片包括有至少一个区块(Block)，每个区块设置有相关联的监测系统，被监测系统所监测的区块为相关联区块。本实施例中所述区块201为芯片运行状态监测系统200的相关联区块。

具体的，所述芯片运行状态监测系统200包括：

电压频率传感器210，用以感测所述相关联区块201的运行电压vn以及用于输出能表征相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn。

具体的，所述电压频率传感器210包括参考电路211，模数转换器212和逆变环形振荡器213。

其中，参考电路211用以产生参考电压。本实施例中，参考电路211为带隙基准电路，理想的带隙基准电路是一种提供稳定基准电压的基本电路，所产生的参考电压值与温度、器件运行快慢无关。

模数转换器212与所述参考电路211和所述相关联区块201相连，用于接收所述参考电路211产生的参考电压以及所述相关联区块201输出的探测电压。所述模数转换器212比较探测电压和参考电压，以探测电压和参考电压的差值表征所述相关联区块201的运行电压vn。

进一步地，所述模数转换器212把所述运行电压vn转换为数字信号，即以一数字信号来表示所述相关联区块201的运行电压vn。具体的，本实施例中，所述模数转换器212为逐次逼近寄存器型(SuccessiveApproximationRegister，SAR)模数转换器。

继续参考图2，所述电压频率传感器210还包括逆变环形振荡器213，所述逆变环形振荡器213用以输出表征所述相关联区块201内器件运行快慢的测试频率fn。

此外，所述测试频率fn还可以表征所述相关联区块201的晶片温度。具体的，由于所述测试频率fn与所述相关联区块201内器件运行的快慢以及运行电压和晶片温度有关：测试频率fn越高，则器件运行越快或者运行电压越高或者晶片温度越低；反之，如果测试频率fn越低，则器件运行越慢或者运行电压越低或者晶片温度越高。

也就是说，对于器件快慢、运行电压以及晶片温度这3个量，确定了其中2个，第3个也就能被确定。因此在器件快慢和运行电压vn确定的情况下，所述测试频率fn的高低能够表征所述相关联区块201的晶片温度情况。

继续参考图2，所述芯片监测系统200还包括存储器220，用于存储所述相关联区块201的多个工作电压Vn，以及与各工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)。

需要所说明的是，所述存储器220内存储的多个与工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)为在对应工作电压Vn下，对所述相关联区块内器件运行快慢进行测量所获得的直接测量值。具体的，本实施例中，所述存储器220内存储的多个与工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)为，在对应工作电压Vn下，所述逆变环形振荡器213输出的测试频率fn的直接测量值。采用直接量测数据作为识别标准，能够精确反应相关联区块的相关参数，与采用相同标准识别不同区块的现有技术相比，减少了由于工艺变化和电路设计本身产生的影响。

具体地，在芯片设计、产品制造阶段，在所述相关联区块正常运行的情况下，直接感测芯片工作电压Vn，以及不同工作电压Vn下，表征所述相关联区块内器件运行快慢的频率范围，即在所述相关联区块正常运行情况下，表征所述相关联区块内器件运行最快的最大测试频率Fn_max和表征所述相关联区块内器件运行最慢的最小测试频率Fn_min，获得与工作电压Vn相对应的频率范围，并将工作电压Vn，以及与所述工作电压Vn相对应的最大测试频率值Fn_max和最小测试频率值Fn_min的直接测量值写入存储器220。具体的，本实施例中，在芯片设计阶段，在所述相关联区块正常运行的情况下，通过温度频率传感器210直接感测相关联区块201的工作电压Vn，以及不同工作电压Vn下，所述逆变环形振荡器213输出的最大测试频率Fn_max和最小测试频率Fn_min，并将所述工作电压Vn，以及与所述工作电压Vn相对应的最大测试频率Fn_max和最小最小测试频率Fn_min的直接测量值写入存储器220中。

进一步需要说明的是，其中所述相关联区块能够正常运行的电压范围，即最大值工作电压Vn_max、最小值工作电压Vn_min，以及不同工作电压Vn之间的取值步长根据所述芯片设计需要和测量精度而定。

本实施例中，核心电压为0.9V，电压范围为上下浮动20％。因此最大工作电压Vn_max为1.08V，最小工作电压为Vn_min为0.72V。所述芯片设计过程中，测试频率测量时，电压测量步长为0.01V。因此，存储器220内存储有37组与不同工作电压Vn相对应的所述逆变环下振荡器213频率范围值，即(Vn，Fn_max，Fn_min)的数量为37组。

具体的，本实施例中，所述存储器220为非易失性存储器。

继续参考图2，所述芯片监测系统200还包括识别器230，与所述存储器220和所述电压频率传感器210相连，用于判断所述相关联区块运行是否异常。

具体的，所述识别器230包括电压识别器231，与所述存储器220和所述模数转换器212相连，用于判断所述模数转换器212输出的所述相关联区块的运行电压vn是否为存储器220中存储的相关联区块的工作电压Vn。在所述运行电压vn不是所述工作电压Vn时，判断所述相关联区块运行异常。本实施例中，所述电压识别器231根据所述模数转换器212输出的运行电压vn，读取存储器220内存储的与工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)，查询与所述运行电压vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)。当无法从存储器220中查找到与所述运行电压vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)时，判断所述相关联区块的运行电压vn不正常。进一步，将所述运行电压vn与存储器220中存储的工作电压Vn的范围进行比较：如果所述运行电压vn高于所述存储器220中存储的最大工作电压Vn_max，则判断所述运行电压vn过大；如果所述运行电压vn低于所述存储器220中存储的最小工作温度Vn_min，则判断所述运行电压vn过低。

所述识别器还包括频率识别器232，与所述存储器220、所述逆变环形振荡器213以及电压识别器231相连，在电压识别器231判断所述运行电压vn是存储器中存储的工作电压Vn时，判断所述测试频率fn是否位于与所述工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)内，在所述测试频率fn位于所述频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)内时，判断所述相关联区块201运行正常，在所述测试频率fn不位于所述频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)内时，判断所述相关联区块201运行异常。

具体的，本实施例中，在电压识别器231判断所述运行电压vn是所述工作电压Vn时，将所述测试频率fn与所述工作电压Vn对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)比较，如果测试频率fn大于最大测试频率Fn_max或者测试频率fn小于最小测试频率Fn_min时，判断所述相关联区块201运行不正常：如果测试频率fn大于最大测试频率Fn_max时，则判断所述测试频率fn过大，即所述相关联区块201内器件运行过快；如果测试频率fn小于最小测试频率Fn_min时，则判断所述测试频率fn过小，即所述相关联区块201内器件运行过慢。

需要说明的是，由于逆变环形振荡器213输出的测试频率fn与相关联区块201内器件运行的快慢、运行电压和晶片温度有关：测试频率fn越高，则器件运行越快或者运行电压越高或者晶片温度越低。因此在固定器件运行、固定测试温度情况下，逆变环形振荡器213输出的测试频率fn的高低还能够表征相关联区块201晶片温度的情况：测试频率fn越高，则表示晶片温度越高；测试频率fn越低，则表示晶片温度越低。因此当识别器230识别测试频率fn过大时，还表示所述相关联区块201的晶片温度过高；当识别器230识别测试频率fn过小的时候，还表示所述相关联区块201的晶片温度过低。

还需要说明的是，所述电压频率传感器210实时感测所述相关联区块201的运行电压vn，并且实时输出能表征所述相关联区块201内器件运行快慢的测试频率fn。具体的，本实施例中，所述模数转换器212以一定时间间隔不断的输出所述相关联区块201的运行电压vn，所述逆变环形振荡器213同样以一定的时间间隔不断的输出测试频率fn。并且所述识别器230实时判断所述运行电压vn是否为存储器220中存储的所述相关联区块201的工作电压Vn，即所述识别器230不断的判断所述运行电压vn是否为存储器220中存储的所述相关联区块201的工作电压Vn；在所述运行电压vn为所述工作电压Vn时，实时判断所述测试频率fn是否位于与所述工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)内，即不断的判断所述测试频率fn是否位于与所述工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)内。

也就是说，本发明所提供的监测系统200对所述相关联区块201运行状态的监测是实时进行的，可以动态的了解所述相关联区块201的运行状态，当相关联区块201运行异常的时候，能够及时作出反馈调整，避免影响芯片内任务的运行或者芯片在运行过程中受损。

继续参考图2，所述监测系统200还包括处理器240，所述处理器240分别与所述识别器230和所述芯片相连。所述处理器240根据所述识别器230的识别结果控制所述芯片执行相应指令。

需要说明的是，所述相应指令是指在芯片设计的时候，预设的一些指令，在所述相关联区块201运行异常的时候，处理器240控制所述芯片执行相应的指令以使所述相关联区块201恢复正常运行。

例如，在所述运行电压vn过低时，处理器240会存储数据，使相关联区块201进入休眠状态，并且调整所述芯片上其他区块任务分布，以使所述运行电压vn回升，当运行电压vn回升到正常范围内时，处理器240才会重新在相关联区块201上开始执行正常的指令；在所述测试频率fn过低时，即所述相关联区块201的晶片温度过高时，处理器240会暂缓或者暂停相关联区块201的后续操作，或者当芯片与降温设备相连的时候，所述处理器240启动系统的降温设备(例如启动风扇等)。

具体的，本实施例中，所述处理器240为中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)。采用CPU作为所述监测系统200的控制器，能够省去处理器240的面积，能够进一步缩小所述监测系统的面积。

相应地，本发明还提供一种芯片运行状态的监测方法，包括：

获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

判断所述运行电压是否为所述相关联区块的工作电压，在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；

在判断所述运行电压为所述工作电压时，判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内，在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断所述相关联区块运行异常。

参考图3，示出了本发明芯片运行状态监测方法一实施例的流程图。

具体的，获取所述相关联区块的运行电压vn以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn。

本实施例中，通过温度频率传感器获取运行电压vn和能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn。具体的，所述温度频率传感器包括参考电路、模数转换器和逆变环形振荡器。所述模数转换器获取芯片输出的探测电压和参考电路产生的参考电压，以探测电压和参考电压的差值表征所述芯片中相关联区块的运行电压vn，并把运行电压vn转换为数字信号输出；所述逆变环形振荡器输出能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn。

此外，所述逆变环形振荡器输出的测试频率fn还可以表征所述相关联区块的晶片温度。具体的，由于所述测试频率fn与相关联区块内器件运行的快慢以及运行电压vn、晶片温度有关：测试频率fn越高，则相关联区块内器件运行越快或运行电压vn越高或晶片温度越低；反之，测试频率fn越低，则相关联区块内器件运行越慢或运行电压vn越低或晶片温度越高。

也就是说，对于器件快慢、运行电压vn以及晶片温度这3个量，确定了其中的2个，第3个也就能够被确定。因此在器件快慢和运行电压vn确定的情况下，测试频率fn的高低能够表征所述相关联区块的晶片温度情况。

继续参考图3，获取运行电压vn和测试频率fn之后，判断所述运行电压vn是否为所述相关联区块的工作电压Vn，在所述运行电压vn不是所述工作温度Vn时，判断所述相关联区块运行异常。

具体的，本实施例中，根据所获取的运行电压vn，查询不同运行电压vn下获取的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)，查找与运行电压vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)。当无法查找到与之相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)时，则判断所述相关联区块的运行电压vn不正常。进一步，将所述运行电压vn与获取的频率范围中的工作电压Vn进行比较：如果运行电压vn高于获取的频率范围中的最大工作电压Vn_max，则判断运行电压vn过大；如果运行电压vn低于获取的频率范围中的最小工作电压Vn_min，则判断运行电压vn过小。

需要说明的是，所述获取所述相关联区块的运行电压vn以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn的步骤之前，所述监测方法还包括：使所述相关联区块在工作电压Vn下运行，并对所述相关联区块内器件运行快慢进行测量，以获得与所述工作电压Vn相对应的测试频率fn的频率范围的直接测量值，即获取与所述工作电压Vn相对应的最大测试频率Fn_max和最小测试频率Fn_min。采用直接量测数据作为识别标准，能够精确反应相关联区块的相关参数，与采用相同标准识别不同区块的现有技术相比，减少了由于工艺变化和电路设计本身产生的影响。

具体地，在芯片设计、产品制造阶段，在所述相关联区块正常运行的情况下，直接感测芯片工作电压Vn，以及不同工作电压Vn下，表征所述相关联区块内器件运行快慢的频率范围，即在所述相关联区块正常运行情况下，表征所述相关联区块内器件运行最快的最大测试频率Fn_max和表征所述相关联区块内器件运行最慢的最小测试频率Fn_min，获得与工作电压Vn相对应的频率范围，并记录工作电压Vn，以及与所述工作电压Vn相对应的最大测试频率值Fn_max和最小测试频率值Fn_min的直接测量值。

具体的，本实施例中，在芯片设计阶段，在所述相关联区块正常运行的情况下，通过电压频率传感器直接感测相关联区块的工作电压Vn，以及不同工作温度Tn下，所述逆变环形振荡器输出的最大测试频率Fn_max和最小测试频率Fn_min，并将所述工作电压Vn，以及与所述工作电压Vn相对应的最大测试频率Fn_max和最小最小测试频率Fn_min的直接测量值写入存储器。

进一步需要说明的是，所述相关联区块能够正常运行的电压范围，即最大值工作电压Vn_max、最小值工作电压Vn_min，以及不同工作电压Vn之间的取值步长根据所述芯片设计需要和测量精度而定。

本实施例中，核心电压为0.9V，电压范围为上下浮动20％。因此最大工作电压Vn_max为1.08V，最小工作电压为Vn_min为0.72V，设置的测量步长为0.01V。因此，存储器220内存储有37组与不同工作电压Vn相对应的所述逆变环下振荡器213频率范围值，即(Vn，Fn_max，Fn_min)的数量为37组。

继续参考图3，在判断运行电压vn正常，即运行电压vn是所述相关联区块的工作电压Vn时，继续判断表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn是否位于与所述工作电压Vn相对应的频率范围(Vn，Fn_max，Fn_min)内。在所述测试频率fn位于所述频率范围内时，判断所述相关联区块运行正常；在所述测试频率fn不位于所述频率范围内时，判断所述相关联区块运行异常。具体的，本实施例中，在查找到与运行电压vn相对应的频率范围的时候，进一步将所述测试频率fn与所述频率范围进行比较：如果测试频率fn大于最大测试频率Fn_max或者小于最小测试频率Fn_min，则判断所述芯片运行不正常：如果测试频率fn大于最大测试频率Fn_max，则判断测试频率fn过大，即器件运行过快；如果测试频率fn小于最小测试频率Fn_min，则判断测试频率fn过小，即器件运行过慢。

需要说明的是，由于所述测试频率fn与相关联区块内器件运行的快慢、运行电压vn和晶片温度有关：测试频率fn越高，则器件运行越快或者运行电压vn越高或者晶片温度tn越低。因此在固定的器件运行、固定运行电压vn情况下，所述测试频率fn的高低还能够表征相关联区块的晶片温度情况：测试频率fn越高，则表示晶片温度越大；测试频率fn越低，则表示晶片温度越小。因此，当判断所述测试频率fn过高时，还表示相关联区块晶片温度过低；当判断所述测试频率fn过低时，还表示相关联区块晶片温度过高。

还需要说明的是，所述获取所述相关联区块的运行电压vn以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn的步骤包括：实时获取所述运行电压vn以及所述测试频率fn，即以一定的时间间隔不断地获取所述运行电压vn以及所述测试频率fn；判断所述运行电压vn是否为所述相关联区块的工作电压Vn的步骤包括：实时判断所述运行电压vn是否为所述工作电压Vn，即不断的判断所述运行电压vn是否为所述工作电压Vn；在判断所述运行电压vn为所述工作电压Vn时，判断所述测试频率fn是否位于与所述工作电压Vn相对应的频率范围内的步骤包括：实时判断所述测试频率fn是否位于与所述工作电压Vn相对应的频率范围内，即不断的判断所述测试频率fn是否位于与所述工作电压Vn相对应的频率范围内。也就是说，本发明所提供的监测方法对相关联区块运行状态的监测是实时进行的，可以动态的了解所述芯片相关联区块的运行状态，当相关联区块运行异常的时候，能够及时作出反馈调整，避免任务运行受到影响或者芯片受损。

此外，在本实施例中，采用逆变环形振荡器获得所述能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率fn，但是本发明对此不做任何限制，在本发明其他实施例中还可以采用其他期间获取所述测试频率fn。

当判断所述相关联区块运行异常的时候，需要调整所述芯片运行状态，以避免所述芯片上任务运行受到影响或者所述芯片受损。

具体的，在芯片设计阶段，通过预设一些指令，在所述相关联区块运行异常的时候，使芯片运行状态发生改变，以使运行异常的所述相关联区块回复正常。

例如，当判断相关联区块运行电压vn过低时，任务数据会被存储，相关联区块进入休眠状态，并调整芯片其他区块上的任务分布，以使运行电压vn回升，当运行电压vn回升到正常范围内的时候，相关联区块上的后续指令才会继续执行；当判断相关联区块温度过高时，即测试频率fn过低的时候，相关联区块的后续操作会被暂缓或暂停，或者当芯片与降温系统相连的时候，启动降温设备(例如风扇等)。

综上，本发明所提供的芯片运行状态监测系统，利用了能表征相关联区块内器件运行快慢的测量频率与相关联区块内器件的运行快慢、测量电压、晶片温度之间的关系，采用电压频率传感器替代现有技术中的三个传感器的设计，省去了部分传感器，减小了芯片监测系统的面积。

进一步，由于本发明中用以识别芯片内相关联区块运行状态的工作电压和频率范围，是针对芯片内相关联区块的直接测量值，采用直接量测数据作为识别标准，能够精确反应相关联区块的相关参数，减少了由于工艺变化和电路设计本身产生的影响，因此本发明所提供的芯片监测方法对芯片内相关联区块运行状态的识别更加准确。

本发明所提供的芯片运行状态监测方法可以但不限于采用上述芯片运行状态监测系统实现。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种芯片运行状态监测系统，所述芯片包括至少一个区块，被监测的区块为相关联区块，其特征在于，所述监测系统包括：

电压频率传感器，与所述相关联区块相连，用于感测所述相关联区块的运行电压，还用于输出能反映所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

存储器，用于存储所述相关联区块的多个工作电压，以及各工作电压相对应的能表征所述相关联区块内器件运行快慢的频率范围；

识别器，与所述存储器和所述电压频率传感器相连，用于判断所述电压频率传感器感测的运行电压是否为存储器中存储的工作电压，在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；

所述识别器还用于在运行电压为所述工作电压时，判断电压频率传感器输出的测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内，在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断芯片内相关联区块运行异常。

2.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述电压频率传感器包括：

逆变环形振荡器，用于输出能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

参考电路，用于产生参考电压；

模数转换器，与所述参考电路以及所述相关联区块相连，用于输出与所述相关联区块的运行电压相对应的数字信号。

3.如权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述参考电路为带隙基准电路。

4.如权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述模数转换器为逐次逼近寄存器型的模数转换器。

5.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述存储器为非易失性存储器。

6.如权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述识别器包括：

电压识别器，与所述存储器和所述模数转换器相连，用于根据所述模数转换器输出的数字信号判断所述运行电压是否为存储器中存储的所述工作电压，还用于在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；

频率识别器，与所述存储器、所述逆变环形振荡器以及所述电压识别器相连，用于在所述运行电压是所述工作电压时，判断所述测试频率是否位于所述存储器中存储的与所述工作电压相对应的频率范围内，还用于在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断所述相关联区块运行异常。

7.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述存储器内存储的与工作电压相对应的频率范围包括：在对应工作电压下，对所述相关联区块内器件运行快慢进行测量所获得的直接测量值。

8.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括：处理器，与所述识别器和所述芯片相连，用于在识别器判断所述相关联区块运行异常时执行指令，以使所述相关联区块恢复正常。

9.如权利要求8所述的监测系统，其特征在于，在识别器判断所述运行电压低于所述存储器内存储的工作电压的最小值时，所述处理器控制所述相关联进入休眠状态。

10.如权利要求8所述的监测系统，其特征在于，在识别器判断所述测试频率低于所述工作温度相对应频率范围中的频率最小值时，所述处理器启动降温设备。

11.如权利要求8所述的监测系统，其特征在于，所述处理器为中央处理器。

12.如权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述电压频率传感器实时感测所述运行电压，并且实时输出所述测试频率；

所述识别器实时判断所述运行电压是否为存储器中存储的所述相关联区块的所述工作电压；在所述运行电压为所述工作电压时，实时判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内。

13.一种芯片运行状态的监测方法，所述芯片包括至少一个区块，被监测的区块为相关联区块，其特征在于，所述监测方法包括：

获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

判断所述运行电压是否为所述相关联区块的工作电压，在所述运行电压不是所述工作电压时，判断所述相关联区块运行异常；

在判断所述运行电压为所述工作电压时，判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内，在所述测试频率不位于所述频率范围内时，判断所述相关联区块运行异常。

14.如权利要求13所述的监测方法，其特征在于，所述获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率的步骤包括：实时获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率；

判断所述运行电压是否为所述相关联区块的工作电压的步骤包括：实时判断所述运行电压是否为所述相关联区块的工作电压；

在判断所述运行电压为所述工作电压时，判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内的步骤包括：实时判断所述测试频率是否位于与所述工作电压相对应的频率范围内。

15.如权利要求13所述的监测方法，其特征在于，所述获取所述相关联区块的运行电压以及能表征所述相关联区块内器件运行快慢的测试频率的步骤之前，所述监测方法还包括：使所述相关联区块在工作电压下运行，并对所述相关联区块内器件运行快慢进行测量，以获得与所述工作电压相对应的频率范围的直接测量值。

16.如权利要求13所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：在运行电压低于所述工作电压的最小值时，所述相关联进入休眠状态。

17.如权利要求13所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：在测试频率小于所述工作电压相对应频率范围内的频率最小值时，启动降温设备。