CN107844152A - 负载监控器、基于多核心架构的供电系统和电压调整方法 - Google Patents

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Abstract

一种负载监控器、基于多核心架构的供电系统和电压调整方法，该负载监控器应用于多核心架构，负载监控器用于监测核心的负载状态，并根据核心的负载状态控制低压差线性稳压器LDO输出电压至核心，负载监控器包括控制模块和至少一个监测模块，监测模块的监测端分别连接核心的信号输出端，监测模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块的控制端连接监测模块的输入端，控制模块的输出端连接LDO的控制端，LDO的输出端连接核心的电压输入端，控制模块用于控制监测模块工作或关闭。实施本发明实施例，可以降低多核心架构的整体功耗。

Description

负载监控器、基于多核心架构的供电系统和电压调整方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种负载监控器、基于多核心架构的供电系统和电压调整方法。
背景技术
多核心(英文：core)架构，是指在一个集成电路(英文：Integrated Circuit，简称：IC)中集成两个或两个以上的独立工作的核心，核心可以为中央处理器(英文：CentralProcessing Unit，简称：CPU)、视频解码器(英文：Video Decoder)、视频编码器(英文：Video Encoder)等。目前的多核心架构中，多个核心共用同一个电压源，每个核心的工作电压都相同，由于核心的负载越大，需要的工作电压越高，当每个核心的负载不同时，为了满足负载最大的核心的工作电压需求，每个核心的工作电压均为负载最大的核心的工作电压，导致低负载的核心的仍在高的工作电压下工作，浪费了低负载核心的功耗，进而增加了多核心架构的整体功耗。
发明内容
本发明实施例公开了一种负载监控器、基于多核心架构的供电系统和电压调整方法，可以降低多核心架构的整体功耗。
本发明实施例第一方面公开了一种负载监控器，用所述负载监控器应用于多核心架构，所述负载监控器用于监测核心的负载状态，并根据所述核心的负载状态控制低压差线性稳压器LDO输出电压至所述核心，所述负载监控器包括控制模块和至少一个监测模块，其中：
所述监测模块的监测端连接所述核心的信号输出端，所述监测模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块的控制端连接所述监测模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述LDO的控制端，所述LDO的输出端连接所述核心的电压输入端，所述控制模块用于控制所述监测模块工作或关闭；
当所述监测模块工作时，所述监测模块监测所述核心的负载状态，所述监测模块将所述核心的负载状态发送给所述控制模块，所述控制模块根据所述核心的负载状态生成电压控制信号至所述LDO，所述电压控制信号用于控制所述LDO输出相应的电压至所述核心，所述LDO用于根据不同的电压控制信号输出不同的电压给所述核心供电。
负载监控器可以监测核心的负载状态，并根据负载状态生成电压控制信号至LDO，以使LDO对核心供电。在多核心架构中，每个负载监控器可以根据其连接的核心的负载状态调控该核心的工作电压，进而调整该核心的工作频率，可以满足多核心架构中多个核心的不同的电压和频率需求，进而可以降低多核心架构的整体功耗。
可选的，为了方便外部设备、系统或软件获取核心的负载状态，所述负载监控器还包括读取模块，所述读取模块连接所述监测模块和所述控制模块，所述读取模块用于控制所述监测模块和所述控制模块工作或关闭，并在所述监测模块和所述控制模块工作时读取所述监测模块监测的负载状态。
读取模块可以读取至少一个监测模块监测的至少一个负载状态，读取模块读取的至少一个负载状态可供外部设备、系统或软件使用。外部设备、系统或软件可以及时的获取核心的负载状态，方便外部设备、系统或软件对核心的负载状态的监控。
可选的，所述负载状态包括负载信号；
当所述控制模块工作时，所述控制模块周期性的输出采样信号到所述监测模块，所述监测模块响应所述采样信号对所述核心输入的负载信号进行采样；在所述采样信号的采样周期内，当所述负载信号大于对应的阈值时，所述监测模块确认所述负载信号有效；所述监测模块统计在所述采样周期内所述负载信号有效的次数，将所述负载信号有效时的负载值锁存，以供所述读取模块读取。
本发明实施例提供了一种读取模块工作方式，读取模块可以周期性的读取核心的负载状态。
可选的，所述电压控制信号包括工作模式控制信号，所述工作模式控制信号用于控制所述LDO处于不同的工作模式，在不同的工作模式下，所述LDO输出不同的电压给所述核心供电。
本发明实施例中的LDO可以设定多种工作模式，在不同的工作模式下，LDO输出给核心的电压不同。LDO根据负载监控器输出的电压控制信号确定其工作模式，从而调整核心的电压和频率，LDO无需自行控制输出的电压，只需设定工作模式，简化LDO的设计，实现负载监控器对核心的电压和频率的快速调整。
本发明实施例第二方面公开一种基于多核心架构的供电系统，包括一个电压源和N个核心，还包括M个低压差线性稳压器LDO和N个本发明实施例第一方面公开的负载监控器LM，其中：
所述电压源的输出端连接所述M个LDO的输入端，第k个LDO的输出端连接X个核心的电压输入端，第i个核心的信号输出端连接第j个LM的监测端，所述第j个LM的输出端连接所述第k个LDO的控制端；其中，每个LDO连接的核心均不相同，一个核心连接一个LM，每个核心连接的LM均不相同，所述M和所述N均为大于或等于2的正整数，所述N大于或等于所述M，所述X为小于所述N的正整数，所述第k个LDO为所述M个LDO中的任一个，所述第i个核心为所述X个核心中的任一个，所述第j个LM为所述N个LM中的任一个，所述i和所述j均为正整数；
所述电压源为所述M个LDO提供供电电压，所述第j个LM监测所述第i个核心的负载状态，并根据所述负载状态生成电压控制信号发送给所述第k个LDO，所述第k个LDO接收X个LM发送的X个电压控制信号，从所述X个电压控制信号中确定最大电压控制信号，根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与所述最大电压控制信号对应的目标输出电压至所述X个核心；所述目标输出电压小于或等于所述供电电压。
LM可以根据其监测的核心的负载状态控制核心的供电电压和频率，可以满足多核心架构中多个核心的不同的电压和频率需求，进而可以降低多核心架构的整体功耗。
本发明实施例第三方面公开一种电压调整方法，包括：
所述第j个LM监测所述第i个核心的负载状态；
所述第j个LM根据负载状态与电压控制信号的对应关系生成所述负载状态对应的电压控制信号，并将所述电压控制信号输出至与所述第k个LDO，以使所述第k个LDO从接收的至少一个电压控制信号中确定最大电压控制信号，并以使所述第k个LDO根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与所述最大电压控制信号对应的目标输出电压至与所述第k个LDO连接的所述X个核心，以使所述X个核心的工作电压为所述目标输出电压。
本发明实施例中的每个核心的工作电压都可以根据自身负载状态灵活调控，多核心架构中的每个核心都工作在最佳的省电状态中，从而可以降低多核心架构的整体功耗。
可选的，所述方法还包括：
所述第j个LM监测所述第i个核心的当前工作电压；
当所述当前工作电压大于预设值时，所述第j个LM锁住所述第i个核心，直至所述当前工作电压小于或等于所述预设值时，解锁所述第i个核心。
第j个LM为基于多核心架构的供电系统中的N个LM中的任一个，每个LM对一个核心的负载状态进行实时监控。锁住核心，是在核心的工作电压过高时的一种保证核心性能的方法，锁住核心可以稳定核心的工作电流，避免出现在核心需要的电压过高时，LDO输出的电压不稳定导致核心的工作电流不稳定的问题。
可选的，所述电压控制信号包括第一使能信号和第二使能信号，所述电压控制信号的大小基于所述第一使能信号和所述第二使能信号决定，不同的所述电压控制信号对应不同的工作模式。
例如，第一使能信号可以为“0”或“1”，第二使能信号也可以为“0”或“1”，第一使能信号与第二使能信号组合起来可以对应四种不同的电压控制信号。每种电压控制信号对应一种工作模式，不同的电压控制信号对应不同的工作模式，在不同的工作模式下，LDO输出的电压和频率不相同。
可选的，所述第k个LDO包括如下四种工作模式：活跃模式、保留模式、直连模式和关断模式。
在活跃模式下，核心处于工作运行状态，LDO瞬间输出给核心的电压和电流都能够满足核心正常运行的需求；在保留模式下，核心处于非运行状态，核心至保留内部必要的状态信息，核心的大部分功耗来自于静态功耗，LDO输出极低的电压，此时LDO也处于低功耗状态；在直连模式下，此时LDO输出的电压完全由外部电压源来提供，LDO输出的电压即为外部电压源的电压；在关断模式下，此时核心的电源完全切断，核心停止工作。
可选的，所述负载状态包括空闲时间占比、等待中断(英文：Wait for interrupt；简称：WFI)时长、温度和缓存命中率中的至少一种。
一般而言，空闲时间占比越大，表明核心的负载越轻；等待中断时长越长，表明核心的负载越轻；温度越高，表明核心的负载越重，缓存命中率越高，表明核心的负载越重。负载状态可以包括空闲时间占比、等待中断时长、温度和缓存命中率中的一种或多种组合。
本发明实施例中，负载监控器应用于多核心架构，负载监控器用于监测核心的负载状态，并根据核心的负载状态控制低压差线性稳压器LDO输出电压至核心，负载监控器包括控制模块和至少一个监测模块，监测模块的监测端分别连接核心的信号输出端，监测模块的输出端连接控制模块的输入端，控制模块的控制端连接监测模块的输入端，控制模块的输出端连接LDO的控制端，LDO的输出端连接核心的电压输入端，控制模块用于控制监测模块工作或关闭。
当监测模块工作时，监测模块监测核心的负载状态，监测模块将核心的负载状态发送给控制模块，控制模块根据核心的负载状态生成电压控制信号至LDO，电压控制信号用于控制LDO输出相应的电压至核心，LDO根据不同的电压控制信号输出不同的电压给核心供电。实施本发明实施例采用负载监控器，每个负载监控器可以根据每个核心的负载状态调控每个核心的工作电压和频率，可以满足多核心架构中多个核心的不同的电压和频率需求，进而可以降低多核心架构的整体功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种多核心架构的示意图；
图2是本发明实施例公开一种负载监控器的结构示意图；
图3是本发明实施例公开另一种负载监控器的结构示意图；
图4是本发明实施例公开一种基于多核心架构的供电系统的结构示意图；
图5是本发明实施例公开的一种LDO的结构示意图；
图6是本发明实施例公开的一种电压调整方法的流程示意图；
图7是本发明实施例公开的另一种电压调整方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种负载监控器、基于多核心架构的供电系统和电压调整方法，可以降低多核心架构的整体功耗。以下分别进行详细说明。
为了更好的理解本发明实施例，下面先对本发明实施例公开的一种多核心架构进行描述。
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种多核心架构的示意图。如图1所示，包括一个电压源101、N个核心(如图1中的1031、1032、1033、...103N)、M个低压差线性稳压器(如图1中的1021、1022、...102M)和N个负载监控器(如图1中的1041、1042、1043、...104N)。
核心是独立的一个功能模块，例如中央处理器(英文：Central Processing Unit，简称：CPU)、视频解码器(英文：Video Decoder)、视频编码器(英文：Video Encoder)等。
电压源101为低压差线性稳压器1021、1022、...102M提供供电电压，一个负载监控器(英文：Load Monitor；简称：LM)监测一个核心的负载状态，例如，LM1041监测核心1031的负载状态，LM1042监测核心1032的负载状态，...LM104N监测核心103N的负载状态。负载状态可以包括核心的负载率、电压、电流、功率、频率等参数，还可以包括核心的等待中断(英文：Wait for interrupt；简称：WFI)时长、缓存命中率、空闲时间占比等参数。一般而言，核心的等待中断时长越短、缓存命中率越高、空闲时间占比越小，则核心的负载越重。LM根据核心的负载状态生成电压控制信号发送给低压差线性稳压器(英文：Low DropoutRegulator；简称：LDO)，例如，LM1041根据核心1031的负载状态生成电压控制信号发送给LDO1021，LM1042根据核心1032的负载状态生成电压控制信号发送给LDO1021，LM1043根据核心1033的负载状态生成电压控制信号发送给LDO1022，...LM104N根据核心103N的负载状态生成电压控制信号发送给LDO102M。LDO根据LM发送的电压控制信号输出电压给核心，具体的，LDO可以根据至少一个核心发送的电压控制信号，从上述至少一个核心发送的电压控制信号中确定电压最大的电压控制信号，LDO根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与上述电压最大的电压控制信号对应的目标输出电压至上述至少一个核心。例如，以LDO1021为例，LDO1021根据LM1041发送的第一电压控制信号和LM1042发送的第二电压控制信号，确定第一电压控制信号与第二电压控制信号中那个电压控制信号对应的输出电压更大，如果第一电压控制信号对应的输出电压更大，则以第一电压控制信号对应的输出电压输出至核心1031和核心1032，反之，则以第二电压控制信号对应的输出电压输出至核心1031和核心1032。
图1中的LDO可以与核心分离，也可以集成在核心上，当LDO集成在核心上时，即为片上低压差线性稳压器(英文：On-Chip Low Dropout Regulator；简称：OCLDO)。上述M和上述N都是大于或等于2的正整数，并且M小于或等于N。本发明实施例中，每个负载监控器可以根据每个核心的负载状态调控每个核心的工作电压，进而调整每个核心的工作频率，可以满足多核心架构中多个核心的不同的电压和频率需求，进而可以降低多核心架构的整体功耗。
在一个优选的实施例中，上述M与上述N相等，即一个LDO对应一个核心，一个核心对应一个LM，一个LM通过一个LDO独立控制一个核心的工作电压和频率。本发明实施例中，每个核心的工作电压和频率都可以根据自身负载状态灵活调控，多核心架构中的每个核心都工作在最佳的省电状态中，从而可以降低多核心架构的整体功耗。
请参阅图2，图2是本发明实施例公开一种负载监控器的结构示意图，图2所示的负载监控器应用于图1的多核心架构，如图2所示，负载监控器20用于监测核心40的负载状态，并根据负载状态生成电压控制信号至LDO30，LDO30根据电压控制信号输出电压至核心40，其中，负载监控器20包括控制模块201和至少一个监测模块(如图2所示的第一监测模块211、第二监测模块212、...第K监测模块21K)。
一个监测模块的监测端连接核心40的一个输出端，例如，第一监测模块211的监测端2111连接核心40的输出端401、第二监测模块212的监测端2121连接核心40的输出端402、...第K监测模块21K的监测端21K1连接核心40的输出端40K。一个监测模块的输出端连接控制模块201的一个输入端，例如，第一监测模块211的输出端2112连接控制模块201的输入端2011、第二监测模块212的输出端2122连接控制模块201的输入端2012、...第K监测模块21K的输出端21K2连接控制模块201的输入端201K。控制模块201的控制端2021连接至少一个监测模块的输入端(例如，第一监测模块211的监测端2113、第二监测模块212的监测端2123、...第K监测模块21K的监测端21K3)，控制模块201的输出端连接LDO30的控制端，例如，控制模块201的输出端2031连接LDO30的控制端301、控制模块201的输出端2032连接LDO30的控制端302。LDO30的输出端311连接核心的电压输入端411，其中，控制模块201可以通过控制端2021控制至少一个监测模块工作或关闭。
当一个监测模块工作时，一个监测模块监测核心40的一个负载状态。例如，当第一监测模块211、第二监测模块212、...第K监测模块21K都工作时，第一监测模块211可以监测核心40的电压负载状态、第二监测模块212监测核心40的电流负载状态、...第K监测模块21K监测核心40的空闲时间占比。这些监测模块将核心40的负载状态发送给控制模块，例如，第一监测模块211将核心的电压负载状态发送给控制模块201、第二监测模块212将核心的电流负载状态发送给控制模块201、...第K监测模块21K将核心40的空闲时间占比发送给控制模块201。控制模块201根据接收到的核心40的K个负载状态生成电压控制信号至LDO30。其中，电压控制信号用于控制LDO30输出相应的电压至核心40，LDO30用于根据不同的电压控制信号输出不同的电压给核心40供电。
在一个具体场景中，控制模块201的控制端2021发送启动信号给K个监测模块(如图2所示的第一监测模块211、第二监测模块212、...第K监测模块21K)，以启动上述K个监测模块对核心40的负载状态进行监测。每个监测模块可以监测核心40的一种负载状态，例如，第一监测模块211监测核心40的等待中断时长，第二监测模块212监测核心40的缓存命中率，第K监测模块21K监测核心40的空闲时间占比。上述K个监测模块将监测的K个负载状态发送给控制模块201，控制模块201根据上述K个负载状态生成电压控制信号至LDO30，LDO30根据上述电压控制信号输出电压给核心40供电。
在一个实施例中，可以根据负载状态决定是否调整核心的电压和频率，若负载状态为等待中断时长，第一监测模块211监测核心40的等待中断时长，当第一监测模块211监测核心40的等待中断时长位于预设的时长(例如，20～50微秒)内时，则LDO不对核心40的电压和频率进行调整，保持核心40的电压和频率不变；当第一监测模块211监测核心40的等待中断时长小于一个预设值(例如，20微秒)时，则LDO将核心40的电压和频率调高；当第一监测模块211监测核心40的等待中断时长大于另一个预设值(例如，50微秒)时，则LDO将核心40的电压和频率调低。
若负载状态为缓存命中率，第二监测模块212监测核心40的缓存命中率，当第二监测模块212监测核心40的缓存命中率位于预设的缓存命中率区间(例如，50％～80％)内时，则LDO不对核心40的电压和频率进行调整，保持核心40的电压和频率不变；当第二监测模块212监测核心40的缓存命中率小于第一缓存命中率阈值(例如，50％)时，则LDO将核心40的电压和频率调低；当第二监测模块212监测核心40的缓存命中率大于第二缓存命中率阈值(例如，80％)时，则LDO将核心40的电压和频率调高。
若负载状态为空闲时间占比，第K监测模块21K监测核心40的缓存命中率，当第K监测模块21K监测核心40的空闲时间占比位于预设的空闲时间占比区间(例如，20％～80％)内时，则LDO不对核心40的电压和频率进行调整，保持核心40的电压和频率不变；当第K监测模块21K监测核心40的空闲时间占比小于第一空闲时间占比阈值(例如，20％)时，则LDO将核心40的电压和频率调低；当第K监测模块21K监测核心40的空闲时间占比大于第二空闲时间占比阈值(例如，80％)时，则LDO将核心40的电压和频率调高。
若负载状态包括等待中断时长、缓存命中率和空闲时间占比时，可以设置每个负载状态的权重，并设置一个预设权重值区间，判断所有负载状态的权重值之和是否位于预设权重值区间内，若是，则LDO不对核心40的电压和频率进行调整，若否，则LDO将核心40的电压和频率调低或调高。例如，设置预设权重值区间为2-4，等待中断时长位于预设的时长(例如，20～50微秒)内时，对应的权重值为1；等待中断时长小于一个预设值(例如，20微秒)时，对应的权重值为0；等待中断时长大于另一个预设值(例如，50微秒)时，对应的权重值为2。缓存命中率位于预设的缓存命中率区间(例如，50％～80％)内时，对应的权重值为1；缓存命中率小于第一缓存命中率阈值(例如，50％)时，对应的权重值为2；缓存命中率大于第二缓存命中率阈值(例如，80％)时，对应的权重值为0。空闲时间占比位于预设的空闲时间占比区间(例如，20％～80％)内时，对应的权重值为1；空闲时间占比小于第一空闲时间占比阈值(例如，20％)时，对应的权重值为2；空闲时间占比大于第二空闲时间占比阈值(例如，80％)时，对应的权重值为0。当所有负载状态的权重值之和位于2-4之间时，则LDO保持核心40的电压和频率不变，不对核心40的电压和频率进行调整；当所有负载状态的权重值之和小于2时，则LDO将核心40的电压和频率调高；当所有负载状态的权重值之和大于4时，则LDO将核心40的电压和频率调低。
在其他负载状态不变的情况下，等待中断时长越短，表明核心的负载越重，核心需要的电压和频率越小，等待中断时长越长，表明核心的负载越轻，核心需要的电压和频率越大；在其他负载状态不变的情况下，缓存命中率越高，表明核心的负载越重，核心需要的电压和频率越大，缓存命中率越轻，表明核心的负载越轻，核心需要的电压和频率越小；在其他负载状态不变的情况下，空闲时间占比越高，表明核心的负载越轻，核心需要的电压和频率越小，空闲时间占比越低，表明核心的负载越重，核心需要的电压和频率越大。
实施图2所示的负载监控器，负载监控器可以根据核心的负载状态调控核心的工作电压和频率，在多核心架构中，每个负载监控器可以根据其连接的核心的负载状态调控该核心的工作电压，进而调整核心的工作频率，可以满足多核心架构中多个核心的不同的电压和频率需求，进而可以降低多核心架构的整体功耗。
请参阅图3，图3是本发明实施例公开另一种负载监控器的结构示意图，图3所示的负载监控器应用于图1的多核心架构，图3是在图2的基础上进一步优化得到的。如图3所示，负载监控器20用于连接LDO30和核心40，其中，负载监控器20包括控制模块201和至少一个监测模块(如图3所示的第一监测模块211、第二监测模块212、...第K监测模块21K)和读取模块221。
读取模块221用于控制至少一个监测模块和控制模块201工作或关闭，并在至少一个监测模块和控制模块201工作时从至少一个监测模块中读取至少一个负载状态。
读取模块221读取的负载状态可供外部设备、系统或软件使用。外部设备、系统或软件可以及时的获取核心的负载状态，方便外部设备、系统或软件对核心的负载状态的监控。
其中，负载状态包括负载信号。当控制模块201工作时，控制模块201周期性的输出采样信号到所有的监测模块(如图3所示的第一监测模块211、第二监测模块212、...第K监测模块21K)，每个监测模块响应采样信号对核心40输入的一个负载信号进行采样；在采样信号的采样周期内，当一个监测模块确认一个负载信号大于对应的阈值时，这个监测模块确认该负载信号有效；每个监测模块统计在采样周期内一个负载信号有效的次数，将该负载信号有效时的负载值锁存，以供读取模块221读取。
本发明实施例中，负载信号可以包括核心40的负载功率、负载电压、负载电流等负载信号，每个负载信号都有对应的阈值，例如，负载功率有对应的功率阈值，负载电压有对应的电压阈值，负载电流有对应的负载电流。下面以负载功率为例，在一个采样周期内，当负载功率大于对应的功率阈值时，用于监测功率的监测模块确认该负载功率有效，并将该负载功率有效时的功率值锁存，用于监测功率的监测模块可以统计在采样周期内该负载功率有效的次数，读取模块221可以读取该负载功率有效的次数，由于用于监测功率的监测模块可以将该负载功率有效时的功率值锁存，读取模块221可以读取该负载功率有效时的功率值。本发明实施例提供了一种读取模块工作方式，读取模块可以周期性的读取核心的负载状态。
具体场景中，如图3所示，当控制模块201工作时，控制模块201周期性的输出采样信号到K个监测模块(如图3所示的第一监测模块211、第二监测模块212、...第K监测模块21K)，例如，第一监测模块211用于监测核心40的负载功率，第二监测模块212用于监测核心40的负载电压，第K监测模块21K用于监测核心40的负载电流。第一监测模块211响应采样信号对核心40输入的负载功率进行采样，第二监测模块212响应采样信号对核心40输入的负载电压进行采样，第K监测模块21K响应采样信号对核心40输入的负载电流进行采样。在采样信号的采样周期内，当第一监测模块211监测核心40输入的负载功率大于对应的功率阈值时，第一监测模块211确认该负载功率有效，并将该负载功率有效时的功率值锁存，以供读取模块221进行读取，第一监测模块211统计在采样周期内该负载功率有效的次数，以供读取模块221进行读取，第一监测模块211还可以将采样周期内该负载功率有效的次数发送给控制模块201，以便控制模块根据采样周期内该负载功率有效的次数获取核心40的负载功率；当第二监测模块212监测核心40输入的负载电压大于对应的电压阈值时，第二监测模块212确认该负载电压有效，并将该负载电压有效时的电压值锁存，以供读取模块221进行读取，第二监测模块212统计在采样周期内该负载电压有效的次数，以供读取模块221进行读取，第二监测模块212还可以将采样周期内该负载电压有效的次数发送给控制模块201，以便控制模块根据采样周期内该负载电压有效的次数获取核心40的负载电压；当第K监测模块21K监测核心40输入的负载电流大于对应的电流阈值时，第K监测模块21K确认该负载电流有效，并将该负载电流有效时的电流值锁存，以供读取模块221进行读取，第K监测模块21K统计在采样周期内该负载电流有效的次数，以供读取模块221进行读取，第K监测模块21K还可以将采样周期内该负载电流有效的次数发送给控制模块201，以便控制模块根据采样周期内该负载电流有效的次数获取核心40的负载电流。
可选的，电压控制信号包括工作模式控制信号，工作模式控制信号用于控制LDO30处于不同的工作模式，在不同的工作模式下，LDO30输出不同的电压给核心供电。
本发明实施例中，工作模式控制信号可以由二进制比特流来表示，例如，1位二进制比特流可以表示2种不同的工作模式(“0”、“1”分别代表2种不同的工作模式)，2位二进制比特流可以表示4种不同的工作模式(“00”、“01”、“10”、“11”分别代表4种不同的工作模式)。如图3所示，控制模块201生成电压控制信号之后，控制模块201通过输出端2031和输出端2032输出工作模式控制信号至LDO30，例如，输出端2031和输出端2032分别输出“0”和“0”时，LDO30处于第一工作模式；输出端2031和输出端2032分别输出“0”和“1”时，LDO30处于第二工作模式；输出端2031和输出端2032分别输出“1”和“0”时，LDO30处于第三工作模式；输出端2031和输出端2032分别输出“1”和“1”时，LDO30处于第四工作模式。其中，在不同的工作模式下，LDO30输出不同的电压给核心供电。
本发明实施例中的LDO可以设定多种工作模式，在不同的工作模式下，LDO输出给核心的电压不同。LDO根据负载监控器输出的电压控制信号确定其工作模式，从而调整核心的电压和频率，LDO无需自行控制输出的电压，只需设定工作模式，简化LDO的设计，实现负载监控器对核心的电压和频率的快速调整。
请参阅图4，图4是本发明实施例公开一种基于多核心架构的供电系统的结构示意图，包括一个电压源101、N个核心(如图4中的1031、1032、...103N)、M个低压差线性稳压器LDO(如图4中的1021、1022、...102M)和N个负载监控器LM(1041、1042、...104N)。
电压源101的输出端连接M个LDO的输入端，第k个LDO102k的输出端连接X个核心(103i～103(i+X-1))的电压输入端，第i个核心103i的信号输出端连接第j个LM104j的监测端，第j个LM104j的输出端连接第k个LDO102k的控制端；其中，每个LDO连接的核心均不相同，例如，如图4所示，LDO1021连接核心1031和核心1032；LDO1022连接核心1033；LDO102k连接核心103i至核心103(i+X-1)；LDO102M连接核心103N。一个核心连接一个LM，每个核心连接的LM均不相同，例如，核心1031连接LM1041、核心1032连接LM1042、核心1033连接LM1043、...核心103N连接LM104N。其中，M和N均为大于或等于2的正整数，N大于或等于M，X为小于N的正整数，第k个LDO102k为M个LDO中的任一个，第i个核心103i为X个核心中的任一个，第j个LM104j为N个LM中的任一个，i和j均为正整数。
电压源101为M个LDO提供供电电压，第j个LM104j监测第i个核心103i的负载状态，并根据负载状态生成电压控制信号发送给第k个LDO102k，第k个LDO102k接收X个LM发送的X个电压控制信号，从X个电压控制信号中确定最大电压控制信号，根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与最大电压控制信号对应的目标输出电压至X个核心；目标输出电压小于或等于供电电压。
本发明实施例中，基于多核心架构的供电系统中至少有两个LDO，一个LDO可以控制至少一个核心的工作电压，LDO输出的电压由与之连接的LM控制，每个LM可以根据其监测的核心的负载状态输出电压控制信号给LDO，LDO根据电压控制信号输出电压给上述核心供电，实施本发明实施例，LM可以根据其监测的核心的负载状态控制核心的供电电压，可以满足多核心架构中多个核心的不同的电压需求，进而可以降低多核心架构的整体功耗。
可选的，请参阅图5，图5是本发明实施例公开的一种LDO的结构示意图。如图5所示，LDO102包括电压产生模块1211、缓冲模块1212、电平开关管1213、功率开关管1214和电压比较器1215。
LM104监测核心103的负载状态之后输出两个使能信号至LDO102，上述两个使能信号作用于缓存模块1212和功率开关管1214，从而影响电压比较器1215的反相输入端输入的电压，电压比较器1215的同相输入端连接核心103的工作电压，当电压比较器1215的方向输入端输入的电压大于同相输入端的电压时，功率开关管1214控制电压比较器1215的同相输入端的电压升高，以提高核心103的工作电压；当电压比较器1215的方向输入端输入的电压小于同相输入端的电压时，功率开关管1214控制电压比较器1215的同相输入端的电压降低，以降低核心103的工作电压；当电压比较器1215的方向输入端输入的电压等于同相输入端的电压时，功率开关管1214不工作，不改变核心103的工作电压。
请参阅图6，图6是本发明实施例公开的一种电压调整方法的流程示意图。本发明实施例中的电压调整方法适用于图4所示的基于多核心架构的供电系统，如图6所示，该电压调整方法包括如下步骤。
601、第j个LM监测第i个核心的负载状态。
本发明实施例中，第j个LM104j为N个LM中的任一个，第i个核心103i为X个核心中的任一个，一个核心连接一个LM，每个核心连接的LM均不相同。负载状态可以包括核心的负载率、电压、电流、功率、频率等参数，还可以包括核心的等待中断时长、缓存命中率、空闲时间占比等参数。一般而言，核心的等待中断时长越短、缓存命中率越高、空闲时间占比越小，则核心的负载越重。
602、第j个LM根据负载状态与电压控制信号的对应关系生成负载状态对应的电压控制信号，并将电压控制信号输出至与第k个LDO，以使第k个LDO从接收的至少一个电压控制信号中确定最大电压控制信号，并以使第k个LDO根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与最大电压控制信号对应的目标输出电压至与第k个LDO连接的X个核心，以使X个核心的工作电压为目标输出电压。
本发明实施例中，第i个核心103i处于不同的负载状态时，其需要的供电电压也不相同，其负载越重，需要的电压和频率越大；其负载越轻，需要的电压和频率越小。负载状态与电压控制信号的对应关系可以参见上述表1至表4，此处不再详述。当LDO102k接收到X个LM(104j～104(j+X-1))发送的电压控制信号之后，从X个电压控制信号中确定最大电压控制信号，根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与最大电压控制信号对应的目标输出电压至与第k个LDO102k连接的X个核心(核心103i至核心103(i+X-1))，以使X个核心的工作电压为目标输出电压。
优选的，X等于1，上述M与上述N相等，即一个LDO对应一个核心，一个核心对应一个LM，一个LM通过一个LDO独立控制一个核心的工作电压。本发明实施例中，每个核心的工作电压都可以根据自身负载状态灵活调控，多核心架构中的每个核心都工作在最佳的省电状态中，从而可以降低多核心架构的整体功耗。
请参阅图7，图7是本发明实施例公开的另一种电压调整方法的流程示意图。图7是在图6的基础上进一步优化得到的，如图7所示，该电压调整方法包括如下步骤。
701、第j个LM监测第i个核心的负载状态。
702、第j个LM根据负载状态与电压控制信号的对应关系生成负载状态对应的电压控制信号，并将电压控制信号输出至与第k个LDO，以使第k个LDO从接收的至少一个电压控制信号中确定最大电压控制信号，并以使第k个LDO根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与最大电压控制信号对应的目标输出电压至与第k个LDO连接的X个核心，以使X个核心的工作电压为目标输出电压。
本发明实施例中的步骤701和步骤702的具体实施方式可以参见图6所示的步骤601和步骤602，本发明实施例不再详述。
703、第j个LM监测第i个核心的当前工作电压。
704、当当前工作电压大于预设值时，第j个LM锁住第i个核心，直至当前工作电压小于或等于预设值时，解锁第i个核心。
每个核心都有一个最大安全工作电压，即本发明实施例中的预设值，当LM监测到核心的当前工作电压大于预设值时，LM锁住该核心，直至该核心的当前工作电压小于或等于预设值时，解锁该核心。本发明实施例中，锁住核心，是在核心的工作电压过高时的一种保证核心性能的方法，锁住核心可以稳定核心的工作电流，避免出现在核心需要的电压过高时，LDO输出的电压不稳定导致核心的工作电流不稳定的问题。
其中，步骤703与步骤704的执行顺序可以在步骤701之前，也可以在步骤702之后，本发明实施例不做限定。
可选的，电压控制信号包括第一使能信号和第二使能信号，电压控制信号的大小基于第一使能信号和第二使能信号决定，不同的电压控制信号对应不同的工作模式。
第一使能信号可以为“0”或“1”，第二使能信号也可以为“0”或“1”，第一使能信号与第二使能信号组合起来可以对应四种不同的电压控制信号。每种电压控制信号对应一种工作模式，不同的电压控制信号对应不同的工作模式。
可选的，第k个LDO包括如下四种工作模式：活跃模式、保留模式、直连模式和关断模式。
在活跃模式(英文：Active mode)下，LDO瞬间输出给核心的电压和电流都能够满足核心正常运行的需求，此时核心处于工作运行状态；
在保留模式(英文：Retention mode)下，LDO输出极低的电压，此时LDO也处于低功耗状态，此时核心处于非运行状态，核心只保留内部必要的状态信息，核心的大部分功耗来自于静态功耗；
在直连模式(英文：Bypass mode)下，此时LDO输出的电压完全由外部电压源来提供，LDO输出的电压即为外部电压源的电压；
在关断模式(英文：Power off mode)下，此时核心的电源完全切断，核心停止工作。
举例来说，第一使能信号为“0”，且第二使能信号为“0”时，对应第一种电压控制信号，第一种电压控制信号对应关断模式；第一使能信号为“0”，且第二使能信号为“1”时，对应第二种电压控制信号，第二种电压控制信号对应直连模式；第一使能信号为“1”，且第二使能信号为“0”时，对应第三种电压控制信号，第三种电压控制信号对应保留模式；第一使能信号为“1”，且第二使能信号为“1”时，对应第四种电压控制信号，第四种电压控制信号对应活跃模式。
可选的，负载状态包括空闲时间占比、等待中断时长、温度和缓存命中率中的至少一种。
本发明实施例中，空闲时间占比越大，表明核心的负载越轻；等待中断时长越长，表明核心的负载越轻，温度越高，表明核心的负载越重，缓存命中率越高，表明核心的负载越重。负载状态包括空闲时间占比、等待中断时长、温度和缓存命中率中的一种或多种组合。
以上对本发明实施例公开的一种负载监控器、基于多核心架构的供电系统和电压调整方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种负载监控器，其特征在于，所述负载监控器应用于多核心架构，所述负载监控器用于监测核心的负载状态，并根据所述核心的负载状态控制低压差线性稳压器LDO输出电压至所述核心，所述负载监控器包括控制模块和至少一个监测模块，其中：
所述监测模块的监测端连接所述核心的信号输出端，所述监测模块的输出端连接所述控制模块的输入端，所述控制模块的控制端连接所述监测模块的输入端，所述控制模块的输出端连接所述LDO的控制端，所述LDO的输出端连接所述核心的电压输入端，所述控制模块用于控制所述监测模块工作或关闭；
当所述监测模块工作时，所述监测模块监测所述核心的负载状态，所述监测模块将所述核心的负载状态发送给所述控制模块，所述控制模块根据所述核心的负载状态生成电压控制信号至所述LDO，所述电压控制信号用于控制所述LDO输出相应的电压至所述核心，所述LDO用于根据不同的电压控制信号输出不同的电压给所述核心供电。
2.根据权利要求1所述的负载监控器，其特征在于，所述负载监控器还包括读取模块，所述读取模块连接所述监测模块和所述控制模块，所述读取模块用于控制所述监测模块和所述控制模块工作或关闭，并在所述监测模块和所述控制模块工作时读取所述监测模块监测的负载状态。
3.根据权利要求2所述的负载监控器，其特征在于，所述负载状态包括负载信号；
当所述控制模块工作时，所述控制模块周期性的输出采样信号到所述监测模块，所述监测模块响应所述采样信号对所述核心输入的负载信号进行采样；在所述采样信号的采样周期内，当所述负载信号大于对应的阈值时，所述监测模块确认所述负载信号有效；所述监测模块统计在所述采样周期内所述负载信号有效的次数，将所述负载信号有效时的负载值锁存，以供所述读取模块读取。
4.根据权利要求1-3任一项所述的负载监控器，其特征在于，所述电压控制信号包括工作模式控制信号，所述工作模式控制信号用于控制所述LDO处于不同的工作模式，在不同的工作模式下，所述LDO输出不同的电压给所述核心供电。
5.一种基于多核心架构的供电系统，包括一个电压源和N个核心，其特征在于，还包括M个低压差线性稳压器LDO和N个如权利要求1-4任一项所述的负载监控器LM，其中：
所述电压源的输出端连接所述M个LDO的输入端，第k个LDO的输出端连接X个核心的电压输入端，第i个核心的信号输出端连接第j个LM的监测端，所述第j个LM的输出端连接所述第k个LDO的控制端；其中，每个LDO连接的核心均不相同，一个核心连接一个LM，每个核心连接的LM均不相同，所述M和所述N均为大于或等于2的正整数，所述N大于或等于所述M，所述X为小于所述N的正整数，所述第k个LDO为所述M个LDO中的任一个，所述第i个核心为所述X个核心中的任一个，所述第j个LM为所述N个LM中的任一个，所述i和所述j均为正整数；
所述电压源为所述M个LDO提供供电电压，所述第j个LM监测所述第i个核心的负载状态，并根据所述负载状态生成电压控制信号发送给所述第k个LDO，所述第k个LDO接收X个LM发送的X个电压控制信号，从所述X个电压控制信号中确定最大电压控制信号，根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与所述最大电压控制信号对应的目标输出电压至所述X个核心；所述目标输出电压小于或等于所述供电电压。
6.一种电压调整方法，应用于权利要求5所述的系统，其特征在于，包括：
所述第j个LM监测所述第i个核心的负载状态；
所述第j个LM根据负载状态与电压控制信号的对应关系生成所述负载状态对应的电压控制信号，并将所述电压控制信号输出至与所述第k个LDO，以使所述第k个LDO从接收的至少一个电压控制信号中确定最大电压控制信号，并以使所述第k个LDO根据电压控制信号与输出电压的对应关系，输出与所述最大电压控制信号对应的目标输出电压至与所述第k个LDO连接的所述X个核心，以使所述X个核心的工作电压为所述目标输出电压。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述第j个LM监测所述第i个核心的当前工作电压；
当所述当前工作电压大于预设值时，所述第j个LM锁住所述第i个核心，直至所述当前工作电压小于或等于所述预设值时，解锁所述第i个核心。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述电压控制信号包括第一使能信号和第二使能信号，所述电压控制信号的大小基于所述第一使能信号和所述第二使能信号决定，不同的所述电压控制信号对应不同的工作模式。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第k个LDO包括如下四种工作模式：活跃模式、保留模式、直连模式和关断模式。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述负载状态包括空闲时间占比、等待中断时长、温度和缓存命中率中的至少一种。
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