CN108874108A

CN108874108A - Cpu的调频方法及装置

Info

Publication number: CN108874108A
Application number: CN201710345071.9A
Authority: CN
Inventors: 解玉凤; 姚涛; 杨皓轩; 王渝; 徐徐然; 沙爽
Original assignee: Fudan University; ZTE Corp
Current assignee: Fudan University; ZTE Corp
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-23
Anticipated expiration: 2037-05-16
Also published as: CN108874108B

Abstract

本发明提供了一种CPU的调频方法及装置，其中，该方法包括：获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及CPU所在终端的电池的当前剩余电量；根据负载耗电信息和当前剩余电量调整CPU在第二周期的频率。通过本发明，解决了相关技术中在CPU调频时由于没有考虑电池的非理想放电特性而导致电池使用效率低的技术问题。

Description

CPU的调频方法及装置

技术领域

本发明涉及集成电子领域，具体而言，涉及一种CPU的调频方法及装置。

背景技术

在智能手机和硬件的发展中，基于安卓系统的手机和硬件市场占有率非常大，安卓系统是一款基于Linux内核的移动操作系统。Linux系统是一款广泛应用的开源操作系统，其CPU调频模块的设计主要是为了性能考虑，虽然在不断更新的过程中，也加入了DVS(动态电压调节)的思想来实现了实时调频，节省了功耗，但是并不是很完善。特别是在移动平台上，供电均依靠锂电池的时候，电量有限，而且锂电池也有其非理想特性。

CPU是系统的耗电大户，因此CPU的运行策略在很大程度上决定了系统的功耗情况。可以设想，假如CPU在所有时刻都按照最高频率运行，那系统必然功耗很大，同时也会导致性能过剩；但假若CPU一直都工作在最低频率，功耗自然会降下来，但是性能却降低了。因此，CPU的调频策略将综合CPU性能和功耗两方面的考虑，以取得最优结果。

相关技术中，锂电池具有的二级效应可以主要考虑其比率电容效应和恢复效应，即电池的电量随着电流负载的增大而减小，而当电流负载减小的时候，电池的实际电量会有所恢复增加。以此特性和具体的公式为指导原则，可以得到，除了给予足够长的恢复时间之外，应该使得调频后：电流的曲线是非上升的；电压越低越好，充分利用DVFS(动态电压频率调整)思想，降低频率。

相关技术中的Linux系统中有几种CPU调频策略：PERFORMANCE策略将CPU始终置于最高频，得到最好的性能，显然功耗将很大；POWERSAVE策略将CPU始终置于最低配，将功耗降至最低，但牺牲了性能；USERSPACE策略提供接口给用户直接定义运行频率，缺乏适应性且调频不及时；CONSERVATIVE策略与ONDEMAND类似，只是降频更为缓慢；INTERACTIVE策略升频幅度大，但是降频较慢，对突发的性能需求及时，但是功耗大；ONDEMAND策略运用了DVS思想来实现了动态调频，但还是以性能为先；而且以上几种方式，均没有考虑到锂电池的二级非理想效应。

针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未发现有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种CPU的调频方法及装置，以至少解决相关技术中在CPU调频时由于没有考虑电池的非理想放电特性而导致电池使用效率低的技术问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种CPU的调频方法，包括：获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

可选地，在根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率之前，所述方法还包括：获取所述CPU的频率表；其中，所述频率表用于表征所述CPU的频率调整范围。

可选地，根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率包括：根据所述负载耗电信息计算所述CPU在第二周期内的最高频率；依据所述当前剩余电量修正所述最高频率，其中，修正后的最高频率与所述剩余电量正相关；判断所述修正后的最高频率是否在所述频率表的范围内；在判断为是时，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述修正后的最高频率。

可选地，所述方法还包括：在所述修正后的最高频率不在所述频率表的范围内时，在所述修正后的最高频率大于所述频率表的上限阈值的情况下，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述上限阈值，在所述修正后的最高频率小于所述频率表的下限阈值的情况下，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述下限阈值。

可选地，根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率包括：在所述CPU的运行时间进入所述第二周期之前，根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种CPU的调频装置，包括：第一获取模块，用于获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；调频模块，用于根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

可选地，所述装置还包括：第二获取模块，用于在所述调频模块根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率之前，获取所述CPU的频率表；其中，所述频率表用于表征所述CPU的频率调整范围。

可选地，所述调频模块包括：计算单元，用于根据所述负载耗电信息计算所述CPU在第二周期内的最高频率；修正单元，用于依据所述当前剩余电量修正所述最高频率，其中，修正后的最高频率与所述剩余电量正相关；判断单元，用于判断所述修正后的最高频率是否在所述频率表的范围内；调频单元，用于在判断为是时，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述修正后的最高频率。

根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质。该存储介质设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；

根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

通过本发明，获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率，根据负载耗电信息调频的同时，还根据电池电量来指导调频，使得调频结果更好地符合电池的放电特性，从而尽可能延长电池续航时间，解决了相关技术中在CPU调频时由于没有考虑电池的非理想放电特性而导致电池使用效率低的技术问题，实现了兼顾CPU调频准确性、及时性、电池节能性，提升CPU整体性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的一种CPU的调频方法的移动终端的硬件结构框图；

图2是根据本发明实施例的CPU的调频方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的CPU的调频装置的结构框图；

图4为本发明的实例提供的用于Linux系统下的移动设备中的CPU动态节能调频方式的流程图；

图5为本发明的实例提供的用于Linux系统下的移动设备中的CPU动态节能调频装置的系统框架图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

实施例1

本申请实施例一所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端或者类似的运算装置中执行。以运行在移动终端上为例，图1是本发明实施例的一种CPU的调频方法的移动终端的硬件结构框图。如图1所示，移动终端10可以包括一个或多个(图中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器104、以及用于通信功能的传输装置106。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，移动终端10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的CPU的调频方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至移动终端10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端10的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种运行于上述移动终端的CPU的调频方法，图2是根据本发明实施例的CPU的调频方法的流程图，如图2所示，该流程包括如下步骤：

步骤S202，获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及CPU所在终端的电池的当前剩余电量；

步骤S204，根据负载耗电信息和当前剩余电量调整CPU在第二周期的频率。

通过上述步骤，获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率，根据负载耗电信息调频的同时，还根据电池电量来指导调频，使得调频结果更好地符合电池的放电特性，从而尽可能延长电池续航时间，解决了相关技术中在CPU调频时由于没有考虑电池的非理想放电特性而导致电池使用效率低的技术问题，实现了兼顾CPU调频准确性、及时性、电池节能性，提升CPU整体性能。

可选地，上述步骤的执行主体可以为CPU，或者是CPU的管理单元，等，但不限于此。

第二周期是利用过去一段时间，也可以是上个调频周期。

可选地，在根据负载耗电信息和当前剩余电量调整CPU在第二周期的频率之前，方法还包括：获取CPU的频率表；其中，频率表用于表征CPU的频率调整范围，如最高频和最低频。

在根据本实施例的可选实施方式中，根据负载耗电信息和当前剩余电量调整CPU在第二周期的频率包括：

S11，根据负载耗电信息计算CPU在第二周期内的最高频率；

S12，依据当前剩余电量修正最高频率，其中，修正后的最高频率与剩余电量正相关；

S13，判断修正后的最高频率是否在频率表的范围内；

S14，在判断为是时，将CPU在第二周期内的频率调整为修正后的最高频率。

具体的，对CPU在第一周期内的历史使用情况记录：前N个调频周期的WALL时间、IDLE时间、LOAD(0)……LOAD(n-1)、上一次调频至今的IDLE时间、WALL时间；其中，LOAD表示某个周期内的负载耗电信息，WALL和IDLE分别是CPU的空闲和工作状态；

计算出最新的LOAD(n)＝WALL/(IDLE+WALL)，或者，为了更充分地利用过去时间信息，可以将LOAD的计算方式改为：

其中，weight表示单个LOAD的权重值，i为范围在0到n之间的整数。

根据过去N+1个LOAD，可以得到四个可能的频率：freq_min、freq_max、pre_freq、m*freq_cur(m为系数，可配置)；

利用电池电量信息的反馈进行修正最高频率值freq_max，当电量在不同的值时候，设定不同的修正系数，电池电量较大的时候，使得freq_max大一些，电池电量较小的时候，使得freq_max小一些；

在根据本实施例的另一份可选实施方式中，在修正后的最高频率不在频率表的范围内时，在修正后的最高频率大于频率表的上限阈值的情况下，将CPU在第二周期内的频率调整为上限阈值，在修正后的最高频率小于频率表的下限阈值的情况下，将CPU在第二周期内的频率调整为下限阈值。

可选地，在CPU的运行时间进入第二周期之前，如在负载耗电信息和当前剩余电量的采样期间，调整CPU在第二周期的频率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

实施例2

在本实施例中还提供了一种CPU的调频装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图3是根据本发明实施例的CPU的调频装置的结构框图，如图3所示，该装置包括：

第一获取模块30，用于获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及CPU所在终端的电池的当前剩余电量；

调频模块32，用于根据负载耗电信息和当前剩余电量调整CPU在第二周期的频率。

可选的，装置还包括：第二获取模块，用于在调频模块根据负载耗电信息和当前剩余电量调整CPU在第二周期的频率之前，获取CPU的频率表；其中，频率表用于表征CPU的频率调整范围。

可选的，调频模块包括：计算单元，用于根据负载耗电信息计算CPU在第二周期内的最高频率；修正单元，用于依据当前剩余电量修正最高频率，其中，修正后的最高频率与剩余电量正相关；判断单元，用于判断修正后的最高频率是否在频率表的范围内；调频单元，用于在判断为是时，将CPU在第二周期内的频率调整为修正后的最高频率。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

实施例3

本实施例提供了一种用于Linux系统下的移动设备中的CPU动态节能调频方式和装置，其他系统同样适用。所述方法包括：通过对一段时间内CPU运行过程中的IDLE时间、WALL时间记录，进行滑动窗口进行计算负载状况LOAD，预测下一个周期内的CPU频率。特别地，在计算频率的时候，要考虑到当前电池的状况，利用锂电池的二级效应，修正CPU的频率，使得CPU的功耗曲线尽可能符合锂电池的耗电特性曲线。在调节频率的时候，根据频率表的允许频率值，在CPU的每个采样周期进行调频。以到达兼顾CPU调频准确性、及时性、电池节能性，提升CPU整体性能。

本实施例提出的一种CPU动态节能调频方式和装置包括：使用滑动窗口，利用过去一段时间内的时间信息和负载(LOAD)信息，而不仅仅是上个调频周期内的信息；在根据负载(LOAD)信息调频的同时，还根据电池电量的信息来指导调频，并且使得调频结果更好地符合锂电池的放电特性，从而尽可能延长电池续航时间。

本实施例的CPU动态节能调频方式的方案包括如下：

在每个定时采样周期进行调频；

调频的数据来源于：CPU历史的使用率情况、电池电量信息、CPU频率表；

对CPU历史使用情况记录：前N个调频周期的WALL时间、IDLE时间、LOAD(0)……LOAD(n-1)、上一次调频至今的IDLE时间、WALL时间；

上述计算的频率如果不在CPU的频率表内需要进行选择一个合适的频率来代替，则频率表中总有两个值作为计算频率的上限和下限；电池电量的反馈指导了如何进行选择，如果大于某个阈值，选择上限，如果小于某个阈值，则选下限；

在进行调频的时候，不论在该周期内运行结果如何，都在采样时刻进行调频；

经过上述调频改进之后，在CPU运行的一个时间片内，最终的电流负载趋于满足非上升，符合电池的非理想二级效应，最终的实现效果是在完成相同的任务时，在保证了一定性能的前提下，本发明能够减少电池的耗电量，提高电池使用寿命。

图4为本发明的实例提供的用于Linux系统下的移动设备中的CPU动态节能调频方式的流程图，包括：

步骤101，启动算法；

步骤102，由timer(定时器)控制，在每个时刻判断，是否到达了采样时刻；

采样周期是固定的，每次调频后都已该频率运行相同的一段时间，下一次需要重新调频，因此采样周期不能太大，可以设置在2～5ms左右；

步骤103，没有达到采样时刻，则直接按照当前频率和状态运行；

步骤104，通过Linux内核中\drivers\Acpi\battery.c中获得电池电量信息；

步骤105，通过CPU的频率表获取允许频率；

步骤106，每个采样时候，得到上一个采样周期中CPU核心的IDLE时间、WALL时间，最新LOAD＝WALL/(IDLE+WALL)，根据滑动窗口的大小N，记录过去N个周期的时间数据，并在每个采样点，更新数据，将最旧的数据删除，加入最新的数据；

步骤107，综合104、105、106的数据，计算频率。在这个实施例中假设N＝2。过去的LOAD1，最新的LOAD2：如果LOAD1<90&&LOAD2<90，freq_next＝freq_min；如果LOAD1<90&&LOAD>＝90，freq_next＝freq_max；如果LOAD1>90&&LOAD2<90，freq_next＝pre_freq；如果LOAD1>90&&LOAD2>90，freq_next取0.5*freq_max和0.9*pre_freq的较大值；

在步骤107中，利用104返回的电池电量信息，设定两个阈值A、B(A>B)如果电量大于A，则freq_max取频率表中最大值，如果电量处在A、B之间，则freq_max取频率表中略小一点的值，如果电量小于B，在freq_max再取更小值；具体取法取决于对性能的需求，如果将freq_max取得较小，最终运算会使得功耗小但性能低，如果freq_max加大一些，则可以牺牲一部分功耗换取更高性能；

在步骤107中，利用上述计算出来的freq_next和105返回的频率表，将恰好等于频率表中的某个频率或者处于某两个频率之间；如果freq_next恰好等于频率表中的频率，直接返回；如果处在频率表两个频率[f_low，f_high]之间，则利用104返回的电池电量数据，如果电量充足大于B，则返回f_high，否则返回f_low；

经过频率107，则新的频率将被计算出来，下个周期内直接按照这个频率运行即可。以此往复，由timer控制，在每个采样周期，都经过该算法，可以达到调频的及时性、准确性和节能性；

图5为本发明的实例提供的用于Linux系统下的移动设备中的CPU动态节能调频装置的系统框架图，包括：

模块201为控制模块，负责控制采样和计算；

模块202为数据模块，负责收集数据，主要有上一个调频周期内的IDLE时间、WALL时间、过去N的调频周期的LOAD、电池电量信息、CPU频率表信息；

模块203为计算模块，负责将202收集的数据按照上述计算方法进行计算，得到下一个运行频率；

模块204为执行模块，负责将203计算出来的频率具体执行，这个模块是每个CPU频率调节器中都会有的模块，不需要更改。

实施例4

本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：

S1，获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；

S2，根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；

可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种CPU的调频方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率之前，所述方法还包括：

获取所述CPU的频率表；

其中，所述频率表用于表征所述CPU的频率调整范围。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率包括：

根据所述负载耗电信息计算所述CPU在第二周期内的最高频率；

依据所述当前剩余电量修正所述最高频率，其中，修正后的最高频率与所述剩余电量正相关；

判断所述修正后的最高频率是否在所述频率表的范围内；

在判断为是时，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述修正后的最高频率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述修正后的最高频率不在所述频率表的范围内时，在所述修正后的最高频率大于所述频率表的上限阈值的情况下，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述上限阈值，在所述修正后的最高频率小于所述频率表的下限阈值的情况下，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述下限阈值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率包括：

在所述CPU的运行时间进入所述第二周期之前，根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

6.一种CPU的调频装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取CPU在第一周期内的负载耗电信息，以及所述CPU所在终端的电池的当前剩余电量；

调频模块，用于根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

第二获取模块，用于在所述调频模块根据所述负载耗电信息和所述当前剩余电量调整所述CPU在第二周期的频率之前，获取所述CPU的频率表；

其中，所述频率表用于表征所述CPU的频率调整范围。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述调频模块包括：

计算单元，用于根据所述负载耗电信息计算所述CPU在第二周期内的最高频率；

修正单元，用于依据所述当前剩余电量修正所述最高频率，其中，修正后的最高频率与所述剩余电量正相关；

判断单元，用于判断所述修正后的最高频率是否在所述频率表的范围内；

调频单元，用于在判断为是时，将所述CPU在第二周期内的频率调整为所述修正后的最高频率。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至5中任一项所述的方法。

10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至5中任一项所述的方法。