CN109116970A - 一种动态电压频率调节系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动态电压频率调节系统及方法，属于集成电路设计技术领域。所述动态电压频率调节系统包括信息监测模块、电压频率预测模块和功耗管理模块。所述信息监测模块采集集成电路的实时状态信息，并储存历史信息，所述电压频率预测模块预测工作电压与时钟频率，所述功耗管理模块通过配置寄存器，调节系统下一时刻的电源电压与时钟频率的数值，提供给硬件模块，所述硬件模块包括处理器、主存储器和通信接口。本发明的动态电压频率调节系统及方法能够基于采集到的历史状态信息对集成电路下一时刻的工作电压、时钟频率实时进行预测并调节，相比于现有软件层面的时钟、电压等参数调节方法，反馈更为及时，功耗降幅更大。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域，特别涉及一种动态电压频率调节系统及方法。
背景技术
动态电压频率调节(Dynamic Voltage Frequency Scaling,DVFS)技术最早见于计算机系统结构的研究，随着SoC设计规模的扩大，对低功耗设计产生需求而将其引入。DVFS技术根据芯片实时监测到的负载信息，实现芯片工作电压与频率的动态调节，在保证系统性能需求的前提下，实现更低的电压和频率的需求，减少功耗的浪费。
目前的DVFS技术多基于预先设定的查找表映射信息，或是预先设定的固定阈值上下限信息，来判断执行电路下一状态的工作电压与工作频率，电压频率调节的自适应性不足，难以真正达到低功耗的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态电压频率调节系统及方法，以解决现有的DVFS技术自适应性不足，难以达到真正低功耗的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种动态电压频率调节系统，自动调节集成电路的工作电压和时钟频率，所述动态电压频率调节系统包括：
信息监测模块，对集成电路的状态信息进行实时采集，并储存历史信息；
电压频率预测模块，用于预测集成电路的工作电压与时钟频率；
功耗管理模块，通过配置寄存器，调节下一时刻的工作电压与时钟频率，提供给硬件模块；
所述硬件模块包括处理器、主存储器和通信接口。
可选的，所述信息监测模块包括：温度数据获取单元、电流数据获取单元和系统负载数据获取单元。
可选的，所述温度数据获取单元用于获取集成电路芯片的实时温度数据。
可选的，所述电流数据获取单元用于获取集成电路供电通路上的实时电流数据。
可选的，所述系统负载数据获取单元用于获取集成电路工作时的负载信息。
可选的，所述负载信息包括总线负载信息、Cache的访问缺失率、CPU占有率和存储器访问率。
可选的，所述电压频率预测模块基于卡尔曼滤波原理，建立状态估计模型，并结合所述信息监测模块观测到的状态，建立最优的校正状态，将得到的校正状态的工作电压和时钟频率输入所述功耗管理模块。
本发明还提供了一种动态电压频率调节方法，包括如下步骤：
步骤1、信息监测模块采集集成电路的实时状态信息，并储存历史信息；
步骤2、电压频率预测模块预测出更新的电压和时钟频率；
步骤3、电压频率预测模块判断是否需要对原来的电压和时钟频率作更新调整；
步骤4、若不需要，返回步骤1；若需要，电压频率预测模块将更新的电压和时钟频率传入功耗管理模块的寄存器组；
步骤5、功耗管理模块将更新的电压和时钟频率输入相应的硬件模块。
可选的，所述步骤2中电压频率预测模块预测出更新的电压和时钟频率具体包括：
所述电压频率预测模块对上一时刻集成电路的状态信息进行迭代求得预测值并进行校正，求得的校正值为所要的更新电压和时钟频率。
可选的，所述步骤4中，在更新的电压和时钟频率传入功耗管理模块的寄存器组的同时，更新上一时刻集成电路的状态信息所对应的存储器。
在本发明中提供了一种动态电压频率调节系统及方法，所述动态电压频率调节系统包括信息监测模块、电压频率预测模块和功耗管理模块。所述信息监测模块实时采集集成电路的状态信息，并储存历史信息，所述电压频率预测模块预测工作电压与时钟频率，所述功耗管理模块通过配置寄存器，调节系统下一时刻的电源电压与时钟频率的数值，提供给硬件模块，所述硬件模块包括处理器、主存储器和通信接口。本发明的动态电压频率调节系统及方法能够基于采集到的历史状态信息对集成电路下一时刻的工作电压、时钟频率实时进行预测并调节，相比于现有软件层面的时钟、电压等参数调节方法，反馈更为及时，功耗降幅更大。
附图说明
图1是本发明提供的动态电压频率调节系统的结构示意图；
图2是本发明提供的动态电压频率调节方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种动态电压频率调节系统及方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种动态电压频率调节系统，能够自动调节集成电路的工作电压和时钟频率，其结构示意图如图1所示。所述动态电压频率调节系统包括信息监测模块11、电压频率预测模块12、功耗管理模块13和硬件模块14。其中，所述信息监测模块11用于对集成电路的状态信息进行实时采集，并储存历史信息；所述电压频率预测模块12预测集成电路的工作电压与时钟频率；所述功耗管理模块13通过配置寄存器，调节下一时刻的工作电压与时钟频率，提供给硬件模块14；所述硬件模块14包括处理器、主存储器和通信接口。
具体的，所述信息监测模块11包括温度数据获取单元111、电流数据获取单元112和系统负载数据获取单元113，通过相应的传感器和计数器来获取相关信息。
进一步的，所述温度数据获取单元111用于获取集成电路芯片的实时温度数据；所述电流数据获取单元112用于获取集成电路供电线路上的实时电流数据；所述系统负载数据获取单元113用于获取集成电路工作时的负载信息，其中所述负载信息包括总线负载信息、Cache的访问缺失率、CPU占有率和存储器访问率。
更进一步的，监测的状态信息的选取依据是否能够有效关联集成电路的工作状态。作为示例，当集成电路中关键部件的温度升高或主线路的电流值呈高爬升斜率时，说明集成电路的工作强度增加，为提高集成电路的可靠性，需要适当降低工作电压和时钟频率；当总线上的主设备读或写请求数量增加，总线有效占用时钟周期变长，或CPU的占有率升高时，集成电路对性能的需求增强，需要适当地调高电压和时钟频率。具体的，可以根据实际需要获取的监测信息来增减所述信息监测模块中的监测单元。
具体的，所述电压频率预测模块12基于卡尔曼滤波原理，建立状态估计模型，并结合所述信息监测模块11观测到的状态，建立最优的校正状态，将得到的校正状态的工作电压和时钟频率输入所述功耗管理模块13。所述电压频率预测模块12预测结果只取决于上一时刻的集成电路的状态信息，占用的存储资源少，利用预测方程与观测方程得到更新方程，将更新得到的最优估计与协方差放入下一个预测和更新方程中不断迭代。使得系统能够自适应地改变电压频率值。
实施例二
本发明提供了一种动态电压频率调节方法，流程示意图如图2所示。所述动态电压频率调节方法包括如下步骤：
步骤S21、信息监测模块采集集成电路的实时状态信息，并储存历史信息；
步骤S22、电压频率预测模块预测出更新的电压和时钟频率；
步骤S23、电压频率预测模块判断是否需要对原来的电压和时钟频率作更新调整；
步骤S24、若不需要，返回步骤S21；若需要，电压频率预测模块将更新的电压和时钟频率传入功耗管理模块的寄存器组；
步骤S25、功耗管理模块将更新的电压和时钟频率输入相应的硬件模块。
具体的，请综合参阅图1和图2。所述信息监测模块11通过温度数据获取单元111、电流数据获取单元112和系统负载数据获取单元113分别采集温度、电流和负载信息。所述电压频率预测模块12对上一时刻集成电路的状态信息进行迭代求得预测值并进行校正，求得的校正值为所要的更新电压和时钟频率；所述电压频率预测模块12判断是否需要对原来的电压和时钟频率作更新调整，若不需要，则所述信息监测模块11继续采集集成电路的状态信息，若需要，所述电压频率预测模块12将更新的电压和时钟频率传入功耗管理模块13的寄存器组，同时更新上一时刻集成电路的状态信息所对应的存储器；所述功耗管理模块13通过控制逻辑，将更新的电压和时钟频率输出到相应的硬件模块14。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种动态电压频率调节系统，自动调节集成电路的工作电压和时钟频率，其特征在于，所述动态电压频率调节系统包括：
信息监测模块，对集成电路的状态信息进行实时采集，并储存历史信息；
电压频率预测模块，用于预测集成电路的工作电压与时钟频率；
功耗管理模块，通过配置寄存器，调节下一时刻的工作电压与时钟频率，提供给硬件模块；
所述硬件模块包括处理器、主存储器和通信接口。
2.如权利要求1所述的动态电压频率调节系统，其特征在于，所述信息监测模块包括：温度数据获取单元、电流数据获取单元和系统负载数据获取单元。
3.如权利要求2所述的动态电压频率调节系统，其特征在于，所述温度数据获取单元用于获取集成电路芯片的实时温度数据。
4.如权利要求2所述的动态电压频率调节系统，其特征在于，所述电流数据获取单元用于获取集成电路供电通路上的实时电流数据。
5.如权利要求2所述的动态电压频率调节系统，其特征在于，所述系统负载数据获取单元用于获取集成电路工作时的负载信息。
6.如权利要求5所述的动态电压频率调节系统，其特征在于，所述负载信息包括总线负载信息、Cache的访问缺失率、CPU占有率和存储器访问率。
7.如权利要求1所述的动态电压频率调节系统，其特征在于，所述电压频率预测模块基于卡尔曼滤波原理，建立状态估计模型，并结合所述信息监测模块观测到的状态，建立最优的校正状态，将得到的校正状态的工作电压和时钟频率输入所述功耗管理模块。
8.一种基于权利要求1-7任一所述的动态电压频率调节系统的动态电压频率调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、信息监测模块采集集成电路的实时状态信息，并储存历史信息；
步骤2、电压频率预测模块预测出更新的电压和时钟频率；
步骤3、电压频率预测模块判断是否需要对原来的电压和时钟频率作更新调整；
步骤4、若不需要，返回步骤1；若需要，电压频率预测模块将更新的电压和时钟频率传入功耗管理模块的寄存器组；
步骤5、功耗管理模块将更新的电压和时钟频率输入相应的硬件模块。
9.如权利要求8所述的动态电压频率调节方法，其特征在于，所述步骤2中电压频率预测模块预测出更新的电压和时钟频率具体包括：
所述电压频率预测模块对上一时刻集成电路的状态信息进行迭代求得预测值并进行校正，求得的校正值为所要的更新电压和时钟频率。
10.如权利要求8所述的动态电压频率调节方法，其特征在于，所述步骤4中，在更新的电压和时钟频率传入功耗管理模块的寄存器组的同时，更新上一时刻集成电路的状态信息所对应的存储器。
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