CN111240457A - 一种基于risc-v的动态功耗管理方法 - Google Patents

一种基于risc-v的动态功耗管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于RISC‑V的动态功耗管理方法，属于嵌入式功耗管理技术领域，本发明利用RISC‑V指令集架构指令集可扩展特性，设计扩展协处理器及专用指令集对功耗控制寄存器组进行置位，使得功耗模式切换的指令消耗周期最小化，通过实时读取由RISC‑V扩展指令模块写入的控制寄存器组，配置系统不同功耗模式的阈值及其他控制信号，控制多模式切换，使系统快速完成不同功耗模式的转换，可提升公司嵌入式应用功耗管理性能，同时作为开源RISC‑V内核的应用，为公司产品在自主可控、高效灵活方向助力。

Description

一种基于RISC-V的动态功耗管理方法
技术领域
本发明涉及嵌入式功耗管理技术，尤其涉及一种基于RISC-V的动态功耗管理方法。
背景技术
动态功耗管理技术通过各种技术和方法，动态调整系统部件功耗状态，重新配置系统资源，对电子系统中能量消耗进行管理和控制。对于神经网络等需并行处理大量乘加运算的应用而言，持续的高速计算还会带来温度波动与骤升，对电子设备的稳定和计算精度造成影响。系统在不同功耗模式的转换时会造成切换时间延迟以及额外的能量消耗，模式间切换时标准指令的执行会有一定的时间延迟，若能在指令层级加速对系统功耗控制寄存器组的配置速率，将使系统快速完成不同功耗模式的转换，使得切换效率更高，控制更加灵活可靠。
可扩展性是RISC-V架构的新特性之一，在RISC-V的通用架构基础上实现专用领域加速处理，相对于ARM或X86架构，RISC-V指令集架构具有模块化、精简化、规整化等优势，在保证嵌入式系统的稳定运行前提下，可扩展指令集及自定义协处理器配合处理器内核，可以获得比普通同构架构更高的性能，而消耗更少的功耗。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提出了一种基于RISC-V的动态功耗管理方法，相比传统的功耗策略，切换效率更高，控制更加灵活可靠，且能根据系统负载需要，自主定制功耗管理策略的执行方式，提高系统功耗控制的自主可控性与安全性。
本发明的技术方案是：
一种基于RISC-V的动态功耗管理方法，
利用RISC-V指令集架构指令集可扩展特性，设计扩展协处理器及专用指令集对功耗控制寄存器组进行置位，使得功耗模式切换的指令消耗周期最小化，通过实时读取由RISC-V扩展指令模块写入的控制寄存器组，配置系统不同功耗模式的阈值及其他控制信号，控制多模式切换，使系统快速完成不同功耗模式的转换。
包括以下步骤：
1)在处理器内核级定义RISC-V扩展协处理器，用于根据系统输入高效计算系统功耗参数；
2)基于扩展协处理器，定义RISC-V扩展指令集指令，用于向上层提供扩展协处理的操作接口；
3)设置功耗状态寄存器组，作为扩展协处理器的输入参考；设置功耗配置寄存器组，作为扩展协处理器的输出目的寄存器；
4)内核执行单元检测到当前指令为RISC-V扩展指令集，将当前指令及所需功耗状态参数送入所述扩展协处理器；
5)根据上层功耗管理策略，扩展协处理器对当前指令译码，实时读取所述功耗状态，进行功耗配置参数计算；
6)功耗配置参数实时写入所述功耗配置寄存器组，完成当前扩展指令集执行；
7)系统中的功耗调节执行部件根据功耗配置参数，实时改变系统功耗状态，完成系统动态功耗调整。
进一步的，
所述RISC-V扩展协处理器，根据特定的功耗管理策略以硬件形式实现，具有与RISC-V处理器内核通信、功耗状态寄存器读取、功耗配置计算结果反馈、读写存储单元等功能；
所述RISC-V扩展指令集指令，遵照RISC-V架构标准，以32位长度的形式设置，包括但不限于：指令操作码指示位、源操作数有效指示位、目的操作数有效指示位、源操作数地址、目的操作数地址等；
进一步的，
所述功耗状态寄存器组，用于寄存包括但不限于系统各负载状态，系统所处功耗模式，当前时间片功耗状态，当前任务功耗状态，总线频率等；
所述功耗配置寄存器组，用于寄存包括但不限于系统各模块供电使能标志，电压控制参数，各模块时钟控制参数，PLL内部参数等；
所述功耗策略，为基于“策略-操作点-操作模式-约束”策略框架的超时策略、预测策略和随机策略等动态功耗管理策略。
本发明的有益效果是
利用RISC-V指令集架构指令集可扩展特性，设计扩展协处理器及专用指令集对功耗控制寄存器组进行置位，使得功耗模式切换的指令消耗周期最小化，通过实时读取由RISC-V扩展指令模块写入的控制寄存器组，配置系统不同功耗模式的阈值及其他控制信号，控制多模式切换，使系统快速完成不同功耗模式的转换，相比传统的功耗策略，切换效率更高，控制更加灵活可靠，且能根据系统负载需要，自主定制功耗管理策略的执行方式，提高系统功耗控制的自主可控性与安全性。
附图说明
图1是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。
本发明的一种基于RISC-V的动态功耗管理方法，如图1所示，包括以下步骤：
1)在处理器内核级定义RISC-V扩展协处理器，用于根据系统输入高效计算系统功耗参数，如根据负载状态及功耗模式进行下一时间片的功耗状态预测；
2)基于扩展协处理器，在预留的指令编码空间自定制用户指令，定义RISC-V扩展指令集指令，包括是否读取功耗状态寄存器组，功耗状态寄存器地址，是否写入功耗配置寄存器组，功耗配置寄存器组地址，指令操作码等，用于向上层提供扩展协处理的操作接口；
3)设置功耗状态寄存器组：负载状态寄存器、功耗模式寄存器，作为扩展协处理器的输入参考；设置功耗配置寄存器组：频率配置寄存器、电压配置寄存器，作为扩展协处理器的输出目的寄存器；
4)内核执行单元检测到当前指令为RISC-V扩展指令集，将当前指令及所需功耗状态参数送入所述扩展协处理器；
5)根据上层功耗管理策略，扩展协处理器对当前指令译码，实时读取负载状态及功耗模式，进行功耗配置参数计算；
6)功耗配置参数实时写入所述功耗配置寄存器组，完成当前扩展指令集执行；
7)系统中的功耗调节执行部件：功耗管理单元PMU读取功耗配置寄存器组，根据功耗配置参数，输出压频控制信号，实时改变系统功耗状态，完成系统动态功耗调整。
所述RISC-V扩展协处理器，根据特定的功耗管理策略以硬件形式实现，具有与RISC-V处理器内核通信、功耗状态寄存器读取、功耗配置计算结果反馈、读写存储单元等功能；
所述RISC-V扩展指令集指令，遵照RISC-V架构标准，以32位长度的形式设置，包括但不限于：指令操作码指示位、源操作数有效指示位、目的操作数有效指示位、源操作数地址、目的操作数地址等；
所述功耗状态寄存器组，用于寄存包括但不限于系统各负载状态，系统所处功耗模式，当前时间片功耗状态，当前任务功耗状态，总线频率等；
所述功耗配置寄存器组，用于寄存包括但不限于系统各模块供电使能标志，电压控制参数，各模块时钟控制参数，PLL内部参数等；
所述功耗策略，为基于“策略-操作点-操作模式-约束”策略框架的超时策略、预测策略和随机策略等动态功耗管理策略。
利用RISC-V指令集架构指令集可扩展特性，设计扩展协处理器及专用指令集对功耗控制寄存器组进行置位，使得功耗模式切换的指令消耗周期最小化，通过实时读取由RISC-V扩展指令模块写入的控制寄存器组，配置系统不同功耗模式的阈值及其他控制信号，控制多模式切换，使系统快速完成不同功耗模式的转换，可提升公司嵌入式应用功耗管理性能，同时作为开源RISC-V内核的应用，为公司产品在自主可控、高效灵活方向助力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于RISC-V的动态功耗管理方法，其特征在于，
利用RISC-V指令集架构指令集可扩展特性，设计扩展协处理器及专用指令集对功耗控制寄存器组进行置位，使得功耗模式切换的指令消耗周期最小化，通过实时读取由RISC-V扩展指令模块写入的控制寄存器组，配置系统不同功耗模式的阈值及其他控制信号，控制多模式切换，使系统快速完成不同功耗模式的转换。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
主要包括以下步骤：
1)在处理器内核级定义RISC-V扩展协处理器，用于根据系统输入计算系统功耗参数；
2)基于扩展协处理器，定义RISC-V扩展指令集指令，用于向上层提供扩展协处理的操作接口；
3)设置功耗状态寄存器组，作为扩展协处理器的输入参考；
设置功耗配置寄存器组，作为扩展协处理器的输出目的寄存器；
4)内核执行单元检测到当前指令为RISC-V扩展指令集，将当前指令及所需功耗状态参数送入所述扩展协处理器；
5)根据上层功耗管理策略，扩展协处理器对当前指令译码，实时读取所述功耗状态，进行功耗配置参数计算；
6)功耗配置参数实时写入所述功耗配置寄存器组，完成当前扩展指令集执行；
7)系统中的功耗调节执行部件根据功耗配置参数，实时改变系统功耗状态，完成系统动态功耗调整。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述RISC-V扩展协处理器，根据特定的功耗管理策略以硬件形式实现，具有与RISC-V处理器内核通信、功耗状态寄存器读取、功耗配置计算结果反馈、读写存储单元功能。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述RISC-V扩展指令集指令，遵照RISC-V架构标准，以32位长度的形式设置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
包括：指令操作码指示位、源操作数有效指示位、目的操作数有效指示位、源操作数地址、目的操作数地址。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述功耗状态寄存器组，用于寄存包括系统各负载状态、系统所处功耗模式、当前时间片功耗状态、当前任务功耗状态、总线频率。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述功耗配置寄存器组，用于寄存包括系统各模块供电使能标志、电压控制参数、各模块时钟控制参数、PLL内部参数。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述功耗策略，为基于“策略-操作点-操作模式-约束”策略框架的超时策略、预测策略和随机策略等动态功耗管理策略。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111782563A (zh) * 2020-06-17 2020-10-16 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种用于risc-v微控制器的dvp控制器系统
CN113253824A (zh) * 2021-06-21 2021-08-13 成都爱旗科技有限公司 一种基于risc-v内核的mcu系统、供电方法以及终端设备
CN113535508A (zh) * 2021-06-05 2021-10-22 复旦大学 一种面向risc-v众核处理器的功耗监测电路
CN113886196A (zh) * 2021-12-07 2022-01-04 上海燧原科技有限公司 片上功耗管理方法、电子设备及存储介质
CN114257619A (zh) * 2021-12-20 2022-03-29 中科芯云微电子科技有限公司 一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法
CN115718622A (zh) * 2022-11-25 2023-02-28 苏州睿芯通量科技有限公司 一种arm架构下的数据处理方法、装置及电子设备
CN117311817A (zh) * 2023-11-30 2023-12-29 上海芯联芯智能科技有限公司 一种协处理器控制方法、装置、设备及存储介质
CN117950479A (zh) * 2024-03-26 2024-04-30 摩尔线程智能科技(北京)有限责任公司 计算单元控制方法、装置、设备、存储介质及程序产品

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030188130A1 (en) * 2002-04-02 2003-10-02 Ip-First Llc Mechanism for extending the number of registers in a microprocessor
CN109857460A (zh) * 2019-02-20 2019-06-07 南京华捷艾米软件科技有限公司 基于risc-v架构的矩阵卷积计算方法、接口、协处理器及系统
KR101996842B1 (ko) * 2018-12-26 2019-07-08 (주)자람테크놀로지 사용자 정의 명령어 셋을 지원하는 하드웨어 고속 연산 결합형 risc-v 기반 연산 장치 및 그 방법
CN110007964A (zh) * 2019-03-15 2019-07-12 芯来科技(武汉)有限公司 用于risc-v架构的中断系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030188130A1 (en) * 2002-04-02 2003-10-02 Ip-First Llc Mechanism for extending the number of registers in a microprocessor
KR101996842B1 (ko) * 2018-12-26 2019-07-08 (주)자람테크놀로지 사용자 정의 명령어 셋을 지원하는 하드웨어 고속 연산 결합형 risc-v 기반 연산 장치 및 그 방법
CN109857460A (zh) * 2019-02-20 2019-06-07 南京华捷艾米软件科技有限公司 基于risc-v架构的矩阵卷积计算方法、接口、协处理器及系统
CN110007964A (zh) * 2019-03-15 2019-07-12 芯来科技(武汉)有限公司 用于risc-v架构的中断系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吕倩茹;王彦鹏;曹壮;文梅;: "面向网络报文转发的RISC-V压缩指令定制" *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111782563A (zh) * 2020-06-17 2020-10-16 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种用于risc-v微控制器的dvp控制器系统
CN111782563B (zh) * 2020-06-17 2023-06-20 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种用于risc-v微控制器的dvp控制器系统
CN113535508A (zh) * 2021-06-05 2021-10-22 复旦大学 一种面向risc-v众核处理器的功耗监测电路
CN113535508B (zh) * 2021-06-05 2022-03-18 复旦大学 一种面向risc-v众核处理器的功耗监测电路
CN113253824A (zh) * 2021-06-21 2021-08-13 成都爱旗科技有限公司 一种基于risc-v内核的mcu系统、供电方法以及终端设备
CN113886196A (zh) * 2021-12-07 2022-01-04 上海燧原科技有限公司 片上功耗管理方法、电子设备及存储介质
CN114257619A (zh) * 2021-12-20 2022-03-29 中科芯云微电子科技有限公司 一种物联网终端、物联网系统和物联网控制方法
CN115718622A (zh) * 2022-11-25 2023-02-28 苏州睿芯通量科技有限公司 一种arm架构下的数据处理方法、装置及电子设备
CN115718622B (zh) * 2022-11-25 2023-10-13 苏州睿芯通量科技有限公司 一种arm架构下的数据处理方法、装置及电子设备
CN117311817A (zh) * 2023-11-30 2023-12-29 上海芯联芯智能科技有限公司 一种协处理器控制方法、装置、设备及存储介质
CN117311817B (zh) * 2023-11-30 2024-03-08 上海芯联芯智能科技有限公司 一种协处理器控制方法、装置、设备及存储介质
CN117950479A (zh) * 2024-03-26 2024-04-30 摩尔线程智能科技(北京)有限责任公司 计算单元控制方法、装置、设备、存储介质及程序产品

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