CN112578892B

CN112578892B - 计算机系统及其电源管理方法

Info

Publication number: CN112578892B
Application number: CN201910926821.0A
Authority: CN
Inventors: 侯冠宇; 傅子瑜
Original assignee: Acer Inc
Current assignee: Acer Inc
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: CN112578892A

Abstract

本发明提供一种计算机系统及其电源管理方法。计算机系统包括存储装置及处理器。处理器耦接存储装置，并经组态以执行下列步骤：取得存储装置的状态转换时间。状态转换时间是存储装置进入电源状态及离开此电源状态所花费的时间。依据状态转换时间改变转换容许时间。反应于闲置逾时，处理器依据转换容许时间与电源状态的状态转换时间的比较结果决定存储装置是否进入电源状态。藉此，可改善功耗及效能。

Description

计算机系统及其电源管理方法

技术领域

本发明涉及一种存储装置管理技术，油气涉及一种计算机系统及其用于存储装置的电源管理方法。

背景技术

最初在微软(Microsoft)系统下，由于安全性的考虑，非易失性内存快捷(Non-Volatile Memory Express，NVMe)存储装置并不被允许支持NVMe的自动电源状态转换(Autonomous Power State Transitions，APST)设定功能。因此，微软标准非易失性内存快捷驱动程序(Microsoft Standard NVM Express Driver，StorNVM/StorNVMe)具有自己的电源管理规则。就概念上而言，StorNVM的电源管理规则APST差不多。采用APST的电源管理规则的情况下，只需要通过系统端对驱动程序下指令要求NVMe存储装置进入电源状态3(Power State 3，PS3)(浅度睡眠)或是电源状态4(Power State 4，PS4)(深度睡眠)，装置端固件接收到指令后即会执行指定的命令。然而，StorNVM并不支持APST，因此StorNVM具备了一套类似APST功能的电源管理规则。此电源管理规则不允许用户于系统端下指令强制装置直接进入某个睡眠阶段，而是只接受闲置逾时(timeout)方式进入睡眠。

图1A及图1B是StorNVM的电源管理机制。请先参照图1A，最初的StorNVM只具有一层睡眠机制，即同一系统同一电源状态下只允许一层睡眠模式。例如，交流(AlternatingCurrent，AC)模式或直流(Direct Current，DC)模式下都只允许同时只能进入PS3或PS4中的某个电源状态。如图1A所示，存储装置在运作模式下，反应于闲置逾时而进入PS4。请参照图1B，直到窗口(Windows)红石4(Redstone 4，RS4)之后，StorNVM才具备了允许两阶段的睡眠状态，即同一系统状态下有两个逾时机制可分别进入两种不同层面的睡眠状态。如图1B所示，存储装置在PS3下，反应于闲置逾时而进入PS4。

微软的这套电源管理机制目前仅允许厂商自行调整适宜的参数，且产品出厂后基本上不提供给使用者更改。由此可知，如何设定并选择一个适用其产品或装置的电源管理规则，将是厂商的一个重要工作。电源管理除了会直接影响到系统端及装置端的整体功耗外，也会间接影响装置端的效能。尽管StorNVM的设计概念已经与APST相当雷同，但其本身仍存在一些使用上的限制，且不如APST般灵活。同一系统的设定并不一定适用所有NVMe存储装置，这将导致同时管理多个料件的厂商难以设计一套通用所有料件的电源管理机制。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种计算机系统及其电源管理方法，其调整转换容许时间，以确保存储装置可进入睡眠状态。

本发明实施例的电源管理方法适用于计算机系统，且此计算机系统包括存储装置。电源管理方法包括下列步骤：取得存储装置的状态转换时间。状态转换时间是存储装置进入电源状态及离开此电源状态所花费的时间。依据状态转换时间改变转换容许时间。反应于闲置逾时，依据转换容许时间与电源状态的状态转换时间的比较结果决定存储装置是否进入电源状态。

本发明实施例的计算机系统，其包括存储装置及处理器。处理器耦接存储装置，并经组态以执行下列步骤：取得存储装置的状态转换时间。状态转换时间是存储装置进入电源状态及离开此电源状态所花费的时间。依据状态转换时间改变转换容许时间。反应于闲置逾时，处理器依据转换容许时间与电源状态的状态转换时间的比较结果决定存储装置是否进入电源状态。

基于上述，本发明实施例的计算机系统及其电源管理方法是基于存储装置转换电源状态花费时间(即，状态转换时间)调整转换容许时间。存储装置是在转换容许时间大于状态转换时间的情况下才允许进入预定电源状态。因此，通过调整转换容许时间，可使存储装置切换至适宜的电源状态，进而改善系统能耗及装置效能。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B是StorNVM的电源管理机制。

图2A是依据本发明一实施例的计算机系统的组件方块图。

图2B是依据本发明一实施例的计算机系统的软硬件架构图。

图3是依据本发明一实施例的电源管理方法的流程图。

图4是依据本发明一实施例实现电源管理方法的流程图。

附图标记说明：

100：计算机系统；

110：存储装置；

130：输入输出设备控制器；

150：处理器；

151：操作系统；

153：存储设备驱动程序；

S310～S330、S410～S490：步骤。

具体实施方式

图2A是依据本发明一实施例的计算机系统100的组件方块图。计算机系统100包括但不仅限在一台或更多台存储装置110、输入输出设备控制器130及处理器150。计算机系统100可以是台式计算机、笔记本电脑、服务器、一体机(AIO)等电子装置。

存储装置110可以是具备任何方式的非易失性(non-volatile)内存(例如，与非(NAND)快闪、存储等级内存(Storage Class Memory，SCM)、持久型(persistent)内存、3DXpoint内存、磁阻式随机存取内存(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)等具备非易失性的存储特性的内存)的固态硬盘(Solid-State Disk，SSD)。于本发明实施例中，存储装置110是基于非易失性内存快捷(Non-Volatile Memory Express，NVMe)规范。然而，于其他实施例中，存储装置110的传输接口规范可能不同，且应用者可自行变化。

输入输出设备控制器130耦接存储装置110，输入输出设备控制器130并可以是平台路径控制器(Platform Controller Hub，PCH)、输入/输出(I/O)路径控制器(I/OController Hub，ICH)等用以管理总线接口、网络接口、存储器接口或其他周边装置接口。

处理器150耦接输入输出设备控制器130。处理器150可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)或其他类似组件或上述组件的组合。在本发明实施例中，处理器150用以执行计算机系统100的所有作业，且可加载并执行存储装置110所记录的操作系统、各软件模块、驱动程序、文件及数据。

图2B是依据本发明一实施例的计算机系统100的软硬件架构图。请参照图2B，处理器150运行操作系统151及存储设备驱动程序153。在一实施例中，操作系统151是微软窗口(Windows)系统，且存储设备驱动程序153是StorNVM。操作系统151可运行系统程序或应用程序，并对存储设备驱动程序153下达命令(例如，相关于电源状态切换、或参数设定)，即可经由输入输出设备控制器130控制或设定存储装置110的电源设定。需说明的是，于其他实施例中，操作系统151及存储设备驱动程序153的类型可能有其他变化。

为了方便理解本发明实施例的操作流程，以下将举诸多实施例详细说明本发明实施例中计算机系统100对于电源管理的运作流程。下文中，将搭配计算机系统100的各项组件及模块说明本发明实施例所述的方法。本方法的各个流程可依照实施情形而随之调整，且并不仅限于此。

图3是依据本发明一实施例的电源管理方法的流程图。请参照图3，处理器150取得存储装置110的状态转换(transition)时间(步骤S310)。具体而言，状态转换时间是存储装置110进入某一电源状态及离开电源状态所花费的时间。在微软的StorNVM系统下，若欲使存储装置110在闲置逾时(timeout)后进入某一电源阶段时，其电源状态的设定(于本文定义为转换容许时间，例如，窗口系统的电源选项中的NVMe电源状态转换延迟容许(PowerState Transition Latency Tolerance))上必须大于此存储装置110进入及离开此电源状态所需耗掉的时间(NVMe限制容许(Idle Tolerance)，即本文所定义的状态转换时间)。换句而言，反应于存储装置110闲置逾时，存储设备驱动程序153是依据转换容许时间与电源状态的状态转换时间的比较结果决定存储装置110是否进入此电源状态。若比较结果是转换容许时间大于电源状态的状态转换时间，则存储设备驱动程序153才控制存储装置110进入此电源状态。若比较结果是转换容许时间未大于电源状态的状态转换时间，则存储设备驱动程序153禁能(disable)/不将存储装置110进入此电源状态(即，维持当前电源状态)。

操作系统151可通过存储设备驱动程序153对存储装置110查询在各电源状态的状态转换时间。例如，通过命令提示字符(Command Prompt)/命令行壳层(PowerShell)下达状态转换时间的查询命令。存储装置110的固件可回复其自身的状态转换时间。在一实施例中，存储装置110可能回复进入某一电源状态的延迟时间与离开此电源状态的延迟时间，处理器150再将两延迟(latency)时间的总和作为此电源状态的状态转换时间。此外，本发明实施例是针对睡眠、低电源或休眠模式的电源状态(例如，PS3、PS4等，其(最大)功耗低于正常模式)的状态转换时间。

接着，处理器150依据电源转换时间改变转换容许时间(步骤S330)。具体而言，转换容许时间与电源转换时间的比较结果影响存储装置110的电源状态切换与否。表(1)是电源管理设定的范例。假设装置编号1的存储装置要进入PS3的话，转换容许时间必须设定成大于2毫秒(ms)；若欲进入PS4，则转换容许时间必须设定成大于6毫秒(ms)。然而，同一转换容许时间的设定未必适用所有存储装置。假设在交流(AC)模式(一般电源)下的转换容许时间为5毫秒(ms)，且直流(DC)模式(电池使用中)下的转换容许时间为15毫秒(ms)。基于此设定，计算机系统在AC模式下，装置编号3及5的存储装置都无法进入睡眠模式(例如，PS3或PS4)，但其他存储装置都确保至少能够进入PS3。另一方面，在DC模式下，单一转换容许时间的设定也无法统一让不同存储装置进入相同的电源状态/睡眠模式。

表(1)

这样无法统一的问题衍生出了相当多的问题。例如，能源之星(energy star)要求系统必须在闲置时能够减少功耗，以符合环保规范。然而，在AC模式下，装置编号4及5的存储装置就会面临无法通过规范的问题。在DC模式下，若计算机系统同时装载数台不同存储装置，不统一的睡眠程度也可能导致存储装置功耗过高，更无法达到平台的电池寿命规范(battery life spec)。

为了确保存储装置110在闲置逾时后能进入另一电源状态(或睡眠模式)，在一实施例中，处理器150是增加转换容许时间，并使转换容许时间大于状态转换时间。增加转换容许时间的数值可能是固定或不固定的数值，此数值并可能依据原转换容许时间与状态转换时间的差异而改变。操作系统151可执行命令提示字符、PowerShell或分批脚本(batchscript)，并通过登录(registry)命令对存储装置110的驱动程序(即，存储设备驱动程序153)设定改变的转换容许时间。

在一实施例中，存储装置110包括第一电源状态及第二电源，其分别对应到两种睡眠模式，且第二电源状态的(最大)功耗低于第一电源状态。例如，PS4的最大功耗通常低于PS3。存储设备驱动程序153提供AC模式及DC模式的转换容许时间的设定。针对AC模式，处理器150是将其转换容许时间设定成大于第一电源状态的状态转换时间。针对DC模式，处理器150是将其转换容许时间设定成大于第二电源状态的状态转换时间。藉此，反应于存储装置110闲置逾时，可确保计算机系统100在AC模式下进入第一电源状态，并确保在DC模式下进入第二电源状态。

需说明的是，在其他实施例中，处理器150可仅针对第一电源状态或仅针对第二电源状态的状态转换时间来改变DC及AC模式的转换容许时间，或者处理器150是基于两电源状态的状态转换时间的权重比例来改变改变DC及AC模式的转换容许时间。

在另一实施例中，计算机系统100包括第二台或更多台存储装置110。处理器150将比较这些存储装置110的状态转换时间，并依据状态转换时间最大者改变转换容许时间。具体而言，假设计算机系统110仅允许单一转换容许时间的设定。为了确保所有存储装置110都能进入在闲置逾时后都能进入另一电源状态，处理器150可将转换容许时间设定成大于这些存储装置110中状态转换时间最大者。

举例而言，表(2)及表(3)分别是两台存储装置110的电源管理设定。处理器150询问两存储装置110第一个非运作状态(例如，PS3)的状态转换时间(分别为14毫秒(10+4毫秒)及2毫秒(1+1毫秒))。处理器150依据状态转换时间最大者(即，14毫秒)决定转换容许时间。例如，转换容许时间被设定为15毫秒。

表(2)

表(3)

为了帮助读者理解本发明实施例的精神，以下将举另一实施例说明。

图4是依据本发明一实施例实现电源管理方法的流程图。请参照图4，本发明实施例可通过检测程序来实现，并可预设每次开机或反应于其他条件启用检测程序。计算机系统100启动完成(步骤S410)后，处理器150检查操作系统151是否支持微软StorNVM(步骤S420)及计算机系统100是否具备NVMe存储装置(步骤S440)(两步骤S420及S440的顺序不限制)。若两者皆否，则代表当前环境不需要进行转换容许时间的调整及设定，且检测程序可结束(步骤S430及S450)。若两者皆为是，处理器150即会开始查询并取得系统底下各个NVMe存储装置的状态转换时间(例如，NVMe闲置容许(Idle Tolerance))(步骤S460)，并将取得的状态转换时间加上一毫秒(可变化，并使转换容许时间增加)(步骤S470)，且将运算过后的参数(即，状态转换时间加上一毫秒的运算结果)通过微软所提供的登录命令下达给存储设备驱动程序153(例如，StorNVM)(步骤S480)，即可完成检测程序当次的作业(步骤S490)，并可将检测程序关闭。如此做法，可以确保每一次开机进系统都能对存储装置110的电源管理达到优化效果，且检测程序于任务执行完毕即关闭，不会造成系统负担。

表(4)是功耗与效能的模拟结果。通过切换到正确的电源状态，除了可确保系统的功耗可以取得平衡外，同时也可获得显著的效能提升。

表(4)

综上所述，本发明实施例的计算机系统及其电源管理方法，改变切换电源状态判断基准的转换容许时间，使转换容许时间大于存储装置在进入电源状态及离开此电源状态的延迟时间，以确保存储装置在闲置逾时后能进入另一睡眠、低电源或休眠模式，从而改善功耗并维持较好的效能。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种电源管理方法，适用在计算机系统，其中所述计算机系统包括存储装置，所述电源管理方法包括：

取得所述存储装置的状态转换时间，其中所述状态转换时间是所述存储装置进入电源状态及离开所述电源状态所花费的时间；以及

依据所述状态转换时间改变转换容许时间，其中

所述存储装置包括第一电源状态及第二电源状态；

反应于闲置逾时，依据所述转换容许时间与所述电源状态的所述状态转换时间的比较结果决定所述存储装置是否进入所述电源状态；

将针对交流模式的转换容许时间设定成大于所述第一电源状态的状态转换时间；以及

将针对直流模式的转换容许时间设定成大于所述第二电源状态的状态转换时间。

2.根据权利要求1所述的电源管理方法，其中依据所述状态转换时间改变所述转换容许时间的步骤包括：

增加所述转换容许时间，使所述转换容许时间大于所述状态转换时间。

3.根据权利要求1所述的电源管理方法，其中依据所述状态转换时间改变所述转换容许时间的步骤包括：

通过登录命令对所述存储装置的驱动程序设定改变的所述转换容许时间。

4.根据权利要求1所述的电源管理方法，其中所述计算机系统还包括第二存储装置，依据所述状态转换时间改变所述转换容许时间的步骤包括：

比较所述存储装置及所述第二存储装置的所述状态转换时间；以及

依据所述状态转换时间最大者改变所述转换容许时间。

5.根据权利要求1所述的电源管理方法，其中所述存储装置是基于非易失性内存快捷(NVMe)规范，且用于控制所述存储装置的驱动程序是标准非易失性内存快捷驱动程序(StorNVM)。

6.一种计算机系统，包括：

存储装置；以及

处理器，耦接所述存储装置，并经组态以执行：

依据所述状态转换时间改变转换容许时间，其中

所述存储装置包括第一电源状态及第二电源状态；

7.根据权利要求6所述的计算机系统，其中所述处理器经组态以执行：

8.根据权利要求6所述的计算机系统，其中所述处理器经组态以执行：

9.根据权利要求6所述的计算机系统，还包括：

第二存储装置，耦接所述处理器，其中所述处理器经组态以执行：

依据所述状态转换时间最大者改变所述转换容许时间。

10.根据权利要求6所述的计算机系统，其中所述存储装置是基于NVMe规范，且用于控制所述存储装置的驱动程序是StorNVM。