CN113608598A - 一种温度感知总线带宽控制方法、系统以及装置 - Google Patents
一种温度感知总线带宽控制方法、系统以及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种温度感知总线带宽控制方法、系统以及装置，该方法包括如下步骤：步骤S1：处理器运行；步骤S2：主控单元收集处理器各模块实时温度；步骤S3：判断各模块是否有温度过高的趋势或已过高；步骤S4：温度有过高的风险或已过高；步骤S5：降低该模块在互联总线上的优先级。本发明具有简单易实施、可靠性强、可扩展性强等特点，并且不用关心各模块的数量和种类，仅仅通过互联总线的优先级控制就可以达到温度控制的目标。
Description
技术领域
本发明涉及芯片温度控制技术领域，特别涉及一种面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制方法及系统。
背景技术
随着对处理器性能需求的日益增长，大规模众核处理器以及大规模异构处理器已经逐步取代了传统的单核处理器，成为实际应用和研发的热点。与此同时，随着处理器芯片集成电路规模的不断增大，体积的不断缩小，处理器的能耗密度也在以指数的形式增长。如此快速增长的处理器功耗密度必然会导致芯片温度的升高。当芯片的温度超过某个阈值时，系统可能会产生一些无法预估的功能错误和硬件错误，这样会使系统的可靠性大大降低。因此，需要通过不同的手段来控制芯片的整体温度或者局部温度。
动态热量管理技术(DTM)已经被广泛地用于对处理器进行温度管理。它主要包括动态电压和频率调节(DVFS)、调度优先级自适应、任务迀移等温度控制方法。很多学者在DTM技术的基础上，设计了一些温度感知的策略来对处理器的温度进行管理。这些研究的关注点大都是集中在对同构多核处理器的温度控制。但是，随着处理器芯片的复杂度及集成电路的规模的不断上升，采用动态电压和频率调节等方式，所需要的设计代价会非常大，需要增加很多的附加控制设计，也会对芯片的可靠性带来挑战。基于软件的调度机制、任务迁移机制等，相对来说需要带来任务信息、数据等的迁移，也会造成不必要的资源浪费。
而在复杂的大规模集成电路中，无论是同构的众核处理器还是异构的众核处理器，核之间通常需要总线系统进行互连，如图1所示为市场占有率非常高的华为海思Hi3559AV100处理器芯片，整个SoC芯片具有丰富的外围I/O接口、具有多核ARM、视频编解码处理核、加解密核、GPU核、ISP核等等。虽然是一个复杂的异构众核架构，但是所有的处理核都会通过一个总线系统集成到一起，通过同一个总线系统进行核间数据的传输、存储器的访问以及与SoC外围I/O设计进行通信。
综上所述，现有技术中未找到通过调节总线带宽的方式，来实现SoC芯片温度控制的相似方法，因此，如何将上述现有技术中存在的问题加以解决，即为本领域技术人员的研究方向所在。
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的主要目的是针对上述现有技术中所存在的问题，而提供一种面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制方法及系统。其针对大规模芯片开发及使用时提供了更为方便易用且开发难度更低的温度控制方法及系统。
在当前的大规模芯片研发及使用过程中，通常采用动态电压和频率调节等方法对不同的核进行针对性的开发和功能控制，这样导致开发难度高、芯片可靠性差、后期使用时控制机制复杂等。本发明通过在处理器芯片上的互联总线(包括基本的总线系统、多层总线系统以及具有处理器内部互联功能的片上网络)上采用基于温度感知的带宽动态分配技术，可以通过仅仅在总线上实现相应的处理机制，即可实现整个处理器芯片的管理。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的一方式是一种温度感知总线带宽控制方法，包括如下步骤：
步骤S1：处理器运行；
步骤S2：主控单元收集处理器各模块实时温度；
步骤S3：判断各模块是否有温度过高的趋势或已过高；
步骤S4：温度有过高的风险或已过高；
步骤S5：降低该模块在互联总线上的优先级。
优选地，在步骤中S1，在处理器运行时，通过放置在芯片各模块下的温度感知模块实时反馈各模块的实时温度。
优选地，在步骤S2中，所述主控单元对全芯片各区域的温度进行实时监控。
优选地，在步骤S3中，判断是否某一模块的温度在高位且继续上涨或已经超过阈值温度。
优选地，在步骤S5中，通过所述主控单元控制该模块在互联总线上的优先级，进而降低该模块的数据输入输出。
优选地，在步骤S5中，将所述优先级设置为m个等级，每个所述处理单元可以在1到m之间取值。
优选地，在步骤S5中，将所述优先级设置为两个等级，低于一预设温度为一个等级，高于该预设温度为另一个等级。
优选地，在步骤S5中，该预设温度为70℃。
本发明的另一方式是一种温度感知总线带宽控制系统，包括：系统总线、多个处理器、微控制器、存储模块以及外设接口，其中所述多个处理器、所述微控制器、所述存储模块以及所述外设接口均与所述系统总线相连，通过系统总线进行传输数据、控制，所述多个处理器、所述存储模块以及所述外设接口均添加温度感知模块，该温度感知模块实时将被监控模块的温度反馈至所述微控制器，通过分析各模块的温度，当某一个模块处在高温区域时，逐步降低所述系统总线对齐传输数据的优先级。
本发明的另一方式是一种温度感知总线带宽控制装置，包括：
处理器运行单元，其实施处理器运行；
实时温度采集单元，其通过主控单元收集处理器各模块实时温度；
温度判断单元，其判断各模块是否有温度过高的趋势或已过高；以及
优先级单元，其降低该模块在互联总线上的优先级。
发明的效果
本发明具有简单易实施、可靠性强、可扩展性强等特点。并且不用关心各模块的数量和种类，仅仅通过互联总线的优先级控制就可以达到温度控制的目标。
另外，本发明的控制方法较为简单易用，无需设计和开发复杂的电压域设计或者频率控制等方法，缩短处理器开发周期。
附图说明
图1是华为海思Hi3559AV100处理器芯片示意图。
图2是本发明一种面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制方法流程示意图。
图3是本发明一种面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制系统示意图。
图4是本发明一种面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制装置示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的图，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付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。并且，在此处需要进一步强调的是，以下的具体实施例提供的优选的技术方案，各方案(实施例)之间是可以相互配合或结合使用的。
本发明涉及在大规模处理器芯片上的温度控制技术，其主要的设计思想如下：具体是通过感知处理器芯片上的主要处理单元的温度，通过在互联总线上对所有处理单元的带宽分配进行相应的调整，以达到降低温度过高的处理单元的运行速度，从而起到降低温度的作用。
如图2所示，为本发明一种面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制方法流程示意图，在处理器设计时，挂在总线系统上的主要处理单元一旦确认，总线系统配合软件驱动即可为所有的处理单元建立优先级状态表。为了感知每个处理单元的温度变化，需要在每个处理单元上添加温度感知模块，将实时获取到的处理单元的温度实时发送至主控处理单元，主控处理单元判断相应的处理单元是否存在温度过高的风险，或者已经温度过高。根据判断结果，调整互联总线对该处理单元的数据包传输的优先级。
上述的温度感知模块只要能够实现温度的实时感知即可，例如，温度感知模块使用热敏电阻，输入电压确定，热敏电阻受温度的影响而改变阻值，这样输出的电压和电流会受到温度的。通过建立温度和热敏电阻的阻值之间的关系，就可以通过输出电压的变化来反应温度的变化情况。例如也可以使用三极管温度对发射结电压UBE有直接的线性影响，通过测试电压即可感知温度。因此，本发明的面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制方法包括如下步骤：
步骤S1：处理器运行；在此步骤中，在处理器运行时，通过放置在芯片各模块下的温度感知模块实时反馈各模块的实时温度；
步骤S2：主控单元收集处理器各模块实时温度；在此步骤中，主控单元对全芯片各区域的温度进行实时监控；
步骤S3：判断各模块是否有温度过高的趋势或已过高；在此步骤中，判断是否某一模块的温度在高位且继续上涨或已经超过阈值温度(例如85℃)；
步骤S4：温度有过高的风险或已过高；在此步骤中，当发现某一模块的温度在高位且继续上涨或已经超过阈值温度(例如85℃)时，即为温度有过高的风险或已过高；
步骤S5：降低该模块在互联总线上的优先级；在此步骤中，通过主控单元控制该模块在互联总线上的优先级，进而降低该模块的数据输入输出，减少其负载，达到降低温度的目标。
如图3所示，为本发明一种面向芯片温度控制的温度感知总线带宽控制装置示意图，本发明的温度感知总线带宽控制装置包括：系统总线、多个处理器、微控制器、存储模块以及外设接口，还可以扩展其他的模块单元。多个处理器、微控制器、存储模块以及外设接口均与系统总线相连，通过系统总线进行传输数据、控制。上述的各主要模块均需要添加温度感知模块，该温度感知模块实时将被监控模块的温度反馈至微控制器(主控单元)，主控单元分析各模块的温度，当某一个模块处在高温区域(例如70以上)时，需要逐步降低系统总线对齐传输数据的优先级。如果温度超过高温阈值(例如85℃)则发出高温预警，并将该模块的总线优先级降为最低或者直接停止接口数据传输。
除了微控制器的驱动软件添加温度监控和判断决策功能外，需要在系统总线中添加各模块接口的优先级管理硬件系统。系统总线一般本身就具有优先级管理策略，需要基于此添加各模块优先级状态表，系统总线定期读取优先级表，执行相应的优先级策略。
优先级状态表为记录各处理器的优先级状态，为优先级的调整提供数据。优先级可以根据用户设定分为N个等级。例如，当模块A的当前优先级状态为M，但是仍然存在温度过高或已经过高的风险，则降低其优先级，变为M-1。后续继续监控其温度变化情况，若温度恢复正常则优先级保持不变或者可以向上调整，以提高处理单元的执行性能。
处理器在执行最开始的时候，根据处理单元的功能和性能的需求，由用户初始化一个互联总线或者访存带宽的优先级。基于这个优先级，根据处理单元是否有温度过高的风险或者进入高温区域，进行动态调整互联总线的优先级，达到控制温度的目的。
需要进行说明的是，本发明的优先级的定义和调整可采用以下方式，来实现不同温度的模块能够具有相应的优先级。
如表1所示为一种模块及某一时刻的优先级的示例图。
一种方式是：将优先级设置为m个等级，每个处理单元可以在1到m之间取值。例如芯片工作的温度一般为25℃～85℃，每10℃为一个优先级，一共可以设置6个优先级，m为6；
具体优先级对应温度示例如下：
1.优先级1:75℃～85℃；
2.优先级2:65℃～74.9℃；
3.优先级3:55℃～64.9℃；
4.优先级4:45℃～54.9℃；
5.优先级5:35℃～44.9℃；
6.优先级6:25℃～34.9℃。
表1：
| 模块1 | 模块2 | 模块3 | 模块4 | …… | 模块n | |
| 优先级 | 2 | 3 | 2 | 1 | …… | m-3 |
另一种方式是：将优先级分为两个等级，将所述优先级设置为两个等级，低于一预设温度为一个等级，高于该预设温度为另一个等级，该预设温度优选设为70℃，也可以设为其它温度，70℃以下的模块优先级相同，按照轮询方式获取总线数据传输服务器。对于70℃以上的模块，因为很快会达到高温阈值(85℃)，设置为另一个等级，降低该模块的总线优先级，控制温度。
当一个处理单元因温度过高降低优先级之后，温度下降后，可以在性能的需求目标下，提高优先级，以满足性能的需求。
如图4所示，本发明还提供一种温度感知总线带宽控制系统，该系统1包括：
处理器运行单元11，其实施处理器运行；在处理器运行时，通过放置在芯片各模块下的温度感知模块实时反馈各模块的实时温度；
实时温度采集单元12，其通过主控单元收集处理器各模块实时温度；主控单元对全芯片各区域的温度进行实时监控；
温度判断单元13，其判断各模块是否有温度过高的趋势或已过高；判断是否某一模块的温度在高位且继续上涨或已经超过阈值温度(例如85℃)；以及
优先级单元14，其降低该模块在互联总线上的优先级；在此步骤中，通过主控单元控制该模块在互联总线上的优先级，进而降低该模块的数据输入输出，减少其负载，达到降低温度的目标。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明是一种基于温度感知的互联总线优先级控制软硬件系统，包括硬件实现和软件控制，具有如下优点：
1，不用关心各模块的数量和种类，仅仅通过互联总线的优先级控制就可以达到温度控制的目标。
2，本发明的控制方法较为简单易用，无需设计和开发复杂的电压域设计或者频率控制等方法，缩短处理器开发周期。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：处理器运行；
步骤S2：主控单元收集处理器各模块实时温度；
步骤S3：判断各模块是否有温度过高的趋势或已过高；
步骤S4：温度有过高的风险或已过高；
步骤S5：降低该模块在互联总线上的优先级。
2.根据权利要求1所述的温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，
在步骤中S1，在处理器运行时，通过放置在芯片各模块下的温度感知模块实时反馈各模块的实时温度。
3.根据权利要求1所述的温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，
在步骤S2中，所述主控单元对全芯片各区域的温度进行实时监控。
4.根据权利要求1所述的温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，
在步骤S3中，判断是否某一模块的温度在高位且继续上涨或已经超过阈值温度。
5.根据权利要求1所述的温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，
在步骤S5中，通过所述主控单元控制该模块在互联总线上的优先级，进而降低该模块的数据输入输出。
6.根据权利要求1或5所述的温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，
在步骤S5中，将所述优先级设置为m个等级，每个所述处理单元可以在1到m之间取值。
7.根据权利要求1或5所述的温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，
在步骤S5中，将所述优先级设置为两个等级，低于一预设温度为一个等级，高于该预设温度为另一个等级。
8.根据权利要求7所述的温度感知总线带宽控制方法，其特征在于，
在步骤S5中，该预设温度为70℃。
9.一种温度感知总线带宽控制系统，其特征在于，包括：系统总线、多个处理器、微控制器、存储模块以及外设接口，其中所述多个处理器、所述微控制器、所述存储模块以及所述外设接口均与所述系统总线相连，通过系统总线进行传输数据、控制，所述多个处理器、所述存储模块以及所述外设接口均添加温度感知模块，该温度感知模块实时将被监控模块的温度反馈至所述微控制器，通过分析各模块的温度，当某一个模块处在高温区域时，逐步降低所述系统总线对齐传输数据的优先级。
10.一种温度感知总线带宽控制装置，其特征在于，包括
处理器运行单元，其实施处理器运行；
实时温度采集单元，其通过主控单元收集处理器各模块实时温度；
温度判断单元，其判断各模块是否有温度过高的趋势或已过高；以及
优先级单元，其降低该模块在互联总线上的优先级。
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