CN1261846C - 一种计算机系统的实时电源管理方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一实时电源管理系统及方法，用于快速调节计算机系统的耗电。北桥芯片检测系统执行状态，南桥芯片根据该检测结果，通过一组边带信号引线实时的将对应的控制信号传送至一控制器，以快速调节内部组件的电压与频率。本系统的边带信号引线取代系统管理总线(SMBUS)提供更快速实时的省电机制。

Description

一种计算机系统的实时电源管理方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种计算机系统电源管理的方法，特别涉及取代步进电源管理界面(ACPI)系统管理总线(SMBUS)的系统与方法。

背景技术

在现今计算机系统中，省电一向是重要课题。尤其在以电池为主要电源的行动计算机上更为关键。现今的计算机系统所据以实作的电源管理规格主要是来自步进电源管理界面(Advanced Configuration and Powe rInterface；ACPI)规范。其架构如图1a所示。

ACPI是为一软件与硬件互相搭配的规格。省电的原理，是由操作系统检测运作状况，通过软件驱动程序，遵循一特定的通信协议送出命令，使硬件依照设计，降低工作电压以及频率，达到省电的目的。如图1a所示的已知系统架构100，包含软件层101，系统硬件层103以及介于中间的ACPI控制层112。已知的电源管理，是由软件层101中的操作系统104执行操作系统电源管理(OSPM)106，检测应用程序102的执行状况，通过装置驱动程序108以及ACPI驱动程序110对ACPI控制层112下达命令，将省电的动作转换成硬件信号，传送至系统硬件层103。ACPI控制层112是一个介于硬件和软件之间的架构，包含程序、ACPI控制表(table)，以及ACPI寄存器(register)。在系统硬件层103中，控制信号是由南桥芯片组124主控，通过系统管理总线128传送至电压控制器122及频率产生器126。电压控制器122可依照系统管理总线128传来的控制信号改变中央处理器114、绘图加速端口116及内存120的工作电压，而频率产生器126可依照系统管理总线128传来的控制信号为各个硬件组件产生不同的时钟。

整体来说，这是一种由软件来控制硬件的技术。需要支持ACPI标准的程序和硬件组件共同搭配来完成。由于操作系统与软件仰赖硬件执行，而硬件的电源管理又仰赖软件的执行，当硬件因省电模式而被降速时，软件执行效能亦降低，控制能力与可靠度皆有瓶颈。举例来说，当中央处理器114进入C3睡眠状态，中央处理器114内容不保存，高速缓存无法维持一致性，系统无法接受主控运作(Master)及中断服务。当发生主控要求及中断要求便回复运作，但是极耗时间。因为硬件所有的省电状态都是由软件决定，无法实时反应出硬件真实执行状况，所以省电效果亦大打折扣。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实时电源管理方法，用于快速调节计算机系统耗电。该实时电源管理方法，包含下列步骤。首先，检测系统运作的一使用率，并根据该使用率以及一流量编码表，产生对应的一控制信号。接着根据该控制信号以及一控制参数表，动态调整一系统内部组件的工作参数。

其中产生该控制信号的步骤，包含判断该使用率的一负载等级，并对照该负载等级与该流量编码表，以得到该控制信号。而该流量编码表是预先根据系统的型态及特性所设定，用以定义多个负载等级。该控制参数表是为通过一通信协议由软件所设定的一电压控制参数表，用以定义对应每个负载等级的电压控制参数，或是一频率控制参数表，用以定义对应每个负载等级的频率控制参数，其中，该电压控制参数表和频率控制参数表，是由软件通过该系统管理总线所预先设定。该系统内部组件是为中央处理器，内存或绘图加速端口。

本发明的另一目的在于提供一种实时电源管理系统，用于快速调节计算机系统耗电。该实时电源管理系统包含下列组件。一北桥芯片，一南桥芯片，一系统管理总线，多边带信号引线，以及一控制器。该北桥芯片用于检测系统运作状态，以产生一负载信息。该南桥芯片用于根据该负载信息，以产生一控制信号。该系统管理总线(SMBUS)用于传输电源管理命令。这些边带信号引线(sideband pins)用于实时传递该控制信号。而该控制器用于接收该控制信号，以调节一系统内部组件的工作参数。

其中，该系统管理总线，是根据步进电源管理界面(ACPI)的通信协议传输电源管理命令。该南桥芯片更进一步包含根据目前系统的型态及特性预先设定的一流量编码表。该控制器是为一电压控制器，包含一电压控制参数表，用以根据该控制信号，调节该系统内部组件的电压。而该电压控制参数表，是由软件通过该系统管理总线所预先设定。该控制器亦可以是一频率控制器，包含一频率控制参数表，用以根据该控制信号，调节该系统内部组件的频率。而该频率控制参数表，亦是由软件通过该系统管理总线所预先设定。

为了让本发明的上述和其它目的、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是已知电源管理界面(ACPI)的架构图100。

图1b是已知电源管理省电控制状况示意图。

图2a是本发明实施例的架构图200。

图2b是本发明实施例的省电控制状况示意图。

图3是本发明实施例中的南桥流量编码表202。

图4是本发明实施例中的频率控制参数表204。

图5是本发明实施例中的电压控制参数表206。

附符号说明

101～软件层              102～应用程序

103～系统硬件层          104～操作系统

106～操作系统电源管理    108～装置驱动程序

110～ACPI驱动程序        112～ACPI控制层

114～中央处理器          116～绘图加速端口

118～北桥芯片组          120～内存

122～电压控制器          124～南桥芯片组

126～频率产生器          128～系统管理总线

202～南桥流量编码表      224～南桥芯片组

222～电压控制器          226～频率产生器

具体实施方式

由于南桥芯片组是控制整个系统频率及电压的关键，而电子电路只要掌握住这两种要件就能控制电源消耗，所以只要南桥能准确且实时的根据系统的使用率自动控制系统的频率及电压，自然系统就能有效率的控制系统的电源。且由于这些控制都是由南桥主动发起，故实时性可远较软件佳，且更切近系统应用实况而准确控制。除此之外，由于现今的南桥控制系统是采用系统管理总线(SMBUS)通信协议，此种方式一个命令至少要300μS的时间(假设时钟为100KHz，并耗费30个位写入时间)。如果同时对电压及频率做控制则约需时超过1ms才能完成。本发明提出边带信号(sideband signal)引线来取代SMBUS的部分功能，其中边带信号引线是以硬件控制，相对于有软件控制的SMBUS，可以更快速的控制系统频率及电压。

如图2a及图2b所示，本发明的架构200中不需要软件的介入，取而代之的是在南桥芯片组224中实作一组寄存器，南桥流量编码表202，用以做为省电控制的依据。并且新增多条边带信号引线，分别连接至电压控制器222和频率产生器226，如图中所示的GPOa，GPOb和GPOc共三条。引线数的多寡不在此限，视负载分级的状况而定。在硬件组件中，北桥芯片组118掌控了对中央处理器114、绘图加速端口116、内存120及南桥芯片组224的所有流量信息，可说是了解系统负载最彻底的单位。故在一较佳实施例中，由北桥芯片组118检测系统的各种负载状况，包括中央处理器114使用率，内存120使用率，绘图加速端口116使用率等，将信息传送给南桥芯片组224。系统负载的监测可以是一种硬件状态的表现，亦即不需要执行额外的取样动作，数据本身是实时存在的。该南桥芯片组224在接收到北桥芯片组118所传来的负载信息后，进行负载等级的判断，这些级可以区分为极高、正常、较低和极低。如图3所示，南桥芯片组224中的南桥流量编码表202，可以是一个配线表，用来定义在什么状况下输出对应的控制信号。在本例中，GPOa、GPOb、GPOc各有两种电位状态(High和Low)，所以可以产生八种组合。该南桥流量编码表202可以包含各种其它组件的负载状况，定义更详细的配线表，不限定于本实施例所述。该南桥流量编码表202可以是在系统启动时，南桥芯片组224主动根据系统整体状况自动产生，也可以是通过程序微调，由外部输入的自定值。于是通过比对南桥芯片组224传来的信息与南桥流量编码表202，南桥芯片组224便产生对应的控制信号，从这些边带信号引线GPOa、GPOb和GPOc传送给电压控制器222和频率产生器226。在本实施例中，电压控制器222具有控制中央处理器114，绘图加速端口116及北桥芯片组118的工作电压的功能，其中包含一电压控制参数表206，如图5所示。参照该电压控制参数表206，可以确知边带信号引线GPOa、GPOb和GPOc的电位所对应的控制参数，例如三者电位在High、High、High时，即超压10％。在确知控制参数后，电压控制器222便对这些组件输出对应的工作电压，使之工作在预定的范围内。同样地，频率产生器226是负责产生系统内部各应组件的工作频率，随着频率的增减，决定了组件的省电与耗电。在接收到边带信号引线GPOa、GPOb和GPOc传送的控制电位后，参照图4所示的一频率控制参数表204，以确知这些电位对应的控制参数。例如当这些三只边带信号引线的电位为Low、Low、High时，控制参数就是降频20％。最后，该频率产生器226便根据对应的控制参数，为各对应的组件产生对应的频率。

其中，该控制信号的传送，是通过边带信号引线GPOa、GPOb和GPOc，取代了已知系统管理总线128以ACPI的通信协议发送，故硬件上需要南桥芯片组224、电压控制器222以及频率产生器226的改良，以突破控制速度的瓶颈。而如同南桥流量编码表202一般，该频率控制参数表204与电压控制参数表206，也可以是在系统启动时，由固件主动根据系统整体状况自动产生，或是由使用者借软件程序建立所述控制参数表后，经由该系统管理总线SMBUS输入对应的控制器。

以图2a举另一较佳实施例，假设中央处理器114的正常工作电压为3.3伏特(V)，正常工作频率为2.0G赫兹(Hz)，且已知该南桥流量编码表202、频率控制参数表204以及电压控制参数表206中已定义，当中央处理器114处于极高负载时，便给予升压1％以及超频10％的处理。则当北桥芯片组118检测到中央处理器114的工作负载为100％，该负载信息传到南桥芯片组224中与南桥流量编码表202对照，为「负载极高」，该南桥芯片组224便对电压控制器222和频率产生器226送出对应的引线信号GPOa，GPOb和GPOc，使电压控制器222对照电压控制参数表206后，对中央处理器114输出3.33V，而频率产生器226对照频率控制参数表204后，使中央处理器214的频率升为2.2GHz。换言之，本发明的架构，在组件工作容许范围内，除了有效率解决已知省电管理的问题，在需要的时候，甚至可以产生比预期更高的效能。

图1b是为已知电源管理省电控制状况示意图。中央处理器的负载301为一随时间改变的曲线。而调节率302显示电源管理系统将中央处理器降频的程度。当负载301满到100％时，调节率302控制在100％。若负载降低，则中央处理器也随之降频，以减少耗电支出。相对地，图2b是为本发明实施例的省电控制状况示意图。比较之下最大的特色就是调节率303的实时性与精确度都增加了，更能够贴切系统真正运作的负载范围。而在负载为100％时，更进一步可能视硬件能力而容许x％的超频，因此本发明不但能够更加省电，还能更彻底的发挥硬件的效能。

综上所述，本发明提供了一个以多边带信号引线控管系统电压与频率的南桥芯片组124，搭配北桥芯片组118完善的系统内部组件监测机制，免除软件监测与控制硬件带来的不便，使得系统的效能发挥到最大，而能源消耗则减到最小。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种计算机系统的实时电源管理方法，包含下列步骤：

通过一北桥芯片检测系统运作的一使用率；

根据该使用率以及一流量编码表，通过一南桥芯片产生对应的一控制信号；以及

根据该控制信号以及一控制参数表，通过一组边带信号引线动态调整一系统内部组件的工作参数，以减少多余电力消耗；

其中，该组边带信号引线是连接于该南桥芯片，用以不通过软件通信协议，直接快速地传送该控制信号。

2.如权利要求1所述的计算机系统的实时电源管理方法，其中，产生该控制信号的步骤，包含通过该北桥芯片判断该使用率的一负载等级，并通过该南桥芯片对照该负载等级与该流量编码表，得到该控制信号。

3.如权利要求1所述的计算机系统的实时电源管理方法，其中，该流量编码表是预先根据系统的型态及特性所设定，用以定义多个负载等级。

4.如权利要求3所述的计算机系统的实时电源管理方法，其中，该控制参数表是通过一通信协议由软件所设定的一电压控制参数表，用以定义对应每个负载等级的电压控制参数。

5.如权利要求3所述的计算机系统的实时电源管理方法，其中，该控制参数表是通过一通信协议由软件所设定的一频率控制参数表，用以定义对应每个负载等级的频率控制参数。

6.如权利要求1所述的计算机系统的实时电源管理方法，其中，该系统内部组件是中央处理器、内存或绘图加速端口其中之一。

7.一种实时电源管理系统，用于快速调节计算机系统的电源消耗，包含下列组件：

一北桥芯片，用以检测系统运作状态，产生一负载信息；

一南桥芯片，用以根据该负载信息，产生一控制信号；

一系统管理总线，用以通过软件通信协议传输电源管理命令；

一控制器，用以接收该控制信号，根据一控制参数表以调节一系统内部组件的工作参数，以减少多余电力消耗；以及

多边带信号引线，连接于该南桥芯片与该控制器之间，该南桥芯片是直接经由所述边带信号引线，不通过软件通信协议，实时传递该控制信号至该控制器。

8.如权利要求7所述的实时电源管理系统，其中：

该系统管理总线，是根据步进电源管理界面的通信协议传输电源管理命令；以及

该南桥芯片更进一步包含根据目前系统的型态及特性预先设定的一流量编码表，用以根据该负载信息产生对应的该控制信号。

9.如权利要求7所述的实时电源管理系统，其中：

该控制器是一电压控制器，该控制参数表是为一电压控制参数表，用以根据该控制信号，调节该系统内部组件的电压；以及

该电压控制参数表，是由软件通过该系统管理总线所预先设定。

10.如权利要求7所述的实时电源管理系统，其中：

该控制器是一频率控制器，该控制参数表是为一频率控制参数表，用以根据该控制信号，调节该系统内部组件的频率；以及

该频率控制参数表，是由软件通过该系统管理总线所预先设定。

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