CN1588273A - 计算机系统的电源管理系统 - Google Patents

Abstract

一电源管理系统，以硬件主动调节计算机系统的频率及电压。北桥芯片检测系统执行状态，南桥芯片根据该检测结果，通过系统管理总线(SMBUS)将对应的控制讯号传送至电压控制器与频率产生器，藉以调节内部组件的电压与频率。本发明由硬件取代操作系统软件的控制，提供了更快速的实时省电机制。

Description

计算机系统的电源管理系统

技术领域

本发明涉及计算机系统电源管理的方法，特别是涉及取代高级电源管理接口(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便携式计算机上更为关键。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高级电源管理接口(Advanced Configuration and PowerInterface；ACPI)规范。其架构如图1所示。

ACPI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，遵循一特定的通讯协议送出命令，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1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，系由系统软件层101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/机械语言解译器110对ACPI控制层112下达命令，将省电的操作转换成硬件讯号，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，控制讯号是由南桥芯片组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传来的控制讯号改变中央处理器114、绘图加速端口116及存储器120的工作电压，而频率产生器126可依照系统管理总线128传来的控制讯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，寄存器内容不保存，高速缓存无法维持一致性，系统无法接受主控运作(Master cycle)及中断服务。当发生主控要求及中断要求时便回复运作，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，本发明的目的是提供一种自动电源管理方法，用于自动调节计算机系统耗电。该自动电源管理方法包含下列步骤。首先，建立一工作参数表，用以定义负载级数与这些内部组件的工作参数的关系。接着，检测一内部组件的一负载值，并将该负载值分级，得到一负载级数。最后对照该工作参数表及该负载级数，得到一控制讯号，用以调整该内部组件的工作参数。

其中该工作参数表系在系统启动阶段时，由固件根据系统的型态及特性所设定。该工作参数表可以是一电压控制参数表，该工作参数可以是一电压值，若该工作参数表为一频率控制参数表，则该工作参数可以是一频率值。该系统内部组件可以是中央处理器，存储器或绘图加速端口。

本发明的另一目的是提供一种电源管理系统，用于自动调节计算机系统耗电。该电源管理系统包含下列组件：一第一芯片，一第二芯片，一系统管理总线，以及一控制器。该第一芯片检测系统运作状态，产生一负载值。该第二芯片，包含一工作参数表，用以根据该工作参数表及该负载值，产生一控制讯号。该系统管理总线(SMBUS)用以传送该控制讯号，而该控制器接收该控制讯号，据以调节一内部组件的工作参数。

其中该第一芯片为北桥芯片，该第二芯片为南桥芯片，而该系统管理总线，是依循系统管理总线(SMBUS)的通讯协议以传送该控制讯号。该第二芯片进一步包含一工作参数表，该工作参数表是在系统启动阶段时，由固件根据系统的型态及特性所设定。

为了使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，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1为已知计算机系统的架构图100。

图2为本发明实施例的一的计算机系统架构图200。

图3为本发明实施例的一的系统流量编码表202。

附图符号说明

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～存储器

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～系统流量编码表      224～南桥芯片组

具体实施方式

以计算机系统为例，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。

如图2所示，本发明的计算机系统架构200中，电源管理不需要软件的介入，取而代之的是在南桥芯片组224中实作一组寄存器，用以建立系统流量编码表202，做为省电控制的依据。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、存储器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透彻的单位。故由北桥芯片组118检测系统的各种负载，包括中央处理器114使用率，存储器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操作，数据本身是实时存在的。该南桥芯片组224中的系统流量编码表202，如图3所示，可以是一个用量状况列表，用来定义在什么状况下该有什么对应的电压或频率，比如说当中央处理器114用量不到1％时，中央处理器114核心电压(Vcore)降5％，或中央处理器114频率(CPUCLK)降50％。以一颗3.3V，2.4GHz的中央处理器而言，便是使之工作于3.23V或是1.2GHz。相对的，该系统流量编码表202可以同时兼具电压与频率，甚至是系统硬件组件其它工作参数的一个整体定义表，不限定于本实施例所述。该系统流量编码表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的自定值。举例来说，负载的分级方式，或是系统内部各组件的额定工作电压、工作频率等通常是在出厂时记录在固件中，开机时这些信息便被读入南桥芯片组224中，以建立该系统流量编码表202。除此之外，通过固件升级，或是软件控制，也可以动态地设定该系统流量编码表202。

于是通过比对北桥芯片组118传来的信息与系统流量编码表202，南桥芯片组224便产生对应的控制讯号，从系统管理总线128传送给电压控制器122和频率产生器126。在本例中，电压控制器122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。在接到该控制讯号后，电压控制器122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。相对地，频率产生器126负责产生系统内部对应组件的工作频率，随着频率的增减，决定了组件的省电与耗电。在接收到该控制讯号后，该频率产生器126便为各对应的组件产生对应的频率。

其中，该控制讯号的传送，是通过系统管理总线128以SMBUS的通讯协议发送，兼容于大部份的已知组件。因此本架构能够在不增加成本的状况下实作于现有的计算机系统中。

以图2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)，且已知该系统流量编码表202中定义，当中央处理器114处于高99％的负载时，便给予升压1％以及超频10％的处理。当北桥芯片组118检测到中央处理器114的工作负载为100％，该负载值传到南桥芯片组224中与系统流量编码表202对照，符合超频的条件，该南桥芯片组224便对电压控制器122和频率产生器126发出一控制讯号，使电压控制器122对中央处理器114输出3.33V，使频率产生器126为中央处理器114产生2.2GHz的频率。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。

综上所述，本发明提供了一个管理系统电压与频率的南桥芯片组224，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披露如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (14)

1.一种电源管理方法，应用于计算机系统中，可不通过软件控制而自动进行省电管理；其中该计算机系统包含多个内部组件，该电源管理方法包含下列步骤：

建立一工作参数表，用以定义负载级数与这些内部组件的工作参数的关系；

检测一内部组件的一负载值；

将该负载值分级，得到一负载级数；以及

对照该工作参数表及该负载级数，得到一控制讯号，用以调整该内部组件的工作参数。

2.如权利要求1所述的自动电源管理方法，其中建立该工作参数表的步骤，包含：

定义多个负载级数；以及

定义对应于这些负载级数的工作参数。

3.如权利要求2所述的自动电源管理方法，其中：

该工作参数表为一电压控制参数表，该工作参数为一电压值。

4.如权利要求2所述的自动电源管理方法，其中：

该工作参数表为一频率控制参数表，该工作参数为一频率值。

5.如权利要求1所述的自动电源管理方法，其中调整该内部组件的工作参数的步骤，是通过系统管理总线传送对应的控制命令。

6.如权利要求1所述的自动电源管理方法，其中该系统内部组件为中央处理器。

7.如权利要求1所述的自动电源管理方法，其中该系统内部组件为存储器。

8.如权利要求1所述的自动电源管理方法，其中该系统内部组件为绘图加速端口。

9.一种电源管理系统，可不通过软件控制而自动进行省电管理，包含下列组件：

一第一芯片，用以检测系统运作状态，产生一负载值；

一第二芯片，包含一工作参数表，用以根据该工作参数表及该负载值，产生一控制讯号；

一系统管理总线，用以传送该控制讯号；以及

一控制器，用以接收该控制讯号，据以调节一内部组件的工作参数。

10.如权利要求9所述的电源管理系统，其中该第二芯片进一步将该负载值分级，得到一负载级数，以及对照该工作参数表与该负载级数，据以产生该控制讯号。

11.如权利要求9所述的电源管理系统，其中该第一芯片为北桥芯片，该第二芯片为南桥芯片，而该系统管理总线，是依循高级电源管理接口的通讯协议以传送该控制讯号。

12.如权利要求9所述的电源管理系统，其中该工作参数表是在开机时，由该第二芯片读取一固件中的设定值后所设定。

13.如权利要求9所述的电源管理系统，其中：

该工作参数表为一电压控制参数表；以及

该控制器为一电压控制器，用以接收该控制讯号，对该内部组件的电压进行调整。

14.如权利要求9所述的电源管理系统，其中：

该工作参数表为一频率控制参数表；以及

该控制器为一频率控制器，用以接收该控制讯号，对该内部组件的频率进行调整。

Images