CN1940857A

CN1940857A - 一种动态控制芯片工作电压和工作频率的方法

Info

Publication number: CN1940857A
Application number: CN 200510030014
Authority: CN
Inventors: 章纳新
Original assignee: Pu Lan Microelectronics (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Pu Lan Microelectronics (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2007-04-04

Abstract

本发明提供一种动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，包括如下步骤：(a)根据待运行的程序，提供一芯片工作条件查询表，该芯片工作条件查询表包含程序指令地址以及与运行该指令相对应的芯片工作条件；(b)获得该程序中每个指令的存放地址；(c)根据该地址查找所述芯片工作条件查询表，获得对应于该指令的芯片工作条件；(d)根据该工作条件转换得到芯片的工作频率值和工作电压值；(e)向所述芯片提供频率为所述转换得到的工作频率值的时钟信号和电压为所述转换得到的工作电压值的工作电压；和(f)芯片运行所述指令。本发明的方法不需要在程序中增加新的指令，不会增加系统的复杂性，并且可以按照每个应用软件的性能和功耗特性，实现最优化的节能方案。

Description

一种动态控制芯片工作电压和工作频率的方法

技术领域

本发明涉及芯片控制技术，尤其涉及动态控制芯片工作电压和频率的方法。

背景技术

随着芯片设计工艺的不断发展，芯片集成度不断提高，芯片的功耗已成为当今芯片设计的最大挑战。因为芯片的功耗大，给芯片的散热提出了更高的要求。另外，在用电池供电的电子产品中，这一矛盾更为突出。电池技术的发展目前还未能跟上这种需求。

目前业界已提出了各种降低功耗的方法，主要方法包括静态和动态。降低功能的方法中，它们的基础是，目前的各种具有CPU芯片的设备中，比如无线于机、笔记本电脑和掌上电脑等，它们往往在运行时对峰值功率的要求很高，但其它很多时间是处于空置(SYSTEM IDLE)状态.而且芯片在运行不同的软件时，对性能的要求的差异也极大。

例如，在静态控制方法中，在设备处于非工作状态(例如待机状态)时，由系统控制将提供给芯片的工作频率和电压向下调整，工作频率可调至零，而工作电压调整到能保持芯片的状态。如上所述，这种静态控制方法仅局限于在设备待机(STANDBY)时使用，调整的整个过程周期较长，调整时不能运行用户软件，所以无法在系统实时运行中采用。

动态控制方案是由操作系统控制，主要针对降低系统运行时的功耗。在整个实现过程中，应不影响用户的正常使用或影响极小。目前动态控制方法主要通过在程序中添加新的指令或通过操作系统控制外设来实现。其不足之处在于额外的控制软件和指令增加了系统的复杂性，影响系统的性能，无法与用户现有的应用软件兼容。并且无法按照每个应用软件其性能和功耗的特性来实现最优化的节能方案。

发明内容

本发明提供一种动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，包括如下步骤：

(a)根据待运行的程序，提供一芯片工作条件查询表，该芯片工作条件查询表包含程序指令地址以及与运行该指令相对应的芯片工作条件；

(b)获得该程序中每个指令的存放地址；

(c)根据该地址查找所述芯片工作条件查询表，获得对应于该指令的芯片工作条件；

(d)根据该工作条件转换得到芯片的工作频率值和工作电压值；

(e)向所述芯片提供频率为所述转换得到的工作频率值的时钟信号和电压为所述转换得到的工作电压值的工作电压；和

(f)芯片运行所述指令。

在上述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法中，所述时钟信号由一时钟发生器提供，所述时钟发生器包括一分频器；在所述步骤(d)中，先根据所述工作条件转换得到分频值，并把所述分频值提供给所述时钟发生器；在所述步骤(e)中，所述时钟发生器根据所述分频值，由所述分频器对时钟信号进行分频，向所述芯片提供相应工作频率的时钟信号。

在述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法中，所述l作电压由电源管理器提供，所述电源管理器包括一电压选择器；在所述步骤(d)中，先根据所述工作条件转换得到分压值，并把所述分压值提供给所述电源管理器；在所述步骤(e)中，所述电源管理器根据所述分压值，由所述电压选择器对电源管理器的输出电压进行选择，向所述芯片提供相应工作电压值的工作电压。

在上述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法中，所述芯片工作条件是一N位二进制数，表示运行所需的DMIPS值，经译码后生成M位二进制数，其中J位表示分频值；另K位表示分压值，J+K＝N。

在上述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，在步骤(c)中，如果未能查找到相应的指令地址或芯片工作条件，则保持当前设置的工作频率值和工作电压值。

附图说明

图1是本发明的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法的流程图；

图2是实现本发明的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法的结构图。

具体实施方式

微处理器芯片已被广泛应用于各种电子产品中，微处理器芯片运行相应的程序可以使电子产品实现相应的功能。实践中发现，微处理器运行不同的程序指令，其所要求的工作条件是不同的。这里所谓的工作条件可以包括芯片的工作频率和工作电压。有些指令运行时，对芯片要求的工作频率较高，工作电压较高；而有些指令运行时，对芯片要求的工作频率较低，工作电压较高。工作频率和工作电压的高低直接影响着芯片的功耗，间接地影响到电池的工作时间和芯片的散热要求。

根据上述情况，本发明旨在根据微处理器芯片运行的不同指令，提供芯片与该指令相适应的最低的工作条件，从而有效地降低芯片的功耗，降低芯片的发热量，延长电池的使用寿命。

图1示出了本发明的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法的流程图。请参见图1，本发明的一个关键点在于，在步骤10，提供了一个芯片工作条件查询表。该查询表包含了程序指令的存放地址以及与运行该指令相对应的芯片工作条件。

然后，与传统技术相似，芯片开始运行程序，先获得该程序中的每个指令的存放地址(如步骤20)；在获得指令的存放地址之后，在芯片运行该指令之前，本发明增加了一个查找步骤，即根据获得的指令存放地址，从芯片工作条件查询表中进行查找，找到与该指令相对应的芯片工作条件(步骤30)。

在获得该工作条件之后，根据该工作条件，经过转换步骤得到运行该指令时，芯片所要求的工作频率值和工作电压值(步骤40)；然后向芯片提供频率为所述转换得到的工作频率值的时钟信号和电压为所述转换得到的工作电压值的工作电压，即向芯片提供与运行该指令相适应的工作条件(步骤50)；最后芯片在经改变的工作条件之下，根据指令存放地址，获得相应的指令，并运行。

对于每条指令，重复进行上述工作条件查找、转换和提供过程，如此即可实现动态地控制芯片工作电压和工作频率。如果在上述查找过程中，未能在工作条件查询表中查到相应的指令地址或工作条件，则可以保持当前设置的工作频率值和工作电压值。在具有操作系统的环境中，如果指令地址不在查询表中，则可以由操作系统在系统内存中搜索，并将搜索结果调入到查询表中，完成查询工作。

从上面的过程可以看出，本发明的方法不需要在程序中增加新的指令，不会增加系统的复杂性，并且可以按照每个应用软件的性能和功耗特性，实现最优化的节能方案。

下面参照图2描述一种实现上述方法的具体实施结构。如图2所示，图中1表示微处理器芯片，2表示时钟发生器，3表示电源管理器。时钟发生器2的输出端与微处理器芯片1的时钟输入端相连，用于向微处理器芯片1提供工作时钟信号。电源管理器3与微处理器芯片1的电源输入端相连，用于向微处理器芯片1提供工作电压。

时钟发生器2内部具有一个锁相环21和分频器22。锁相环21提供一定频率的振荡信号，由分频器22进行分频，向外输出所需频率的时钟信号。电源管理器3包括多个稳压器31、32、33，每个稳压器31、32、33可以提供不同电压值的电源，由选择器34选择选择其中的一个电压值向微处理器芯片1提供工作电源。虽然在本实施例中，示出了三个稳压器，但应当理解，这里的数量并不是固定的，稳压器的多少可以根据实际需要进行调整，这里仅是一个例子而已。

如图2所示，本发明提供有一个如上所述的芯片工作条件查询表4，该查询表4包含了指令地址以及与运行该指统相对应的芯片工作条件。微处理器芯片1在运行程序时，先获得程序指令地址，然后，根据该指令地址查找查询表4，获得该指令的芯片工作条件。在本实施例中，工作条件是一个N位(例如8位)二进制数表示运行所需的DMIPS值(DHRYSTONE MILLION INSTRUCTION PRESECOND，每秒百万指令，该值在这里用来衡量微处理器运算速度的标准)。该N位二进制数通过一个频率和电压译码器5生成M位二进制数，包括J位分频值和K位分压值(J+K＝N)，这里对于N＝8时，可以J＝4，K＝4。其中分频值提供给时钟发生器2的分频器22，控制分频器22的分频数；分压值提供给电源管理器3中的电压选择器34，控制电压选择器34选择相应电压的稳压器的电压进行输出。

Claims

1、一种动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，包括如下步骤：

(b)获得该程序中每个指令的存放地址；

(f)芯片运行所述指令。

2、如权利要求1所述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，其特征在于，所述时钟信号由一时钟发生器提供，所述时钟发生器包括一分频器；在所述步骤(d)中，先根据所述工作条件转换得到分频值，并把所述分频值提供给所述时钟发生器；在所述步骤(e)中，所述时钟发生器根据所述分频值，由所述分频器对时钟信号进行分频，向所述芯片提供相应工作频率的时钟信号。

3、如权利要求1所述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，其特征在于，所述工作电压由电源管理器提供，所述电源管理器包括一电压选择器；在所述步骤(d)中，先根据所述工作条件转换得到分压值，并把所述分压值提供给所述电源管理器；在所述步骤(e)中，所述电源管理器根据所述分压值，由所述电压选择器对电源管理器的输出电压进行选择，向所述芯片提供相应工作电压值的工作电压。

4、如权利要求2或3所述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，其特征在于，所述芯片工作条件是一N位二进制数，代表运行所需的DMIPS值，译码后转换为M位二进制数，其中J位表示分频值；另K位表示分压值，其中J+K＝N。

5、如权利要求1所述的动态控制芯片工作电压和工作频率的方法，其特征在于，在步骤(c)中，如果未能查找到相应的指令地址或芯片工作条件，则保持当前设置的工作频率值和工作电压值。