JP2005222536A - ダイナミック電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電圧のダイナミックスケーリング（ＤＶＳ）を利用する装置を処理することに関するが、特にそのような装置のための制御装置に限られない。本発明は特に、ソフトウェア定義無線機（ＳＤＲ）に適用でき、そのように限定されないが、他の再構成可能な電子システムに適用できる。
【解決手段】本発明は、少なくともいくつかが制御可能な供給電圧及び／又は周波数を持つ複数の処理リソースを有する処理装置のための制御装置を提供し、この制御装置は、少なくともいくつかが、それまでに動作が実行されなければならない所定のデッドラインを有する動作をリソース上でスケジューリングする手段と、このデッドラインを有する動作のための電圧及び／又は周波数プロファイルを決定する手段と、スケジュール及びプロファイルに従って、リソースに動作を実行させる手段とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電圧のダイナミックスケーリング（ＤＶＳ）を利用する処理装置に関し、特にそのような装置のための制御装置に排他的に限定されない。更に、本発明は処理装置のための電圧及び／又は周波数プロファイルを決定する方法及び装置に関する。本発明は特に、ソフトウェア無線機（ＳＤＲ）に適用可能であるが、そのように限定されず、他の再構成可能な電子システムに適用されてもよい。

基本的なダイナミックスケーリング電圧（ＤＶＳ）処理モジュールは、従来技術、例えばインテル社（登録商標）のスピードステップ（登録商標）に現在利用可能である。この技術はバッテリからの電力消費を低減するため、使用されていないときにプロセッサが“スリープ”モードに入ることができる多くのラップトップコンピュータに適用されている。近年、多数の異なる電圧及び周波数、即ちクロック速度レートで動作可能な処理モジュールが出現してきた。プロセッサの電力消費は、電圧と、クロック速度、即ち周波数、との両方の関数であり、周知のように、電力消費の二次減少は、理論上はこれらのパラメータの両方を減少させることで達成できる。トランスメータ社（登録商標）は、ロングラン（登録商標）電力管理技術を提供している。この技術は、プロセッサが“オン”になっているが処理に使用されていないというアイドル状態にしておく時間をプロセッサが最小にすることを確実にするために、プロセッサの電圧及びクロック速度を調整する。

しかしながら、このような方法に伴う課題は、それらが厳しいデッドラインを持つタスクにあまり適合しないことである。例えばワイヤレス端末によって受信されたデータブロックが、設定された多数のミリ秒以内にビタビデコーダアルゴリズムによってデコードされることを確実にすることである。そのようなシステムでの特定の動作のための処理実行時間のデッドラインは、例えば、端末がワイヤレスセルラ又はローカルエリアネットワークにおいて基地局と相互動作できるように、標準プロトコルによって規定される。

ワイヤレス端末のようなデバイス又はシステムにおける多くのタスク又はオペレーションは、１つ以上の標準規格に従って動作し、いくつかの方法、例えばＡＳＩＣのような専門ハードウェア加速器を使用することによって、或いはソフトウェアに従って構成されているデジタル信号プロセッサを使用することによって実行できる。処理又はタスクのいくつかは、時間的にオーバーラップするか、或いは他のタスクから独立していることが多いので、平行して実行でき、処理リソースは処理電力の一部分をあるタスクに割り当て、別の一部分を別のタスクに割り当てることができる。これは複数のプロセッサを使用するか、或いは例えばマイクロプロセッサのようにリソースをタイムスライスすることによって達成できる。

多数のタスクのための処理時間をスケジューリングする、様々な方法が技術的に知られている。電力消費を低減するために、特定のタスクを処理する場合に処理リソースの電圧−周波数を低減させる概念を盛り込むようなスケジューリング技法を修正することは、フラヴィウス・グライアンの“確率的なデータ及びＤＶＳプロセッサを用いた低エネルギーのための厳格リアルタイムスケジューリング”ＩＳＬＰＥＤ‘０１、２００１年８月２〜７日、において概念用語を用いて説明されている。しかしながら、そのようなシステムの実際の具体化は単純ではない。

一局面における一般的な意味では、本発明は特定のタスク用処理リソースのための電圧プロファイルを決定する電圧プロファイル計算器を提供する。この電圧プロファイルは、タスクを実行する際に（平均的に）リソースによって使用される電力を最小にするために、タスクが実行されるべき次の時間にリソースに適用できる。計算器は、タスクを完了するためのサイクルカウントの確率分布を特徴づける多数のメトリックを決定する手段を備える。この分布は、タスクを完了するために必要とされた前回のサイクルカウントを記録し、これにより履歴レコードを与えることによって決定できる。メトリックは平均及び標準偏差であってよいが、実際のシステムにありがちなように分布が標準でない場合には、他のメトリックが用いられてよい。好ましくは、サイクルカウントの所定の割合（Ｐ）が位置する上限及び下限（C_max及びC_min）が規定される。これらのメトリックはその後、簡略化分布を特徴づける。

計算器は、好ましくは、これらのメトリックから電圧プロファイルを決定する手段も備える。簡略化メトリックを、固定電圧を有する簡略化電圧プロファイルとともに用いることによって、これらの電圧と、これらの間で切り換える時間とを決定するために、簡略式を用いることができる。このような構成は、実際のシステムで構成するのに簡便である。

特に一局面においては、本発明は、所定のタスク用処理リソースのための電圧及び／又は周波数プロファイルを決定するための、電圧−周波数プロファイル計算器を提供する。この計算器は、前記リソースを用いて前記タスクを完了するためのサイクルカウントの確率分布を特徴づける多数のメトリックを決定する手段と、前記メトリックに従って次の前記タスクに対する電圧又は周波数プロファイルを決定する手段とを備える。好ましくは、周波数及び／又は電圧プロファイルは、多数の固定電圧の位相を有し、段階電圧変化（step voltage changes）を有する。代替的に、プロファイルは固定電圧勾配のような１つ以上の非線形関数によって定義されてもよい。

タスク期間にわたる簡単な周波数及び電圧の変化は、（理想的とはいえ）継続的なプロファイルよりも実現が容易である。１つの実施形態では、メトリックは標準的な分布に対する平均及び標準偏差であるが、他の既知の分布のタイプ又は形状について、他のメトリックが使用されてもよい。例えば、メトリックは、前回のサイクルカウントを記録し、及びこの履歴データに関して必要とされた計算を実行することによって決定される。電圧及び周波数プロファイルは、分布のタイプに関するルックアップテーブルと、電圧と周波数値との間の変換式とを使用して決定できる。

特に他の局面においては、本発明は所定のタスク用処理リソースのための電圧及び／又は周波数プロファイルを決定するための、電圧−周波数プロファイル計算器を提供する。この計算器は、前記リソースを用いて前記タスクを完了するためのサイクルカウントの確率分布を特徴づける多数のメトリックを決定する手段を備え、プロファイルは、それぞれがその期間内に異なる固定電圧を有する２つ以上の位相又はセクションを有する。

１つの実施形態では、それぞれが異なる電圧を持つような３つの位相が存在する。電圧は、低いところから開始し、期間がタスクを完了するためのデッドラインに近づくにつれて徐々に増加する傾向がある。段階的な電圧プロファイルを用いることは、継続的に変化するプロファイルよりもかなり実現が容易である。また、動作の周波数を増加させるには一般的に電圧を増加することを必要とし、これが生じる間は遅延が存在し、電圧の頻繁な変化を非効率的にするので、段階的な電圧プロファイルを用いることは、より効果的でもある。限定数の固定電圧位相を有することにより、クロック周期毎に計算されることが必要な継続的に変化する電圧の場合と比較して、これらの電圧の計算が容易にもなる。更に言えば、これにより、構成の複雑さが緩和する。

固定電圧という用語は、対応する位相にわたってほぼ一定である電圧を参照するために用いられる。例えば、雑音やドリフトによって、電圧の軽微な変化が生じうる。

メトリック決定手段は、前記分布のタイプ、例えばガウス分布及び標準偏差ガウス分布のような対応するメトリックタイプを決定する手段を備えてもよい。そして、決定された分布タイプを特徴づけるメトリックが計算でき、例えば平均及び標準偏差は前回のサイクルカウント履歴から容易に計算される。

代替的に、メトリック決定手段は、前記サイクルカウント分布に対応する簡略化分布を特徴づけ、前記簡略化分布から前記メトリックを決定する手段を備えていてもよい。簡略化分布は、多数のメトリックによって容易に規定できる実際の分布に近似する。例えば、実際の分布は、多数の線形関数、言い換えればタスクの最大期間に及ぶ固定確率密度（即ち、ある範囲のサイクルカウントに対する確率）のセクション又は位相によって特徴づけられる。更なる代替として、分布は固定（または可変）勾配確率分布によって特徴づけられてもよい。

一連の線形関数の場合、メトリックは各線形関数又は位相の確率の限界であってもよい。３つの位相を持つ好ましい実施形態では、メトリックは分布におけるサイクルカウントの所定の割合を規定する上限及び下限を備える。この割合は、予想される分布に左右されるか、経験的に決定されてもよい。実際上は、９０−９５％の割合が十分正確だと判明しているが、他の範囲が用いられてもよい。

分布メトリック決定手段は、前回の状況において前記リソースによって前記タスクを完了するために必要とされたサイクルカウントを記録する手段を備える。代替的に、所定のメトリックを、例えば分布のタイプ及び対応するメトリックを供給するリソースの製造業者から、又は簡略化分布を生成するための多数の「予め記録された」サイクルカウントから受け取る手段を備えてもよい。この手段は、例えば製造業者によって提供されたものによって開始し、実際のサイクルカウントデータが記録されて行くにつれて修正するような、これらの組み合わせを備えていてもよい。

好ましくは、電圧プロファイル決定手段は、各前記位相に対するサイクル周期を計算する手段を備える。この計算は、これらの計算を容易にする決定されたメトリックを用いて達成され、より少ない計算しか必要としない。

好ましくは、電圧プロファイル決定手段は、スケーリングされていないサイクル周期がリソースによってサポートされていない場合に、サイクル周期をスケーリングする手段も備える。これは、リソースが動作の十分高い周波数をサポートして決定された最低サイクル周期をサポートできない場合に利用できる。この場合、このサイクル周期は、好ましくはリソースによってサポートされる最大値までその周期を拡大するためにスケーリングされる。先のより高いサイクル周期も、補償のためにスケーリングされなければならない。

リソースに周波数／電圧を変化させるよう指示するタイミングが計算器の外部にある場合、電圧プロファイル決定手段は、外部時間に基づいてあるサイクル周期の位相から別の位相へ変化する時間を決定する手段も備える。

計算器が電圧プロファイルも提供している場合、電圧プロファイル決定手段は、各前記位相に対するサイクル周期を各前記位相に対する電圧レベルに変換する手段を備える。

少なくともいくつかが制御可能な供給電圧及び／又は周波数を有する複数の処理リソースを有する処理装置のための制御装置も提供される。この制御装置は、少なくとも幾つかはそれまでに動作が行わなければならない所定のデッドラインを有する動作を前記リソース上でスケジューリングする手段と、上述の決定に従って電圧又は周波数プロファイルを計算する手段と、前記スケジュール及び前記プロファイルに従って、リソースに前記動作を実行させる手段とを備える。

特に他の局面においては、本発明は、所定のタスク用処理リソースのための電圧及び／又は周波数プロファイルを決定する電圧−周波数プロファイル計算器を備える。この計算器は、前記リソースを用いて前記タスクを完了するためにサイクルカウントの確率分布を特徴づける多数のメトリックを決定する手段と、前記メトリックに従って次の前記タスクに対する電圧プロファイルを決定する手段とを備え、メトリックは簡略化分布を特徴づける。

実際のものではなく、簡略化確率密度関数（ＰＤＦ）を用いることは、電圧プロファイルを決定するために必要な複雑さや計算の数を減らす。好ましくは、この簡略化分布は、固定確率密度の２以上の位相を持つ段階的ＰＤＦである。好ましくは、メトリックは分布におけるサイクルカウントの所定の割合を規定する上限及び下限を備える。９０ないし９５％の割合が、リソースによって電力を平均的に最小化する点で、効率の良い電圧プロファイルを決定するのに効果的だと判明している。

分布メトリック決定手段は、時間の経過によってリソースによりタスクを完了するために必要なサイクルカウントを記録し、メトリックが導き出される履歴レコードを構築する。代替的又は追加的に、分布メトリック決定手段は、例えば製造時に決定された所定のメトリックを単に受け取ってもよい。これらは、履歴レコードが構築されながら修正されてもよい。履歴レコードを持つ更なる利点は、タスクの性能に関する条件が変わるかもしれないことであり、故に、例えばワイヤレス受信機のチャネル状態或いはリソースの共通ユーザが、サイクルカウントの分布に影響を与えかねない共有パターンを変えてしまう。例えば平均値は、リソースに対する回線争奪が激しくなるにつれて増加する。

この場合、電圧プロファイルは、例えば１つ以上の再構成可能なリソースの制御装置によって使用できる。その後、制御装置は、タスクを実行するために、プロファイルを使用してプロファイルに従った電圧でリソースを動作する。

他の局面における一般的な意味で、本発明は、少なくともいくつかが制御可能な電圧及び／又は周波数動作可能パラメータを有する複数の処理リソースを持つ処理装置のための制御装置を提供する。制御装置は、装置が実行すべき動作毎に多数の実行パラメータを備える動作データ構造を有するか、これにアクセスする。例えば、ワイヤレス端末又は基地局においては、動作データ構造は予め所定のプロトコルについて知られており、制御装置は新しいプロトコルを扱うために再構成可能である。動作毎の実行パラメータは電圧−周波数プロファイル、開始時間、最悪サイクルカウント、及び動作の前回の実行に関する実際の実行サイクルカウントの統計を備えていてもよい。これらの統計は、平均実行サイクルカウントのようなパラメータの根拠となる履歴統計を提供するために、動作が何回も実行されるにつれて時間の経過によって更新されるのが好ましい。電圧−周波数プロファイル計算手段は、これらのパラメータに基づいて動作毎に記憶された電圧−周波数プロファイルを提供するか、定期的に更新する。電圧−周波数プロファイルは、例えば、最初低電圧周波数で動作を実行する処理リソースを有し、その後、動作実行時間が所定のリミット（例えば、平均実行時間）を超えた場合にのみ、厳格な実行時間のデッドライン内で動作を完了するため処理リソースが使用する電圧周波数を増加させることによって、動作毎に電力消費を最小化するよう構成される。

各動作は、毎回その最悪実行サイクルカウントに至らないが、平均実行サイクル又は時間に至ることが多いので、動作を実行する処理リソースの電圧周波数は、最初予想される通常よりも低く維持される。この予想のレベルにおいてでさえも、動作はデッドラインよりも前に完了することが多い。それゆえ、恐らくデッドラインに近い所定の時間を過ぎても動作が実行されている場合には、電圧周波数は、デッドラインに間に合うように動作を早く終了させるために、非常に大きくなってよい。最悪サイクルカウントでは、消費される電力は、（より短い時間とはいえ）一定の高い電圧周波数レベルで実行されている動作を有している場合と同じであろう。初期の低電圧周波数レベルの間、又は実質的にこのレベルの間に動作が実行される場合には、この動作が一定の高い電圧周波数レベルを用いて実行されている場合よりも低い電力しか消費されない。従って、全体として低電力しか移動ワイヤレス通信又は計算端末のような可搬型デバイスのバッテリ寿命を向上させる本装置においては消費されない。

特にこの局面においては、本発明は少なくともいくつかが制御可能な供給電圧及び／又は周波数を有する複数の処理リソースを有する処理装置のための制御装置を提供する。この制御装置は、少なくともいくつかはそれまでに動作が行わなければならない所定のデッドラインを有する動作を前記リソース上でスケジューリングする手段と、前記デッドラインを有する前記動作用電圧及び／又は周波数プロファイルを決定する手段と、前記スケジュール及び前記プロファイルに従って、リソースに前記動作を実行させる手段とを備える。

好ましくは、前記プロファイルは動作の実行中に装置によって消費される平均電力を最小にするよう構成される。

好ましくは、前記プロファイルは電圧−周波数プロファイルである。

好ましくは、電圧−周波数プロファイルは２つより多い電圧又は周波数動作点を有する。

好ましくは、電圧−周波数プロファイルは、動作の実行時間にわたって増加する電圧又は周波数動作点を含む。

好ましくは、電圧−周波数プロファイルは、動作の平均サイクルカウント内で動作が完了しなかった場合に、電圧又は周波数プロファイルを増加させる。

好ましくは、前記決定する手段は、それぞれが所定の動作に対応する多数の記録を有する動作制御データ構造を備え、各記録は対応する動作の最悪サイクルカウントを有する。

好ましくは、各記録は、動作の平均サイクルカウント及び平均サイクルカウントの標準偏差を備える。

好ましくは、各記録は電圧及び／又は周波数プロファイルを備える。

好ましくは、前記決定する手段は、動作の最悪サイクルカウント、動作の平均サイクルカウント、及び平均カウントの標準偏差に基づいて、前記動作に対する前記電圧−周波数プロファイルを計算するよう構成されている電圧−周波数プロファイル計算器を備える。

好ましくは、前記決定する手段は、前記計算器によって決定される電圧−周波数プロファイルを量子化して、リソースの利用可能な電圧及び／又は周波数動作点に対応させるよう構成された量子化手段を更に備える。

好ましくは、スケジューリング手段は、リソースに対する多数の制御メッセージを有する処理タイムテーブルを備える。このメッセージは動作に対応し、電圧及び／又は周波数制御指令を含む。

少なくともいくつかが制御可能な供給電圧及び／又は周波数を有する複数の処理リソースを有する処理装置も提供される。この装置は、上述のような制御装置を備える。好ましくは、この装置はワイヤレス端末又は基地局を備える。

特に他の局面においては、複数の処理リソースを持つ処理装置を制御する方法が提供される。このリソースの少なくともいくつかは、制御可能な供給電圧及び／又は周波数を有しており、この方法は、少なくともいくつかはそれまでに動作が行わなければならない所定のデッドラインを有する動作を前記リソース上でスケジューリングすることと、前記デッドラインを有する前記動作用電圧及び／又は周波数プロファイルを決定することと、前記スケジュール及び前記プロファイルに従って、リソースに前記動作を実行させることを含む。

好ましくは、プロファイルは、動作を実行する際に装置によって消費される平均電力を最小にするよう構成される。

好ましくは、プロファイルは電圧−周波数プロファイルである。

好ましくは、電圧−周波数プロファイルは、２つより多い電圧又は周波数動作点を有する。

好ましくは、電圧−周波数プロファイルは、動作の実行時間にわたって増加する電圧又は周波数動作点を増加させる。

好ましくは、電圧−周波数プロファイルは、動作が動作の平均サイクルカウント内で完了しなかった場合に、電圧又は周波数動作点を増加させる。

好ましくは、前記決定することは、それぞれが所定の動作に対応する多数の記録を有する動作制御データ構造を生成することを含み、各記録は対応する動作の最悪サイクルカウントを有する。

好ましくは、各記録は、動作の平均サイクルカウントと、平均サイクルカウントの標準偏差から成る。

好ましくは、各記録は電圧及び／又は周波数プロファイルから成る。

好ましくは、前記決定することは、動作の最悪サイクルカウント、動作の平均サイクルカウント、及び平均カウントの標準偏差に基づいて前記動作に対する前記電圧−周波数プロファイルを計算することを含む。

好ましくは、前記決定することは、前記計算によって決定される電圧周波数プロセッサを量子化して、リソースの利用可能な電圧及び／又は周波数動作点に対応させることを更に含む。

好ましくは、スケジューリングすることは、リソースに対する多数の制御メッセージを有する処理タイムテーブルを生成することを含む。このメッセージは動作に対応しており、かつ電圧及び／又は周波数制御指令を含んでいる。

好ましくは、処理装置はワイヤレス端末又は基地局である。

上述した方法の任意のものを実行するために、プロセッサにより読み出し可能なコンピュータプログラム又はプロファイル製品も提供される。

本発明の実施形態を、一例としただけであり、限定することを意図せずに以下の図面について説明する。

図１を参照すると、実施形態に従う処理装置の構成は、複数の処理リソースＲ₁−Ｒ_n、制御装置１、制御プレーン２、データプレーン３、及びデータバス制御装置４を備えている。処理装置は、例えばＵＭＴＳとＧＳＭのような１つ以上のプロトコルに従って、基地局に対して信号を受信及び送信するためのワイヤレス通信端末において使用してもよい。この装置は特にソフトウェア無線機（ＳＤＲ）アプリケーションに適しており、便宜上及び説明の容易のために、本実施形態は移動ワイヤレス通信アプリケーションに関して説明されているが、それに限定されるものではない。

処理リソースＲは、例えばビタビデコーダのような特定のワイヤレス通信処理のためのＡＳＩＣでもよく、複数の使用による再構成可能なデジタル信号処理（ＤＳＰ）ブロック、又は同様に再構成可能な書換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）でもよい。

データプレーン３は、メモリリソースに結合されたデータバスと、例えばアナログ−デジタル変換器、デジタル−アナログ変換器、チャネルデコーダ、イコライザ、及びボコーダなどの他のリソースに結合された入力／出力インターフェースとを備えた論理エンティティである。メモリはサンプル化信号シンボルのみならず、そのシンボルや、処理チェーン内の様々なステージに従った関連データを記憶して、デコードされたトラフィックデータを得るために使用される。

データバス制御装置４は、様々なリソースＲ、メモリ、及び他のデータ面コンポーネント間のアクセスを制御し、例えばリソースが適切なデータを読み出して、その後リソースによる処理に従ってメモリにデータを書き込み直すことができる。

制御プレーン２は、リソースＲと制御装置１との間に制御バスを備えた別の倫理エンティティである。また、データと制御プレーンの両方は例えばクロスバー又はネットワークとして実施できる。

制御装置１は、データプレーン内のデータが処理のため正しいリソースＲに渡されたこと、及び競合エンティティによるデータ転送の要求が適切に処理されることを確実にするために、データバス制御装置４を介してデータプレーン３の動作を制御する。データを転送するために使用される機構も、システムの構成に従って、異なるｖ−ｆで実行するように切り換え可能であってもよい。他のすべてのリソースと同様に、データプレーンも“データバス制御装置／アービタ（arbiter）”を介して制御装置により構成される。当業者ならばデータバス制御装置の動作を熟知している。

一般的条件では、制御装置は、データプレーン内のデータが、正しい順序で、可能ならば異なるリソースを使用して実行可能なタスク又はタスクのグループに動作を分けることにより並列に、様々なリソースＲにより適切に処理されることを確実にする。更に、制御装置１は、要求された処理が最小の電力消費で実行される方法で、各リソースＲの電圧−周波数（ｖ−ｆ）を制御する。処理タスクの多くは処理が完了しなければならない所定のデッドラインを持ち、故に制御装置１は、同時に電力消費を最小にしながら、この制約に従って装置内の処理を制御するよう構成される。これは、例えばワイヤレス通信端末のような厳しいデッドラインのある処理タスクを持つ携帯端末において有用である。

図２は制御装置１を模式的に示し、図３はリソース毎に制御装置により具体化される制御構造を示し、例えばＧＳＭやＵＭＴＳのような異なる時間ベースを用いる２組のリソースＲを含んでいる。制御装置１は、制御メッセージの適切なリソースＲへの転送を制御するディスパッチャ１０を備える。ディスパッチャ１０は、処理タイムテーブル１１に従って、いつ、どの制御メッセージが、どのリソースＲに送信されるかを決定する。処理タイムテーブル１１は、それぞれが関連リソース識別子を持つ、制御メッセージのリストと開始時間とを備えたデータ構造である。開始時間は通常、ＷＣＤＭＡの場合には１０ミリ秒の無線フレームのような予め定められた時間基準に関連する。ワイヤレス通信信号は、受信器が信号を適正に受信し処理するために自己同期するフレーム内で送信される。例えば内部クロック信号から得られたフレーム同期ソース１２がディスパッチャ１０に供給されて、処理動作が互いの間と同様に適切に同期することを確実にする。

各制御メッセージは、送信時間、宛先、指令、電圧−周波数設定、及び構成情報を含む。処理タイムテーブル１１における制御メッセージの性質及びタイミングは、ダイナミックスケジューラ１３によって決定される。スケジューラ１３は、シャドウ処理タイムテーブル１４に制御メッセージを書き込み又は更新し、このタイムテーブル１４はアクティブ処理タイムテーブル１１と同一の構造を持つ別のデータ構造である。アクティブ処理タイムテーブル１１には、一般的に、例えばフレームの終端／始端のようなある都合のよい時間で、シャドウ処理タイムテーブル１４のコンテンツがロードされる。シャドウタイムテーブルが使用されるのは、タイムテーブルに変更があるとき、テーブルに書き込むために限られた時間が掛かり、これが生じている間タイムテーブルは不完全なデータを持つことになり、ゆえに欠陥のある指令がリソースに送信されることになるかもしれないからである。制御装置は、イベントが変化するにつれて、様々な動作のための制御メッセージを更新する。例えば、動作は予想よりも早く、リソースの１つの解放を早めに停止してもよく、それ故、制御装置は、新たに解放された処理リソースＲに対して、後にスケジューリングされた動作を再割り当ててもよい。

図４は、ある期間にわたって、かつ５つの処理リソースＲ₁−Ｒ₅に渡って割り当てられる動作O₁−O₁₀用スケジュールを示す。動作のいくつかは前回の動作からのデータを要求するので、その動作が完了してしまうまで開始できなく、これに対して他の動作は平行して実行可能である。多数の処理リソースに渡って動作をスケジューリングするためのスケジューラは技術的に知られている。一般的な従来のスケジューラは、その動作の最悪サイクルカウント、即ち処理リソースが動作を完了するために最悪の状況で実行しなければならない処理サイクルの数に基づいて動作をスケジューリングする。このことから、動作の最大実行時間が何であるかを決定でき、そしてこれはこのとき他の要求される動作に接近して動作をスケジューリングするために使用される。しかしながら、動作はその最悪サイクルカウントを要求しないで、早く終了することが多い。ダイナミックスケジューラは、動作が早めに終了することがある事実を考慮してスケジュールをダイナミックに変更でき、恐らく後でスケジューリングされた動作を早く開始する。このようなダイナミックスケジューラも技術的に知られている。

制御装置１は、処理装置が行うことになっている動作毎に制御ブロック即ちレコード１６を含む動作制御ブロックデータ構造１５も備えている。各動作のレコード１６は、その動作の最悪サイクルカウントを含む動作に関連づけられた多数のパラメータ、リソース識別子（Ｒ₁−Ｒ_n）、電圧周波数（ｖ−ｆ）プロファイル、及び好ましくは処理装置の動作の前回の実行に対応する実行時間統計値から成る。これらは、統計値が計算される前に値のフィルタリングを行うために使用できる過去の実行時間（実行時間０、実行時間１…）を含む。

制御装置は、動作の最悪サイクルカウントを超えるｖ−ｆを決定する電圧−周波数プロファイル計算器１７も備え、動作を実行するリソースＲのｖ−ｆ動作パラメータを制御するために使用される。量子化器１８はｖ−ｆプロファイル計算器１７の出力を、リソースＲに関連づけられた達成可能或いは実際のｖ−ｆ地点の１つに調整する。量子化器及びプロファイル計算は、単一ブロックにおいて、例えば２つの電圧設定だけが使用されているときに行える。このとき、動作に関連づけられた処理リソースＲのための量子化ｖ−ｆプロファイルは、動作の制御ブロック即ちレコード１６に書き込まれる。

動作毎のｖ−ｆプロファイルは、一般的にあるレベルで開始し、その後、必要ならば、図５に示すように動作の厳しいデッドラインが近づくに従ってこのレベルを増加する。これは、多くの場合に動作がその最悪サイクルカウントを要求しなく、ゆえに早く終了するという事実を利用する。最初にｖ−ｆを低く維持することにより、この低ｖ−ｆのみを用いて動作の多数の実行が行われ、それゆえにこの動作に関連づけられた平均電力消費が減少する。動作がその最悪サイクルカウント、又はこれに近いサイクルカウントを要求している場合には、動作がそのデッドラインまでに終了されることを確実にするためにｖ−ｆが増加される。

動作毎のｖ−ｆプロファイルは、その動作に関する履歴実行統計値により影響される。例えば、動作が平均実行時間、或いは低標準偏差を持つサイクルカウントを有する場合、即ち、大した変動がない場合には、初期ｖ−ｆレベルは、平均実行時間が厳しいデッドラインに近いこの低ｖ−ｆに達するように低く設定できる。その後、動作がサイクルカウントの平均数以上を要求するときに、動作がそれらの実行のための厳しいデッドラインより前に終了することを確実にするためにｖ−ｆレベルはかなり高くできる。高い標準偏差を持つ動作に対して、即ち動作時間に多くの偏差があるとき、すべての実行状態のための厳しいデッドラインより前に動作が終了することを確実にするためにｖ−ｆレベルは、初期にはより高くなっている。図６は、３つの標準偏差値、平均実行サイクルカウント５００及び３０から１００００までの間で変化する標準偏差に対する繰り返し周期対繰り返し数を示す。最終的に、計算はサイクルカウントに基づくが、実行時間からサイクルカウントへ変換でき、同様に、ターボデコーダの反復数の平均値及び偏差のような、等価サイクルカウント統計値にマッピングできるより高レベルのメトリックによっても変換できる。

ダイナミックスケジューラ１３は、図２で示されるように処理タイムテーブル１１及び１４へ書き込む動作又はタスク毎に、適切な動作の制御ブロック１６からｖ−ｆプロファイルを検索するよう設けることができる。或いは、ダイナミックスケジューラ１３は、動作の最悪サイクル、平均カウント、デッドライン、及びこれらから派生する図３に示されるような電圧−周波数プロファイルのようなパラメータを検索してもよい。

動作は図４を参照してすでに述べたようにスケジューリングされる。即ち、動作実行時間は同じであるが、動作を行うリソースＲが動作の実行中にｖ−ｆプロファイルに従って動作するように付加的ｖ−ｆ制御が処理タイムテーブルに追加される。従って、動作の全体の実行時間は影響されないが、そのｖ−ｆレベルは決定されたｖ−ｆプロファイルに従って変化する。

各リソースＲは自己の供給電圧及びクロック周波数を持ち、制御装置はモジュール毎に電圧−周波数を設定する。各モジュールＲが別のクロックをオフに動作できるので、データプレーンへのインターフェースは非同期となり、更に、それは異なる動作電圧のバッファもしなければならない。

リソースＲは、通常、限定制御コードを持つ専門データ処理ブロックである。即ち、リソースＲはデータを受信し、処理して、送る。制御装置１は、いつ、どのように各リソースが動作するかを決定する。リソース間でのすべてのデータ転送はデータプレーンを介して行われる。すべての制御メッセージ及び測定報告は制御プレーンを介してなされる。データプレーンはリソースとしても考えられるので、その特性もデータバス制御装置を介して制御できる。例えば、そのｖ−ｆは特定のリソースＲと対話しているときに調整されてもよい。

各リソースは、制御装置１により動作を実行するよう指示されると、動作を実行する。制御プロセッサ内では、ディスパッチャが処理タイムテーブルを読み出し、リソースがデータを処理すると予想される直前に各リソースにメッセージを送信する。メッセージは構成情報と指令言語とを含む。この方法では、要求された機能を実現するため、リソースが静的にスケジューリングされてもよい。

リソースに送信できる指令の１つは、電圧−周波数指令である。この指令はそのリソースに対して供給電圧を設定し、動作周波数も設定する。リソースは、サイクルの実際の数をカウントするためのカウンタも備えている。この代わりに、リソースは、標準クロックをオフに動作するタイマを有していてもよい。これは動作が完了するのにどれだけの時間がかかるか、即ち実際の実行時間を計測するために使用される。完了すると、リソースは実行時間と動作ハンドルとをメッセージ内で制御装置に送信する。電圧−周波数ランピング自体によるだけでなく、動作が完了するために、動作が異なる数のサイクルをとることがあるためにサイクル動作時間は変化する。サイクルカウントの変化の理由には、要求される処理がボイスデコーダのようなデータに左右されること、リソースが別のリソースとデータバスを共有するので、第２のリソースがバスを使用している間ブロックされるおそれがあること、ターボデコーダの反復数がチャネル状態の変化の結果として変化しうるなどの外部状態の変化の結果、システムがリソースにより実現される処理をダイナミックに修正する可能性があることが含まれる。制御装置１は、電圧−周波数ランプが何であったかの知識を用いて実際の実行時間から実際のサイクルカウントを計算する。実行時間を測定する代わりに、リソース内のカウンタを使用して直接サイクルの数をカウントしてもよい。

制御装置１は、各動作の終了時に、各リソースによって送信された実行時間／回数を、それぞれの動作制御ブロックデータレコード１６に記憶する。動作制御ブロック１５は、最悪サイクルカウント及びフレーム期間に関する開始時間によって初期化される。即ち最も速い動作が他の動作からのデータの利用可能性及び動作が行われるときの関連タイミングデッドラインにより開始できる。この動作の統計値が設計時に知られている場合には、平均サイクルカウント及び標準偏差もまた初期化時に設定されてもよい。この場合、実際の実行時間が要求されておらず、更に関連タイミングデッドラインが変化するときにのみ電圧−周波数プロファイルが計算される必要があることを示すフラグが設定される。制御装置１は、各動作制御ブロックの記録１６のための平均サイクルカウントや標準偏差のような統計値を更新するための統計値計算器１９を含む。

統計リソーススケジューリングが変化するか、或いは任意の動作のための電圧−周波数プロファイルが変化するとき、処理タイムテーブル１１及び１４内のメッセージは、電圧−周波数のための正しい値によって更新される。新しい電圧−周波数プロファイルを計算するための膨大な時間の費を避けるため、更新は、比較的まれな間隔、例えばフレームの終端で行うだけである。

動作の実行中に電圧−周波数を増やすことにより、動作がその平均サイクルカウント未満であるが、最悪サイクルカウントが生じれば、そのデッドラインに達していれば、電力消費は減少する。これは、理想的には、特に、それらが再構成可能に設計されている場合にワイヤレス無線機（ソフトウェア無線機）のような厳格リアルタイムアプリケーションに適する。

図７を参照すると、制御装置１の動作のフローチャートが示される。ダイナミックスケジューラ１３は、１組の要求された動作及びそのタイミング制約とを含む動作間のデータフローの定義を構成管理モジュールから受信する。例えばＳＤＲ端末では、この定義はＧＳＭ内でセルラ通話を受信することに対応する。ＧＳＭ信号の受信及び送信を達成するよう要求された動作は、その後スケジューラ１３にダウンロードされる。スケジューラ１３は、図４で図示されたように動作を分割し、これらを適切な時間に異なる処理リソースＲへ割り当てることによって、初期スケジュールを決定する。スケジューラ１３はその後、動作毎に適切な動作制御ブロック１６からｖ−ｆプロファイルデータを読み出し、適切な制御メッセージをシャドウ処理タイムテーブル１４に書き込む。（絶対時間の）適切な地点で、このメッセージはアクティブな処理タイムテーブル１１にロードされ、ディスパッチャ１０によって適切なリソースＲに転送される。

リソースＲによる動作が完了すると、完了メッセージが制御装置１に送信される。このメッセージには、動作のための実行時間及び／又は実行サイクルカウントが含まれる。この情報は適切な制御ブロック１６に転送され、ここで動作に関して記憶されている統計情報に追加される。スケジューラ１３は動作終了時間も監視し、完了動作が早く終了した場合には、後の動作をダイナミックに再スケジューリングすることができる。

動作毎のｖ−ｆプロファイルは、動作ブロック１６に記憶されている統計実行時間データから計算され、リソースＲのための実際のｖ−ｆ地点に量子化され、その後、その動作のために動作ブロック１６に記憶される（又はダイナミックスケジューラへ直接送られる）。ｖ−ｆプロファイルは、統計データが上昇するにつれて定期的に更新される。

処理タイムテーブルは、好ましくは以下のように更新される。
ａ．動作を要求するすべてのメッセージを発見
ｂ．この動作に関連づけられたすべての古い電圧−周波数指令をリストから除去
ｃ．新しい電圧−周波数設定を用いて、新しい電圧−周波数指令をリストに追加。

或いは、いくつかのリソースは、電圧−周波数設定を内部的に自己修正できてもよい。よって、そのようなケースでは、リソースに送信される構成メッセージは、１組の電圧−周波数値とそれらの関連づけられた相関タイミングとを含む。従って、これらの値が変更されるときには、構成指令だけを修正する必要がある。

この方式の更なる拡張のために、図３（システム１及び２）で示されるように、１以上の処理タイムテーブル１１（及び関連づけられたシャドウ１４）が使用される。各タイムテーブルは、異なる時間ベース及びフレーム同期から実行する。これは、ＧＳＭやＵＭＴＳのような２つのシステムが同一のプラットフォーム上で実施されているときに使用できる。このようなシステムでは、２つのフレーム同期時間が異なり、互いに位相を異にしており、多数のタイムテーブルを用いなく共通点が非常に高く、そのためタイムテーブルが非常に長くなる。これは、リソース上の各動作に対して更に拡張でき、或いは複数の動作を持つ各リソースは自己のタイムテーブル、ｖ−ｆプロファイル、計算器などを持つ。これによりタイムテーブルへのアクセスが簡単になる。２つのシステム（ＧＳＭ及びＵＭＴＳ）間のリソース（例えばデータバス）のオーバーラッピングは可能だが、異なる時間ベースのためにスケジューリングは難しくなる。即ち、スケジューリングは、それを非常に大きくする公倍数を見つけなければならない。

代替構成では、動作を実行するために別の電圧プロファイル又は周波数プロファイルが計算されるように、電圧又は周波数のうちの１つのみが調整されてもよい。例えば、動作が特定時間で完了するように周波数が設定されてもよく、これが、スケジューラを簡単にし、リソース要求を減少するかもしれない。例えば出力データが動作の最後にグローバルメモリに書き込まれるだけであり、その後すぐに別の動作によって読み出され、これによってＲＡＭを解放する。

更なる実施形態では、動作に対する周波数及び電圧プロファイルを決定するより洗練された方法が提供される。実際の通信システムでは、動作に対するサイクルカウントは、ガウス分布のような標準分布を用いてモデル化することは難しいだろう。このことは、平均又は標準偏差のような単純なメトリックを用いてそのようなサイクルカウント分布を表現又は特徴づけすることが常に容易とは限らないことを意味する。実際のサイクルカウント分布を決定する多くの予測不可能なファクタが存在するので、非標準モデルが必要かもしれない。

サイクルカウントは、完全なシステムの構成の関数であるのみならず、これが処理するデータやチャネル環境のような外部パラメータの関数でもある。再構成可能なシステムでは、ターボデコーダのような動作は、共有リソース（例えば、共通データバス）を使用してその動作を完了する必要がある。その構成が予測できないので、共有リソースの他のユーザの数を予め決定できず、従って、リソースを取得する際の遅延は非決定的であり、よって動作サイクルカウントを正確に予測することはできない。より複雑な動作（例えば、ボコーダ）は、受信した実際のデータに従って異なる関数を実行する内部分岐指令を有し、これにより完了前に可変数のサイクルを実行し、更に予測不可能な方法で共有リソースにアクセスし、その結果として、他のリソースに関するサイクルカウントに変化をもたらす。

更に、ターボデコーダ又はＭＩＭＯ空間時間コードのような多くの動作が、チャネル環境のタイプ（例えば、ターボ反復の数やＭＩＭＯシステム内のアンテナの数）に従って、複雑に増加又は減少できる。この複雑な変化が、そのブロックそしてまた共有リソースアクセスのパターン又はプロファイルに対するサイクルカウントに影響を与えるのは明らかである。このような変化は、サイクルカウントがモデル化するのを困難にし、それゆえ適切な電圧プロファイルの決定が非常に複雑になる。

フラヴィウス・グライアンの“確率的なデータ及びＤＶＳプロセッサを用いた低エネルギーのための厳格リアルタイムスケジューリング”ＩＳＬＰＥＤ‘０１、２００１年８月２〜７日、は、可変サイクルカウントを持つが厳格なデッドラインを有するタスクのための電圧プロファイルを決定する方法を説明している。プロファイルは、ワイヤレス信号を復号するというような特定のタスクを実行する際の現時のサイクルカウントでリソースを処理する可変電圧を動作するための電圧レベルを提供する。プロファイルは、多くの異なる時間で同一のタスクを実行するために必要なサイクルカウントの数に関する履歴情報から決定される。電圧プロファイルに従ってリソースを動作する目的は、平均的にタスクを実行する際のリソースによる電力消費を最小にすることである。

図７は、タスクに対する確率密度関数（ＰＤＦ）としても知られる、タスクに対するサイクルカウント分布を示す。稀な状況では、タスクには最小C_min又は最大C_max数のサイクルがかかるが、多くの場合、タスクはこれら２つの極限の間の多くのサイクルの中で完了する。実際の分布は特定のタスクに左右され、例えば、ワイヤレス通信システムにおけるチャネル状態が変化するにつれ、時間の経過と共によく変化する。示されている例では、多くの場合タスクが最大サイクル数の半分未満で完了することが分かる。この分布が非標準的であることも分かる。

グライアンによると、全体電力消費を最小化にする一方で、（C_maxの場合でさえ）厳しいデッドラインに常に適合することを確実にする電圧プロファイルが、次式から計算できる。

ここでK_yはサイクルy毎のサイクル周期であり、Aはタイミングデッドラインであり、CDF_yはyに対する（ＰＤＦの積分による）累積分布関数、即ち動作がサイクルyの前に終了する確率である。

このように、サイクルy毎の理想的なサイクル周期k_yが計算できる。その結果として、サイクルy毎の理想的な動作周波数f_yが提供される。そしてサイクルy毎の理想的な動作電圧v_yが決定されて、図８に示すような理想的な電圧プロファイルを提供できる。動作周波数と動作電圧の関係は使用されるハードウェアに左右される。

各サイクル周期値k_yは最大値であり、より小さなクロック周期でも要求されるタイミングデッドラインを達成するが、動作電圧を増やす必要があるので電力効率はより小さい。供給電圧を減らしてその結果電力消費を低減することができるので、理想的にはクロック周期を最大にすることが望まれる。最小供給電圧とクロック周期の関係はシリコン技術の関数であるが、次式を用いて推定できる。

ここで、V_DDは供給電圧であり、V_th，α，及びCは技術的な制約である。A. P. Chandrakasan, R. W. Broderson, Minimizing Power Consumption in Digital CMOS Circuits, Proc of IEEE, VOL. 83, No. 4, 1995年4月を参照する。

実際には、クロック周期が計算されると、供給電圧が数学的に計算されるか、或いは例えば製造業者により提供されるルックアップテーブルを用いて計算される。ルックアップテーブルを用いることによって、正確な動作電圧が一定範囲の電圧に限定される。実際のシステムではこのことは重要である。なぜなら、最大及び最小動作電圧に限界が存在するからである。更に、この電圧を回路が確認されてしまった１セットの電圧に量子化することも必要となるかもしれない。

確実に動作電圧が常にクロック周波数をサポートするようにするために、電圧をより高い値に量子化する必要がある。

グライアンを用いた上述の理想的な周波数（及び電圧）プロファイルに伴う課題は、サイクルカウント毎に平方根計算に対する条件が与えられている場合に、この等式を実際のシステムで実現するのは難しいという点にある。実行するには難しい、即ち膨大な計算を必要とするタスクのパフォーマンスにわたって電圧が連続的に修正する必要があることを知ることができる。

V_max，V_mid，及びV_minの３つのレベルを用いる図１０で示されるように、固定数の電圧レベル又は位相に電圧プロファイルを「量子化」することによって、より簡単な実施が行える。タスクが最小サイクル数近くで完了する場合、最低電圧レベルV_minのみが必要とされる。その後、特定のサイクルカウントまで、中間電圧レベルV_midでタスクが継続する。最後に、タスクがまだ終了していない場合には、処理リソースは最大電圧レベルV_maxで実行して、C_maxで示される厳しいデッドラインまでに確実に動作が終了するようにする。

量子化された電圧プロファイルは実際のシステムにて実現するにははるかに簡単であり、好ましくは電圧レベルが少ないほどより良くなる。これは、実際には、電圧及び周波数の段階的変化が同時には起こり得なく、よって電圧が周波数よりも前にセットアップしなければならないためである。この期間は非効率であるので、電圧段階（遷移）の数は減少されなければならない。

図１０の量子化された電圧プロファイルは、図９に示されるようなサイクルカウント分布の簡略化、即ち量子化されたモデル（ＰＤＦ）を利用することによって達成される。特定のＰＤＦメトリックを用いて簡略化にされたＰＤＦを特徴づけることによって、電圧プロファイルの計算を大幅に単純化できる。

本実施形態では、これらのメトリックはある範囲であるか、又は２つの限界C_low及びC_highであり、この範囲内又はこれらの限界の間に全てのサイクルカウントの小数Ｐが存在しうる。より一般的には、特定の分布を十分正確に特徴づけるために、多くの範囲又は限界C₀-C_nが必要となるかもしれない。そのとき、サイクルカウントの各範囲は全てのサイクルカウントの小数P₀-P_n-1を持つ。図９の簡略化分布に戻ると、Ｐの実際の値は分布形状に従って変化するが、Ｐが90％から95%の間にあれば良好な結果が得られた。計算を更に簡単にするためには、電圧レベルV_minないしV_mid、及びV_midないしV_maxの間の遷移が、それぞれサイクルカウントの限界C_low及びC_highに対応する。電圧レベルは、例えば上述の式を用いて、プロファイルの各セクションのサイクル周期又は周波数から導かれる。これらのサイクル周期T_max，T_mid，T_minは、上述のk_yに対する式に基づいた次式のような簡略化式により求められる。

ここで、t_maxは最低電圧（V_min）に対するクロック周期であり、t_midは中間電圧（V_mid）に対するクロック周期であり、t_minは、最高電圧（V_max）に対するクロック周期である。

クロック周期が計算された後、各電圧遷移｛T₁，T₂｝に対する絶対時間が計算される。T₁及びT₂は、供給電圧がそれぞれV_mid及びV_maxへ切り換えられた場合に動作が開始した後の時間に対応する。
T₁ = C_low * T_max
T₂ = C_low * T_max+T_avg*（C_high-C_low）

これらの式は、サイクル周期がどれ程小さくなってよいかについて何ら限定するものではないので、T_maxは技術的に規定される値に限定される必要があるかもしれない。この値が限定される場合、後続のサイクル周期は、補償するために減少されなければならない（即ち、これにより、最悪サイクルカウントが生じた場合でも確実に動作が時間通り完了するようになる）。t_mid及びt_maxを修正するためにスケーリングファクタ（K）が用いられ、次式のように定義される：

ここでT_dは、このときまでに動作が完了されるべきデッドラインであり、T_{MIN_CLK_PERIOD}は、技術又はハードウェアによって設定される最小クロック周期であり、T₂は、電圧がV_midからV_highへ切り替わる場合の動作の開始からのオフセットである。

修正されたサイクル周期が計算された後、これは供給電圧（即ち、サイクル周期をサポートする最小動作電圧）に変換される。電圧及びサイクル周期は、システム上の物理的制約に適合するように更に量子化しなければならないかもしれない。例えば、システムは、システムが設定されうる限定数の電圧周波数値しか持たないかもしれない。そのような場合、電圧周波数値は、動作デッドラインに間に合うように切り上げられなければならない。

C_low及びC_high値と同一の遷移時間を用いることによって計算が簡単にされたが、より一般的には、Ｎ個の位相を持つ量子化された電圧プロファイルも、以下の数学的処理によって示されるような異なる遷移時間又はカウントを用いて決定できる。

グライアンは必要なクロック周期とcdfとの関係を与える。

ここで、k_yはサイクルyに対するサイクル周期であり、Aはタイミングデッドラインであり、cdf_yはサイクルyに対する累積確率分布関数、即ち関数がy個未満のサイクルを用いて完了する確率（これはPDFを積分することによって、又は更に以下で説明される他の方法によって求めることができる）である。更に、WXは、完了するために関数によってかかる最悪サイクル数である。

最大サイクル周期は最低サイクル数（y=1，cdf₁=0）におけるものであり、cdfの関数であることを知ることができる。

cdfが図１１で示すような区分線形関数として描かれている場合、いくつの電圧段階が用いられるかに従って、kは多数の積分に分割できる。

各位相又はセクション（C₁-C₂，C₂-C₃，C₃-W）は、ある範囲のサイクルカウントに対応し、各位相に対して、回路は最適動作電圧／クロックの周波数／クロック周期を有する。理想的なシステムでは、クロック周期は徐々に増加するが、これは実際のシステムでは実現可能ではないので、位相毎に固定クロック周期が代わりに決定される。この固定時間周期（T_fixed）を導くために、特別な位相に対して理想的な電圧プロファイルを実行するのにかかる時間が計算される。この時間は位相で実行されるサイクル数によって導かれ、次式によって示されるような上限T_fixedを与える。

これはT_maxの式（式３）の一部分であり、C_cとC_bの間の積分の評価である。ここでpdfは、C_aとC_bの間で一定値P_abを持ち、C_cとC_bの間で一定値P_cbを持つ。L及びKはこの積分恒等式から導かれ、以下のように定義される。

代入して、次式を得る。

後項をT_maxに対する上記式［３］に代入すると、図１２で示すような３位相電圧プロファイルに対しては、

図１３に示されるような２位相プロファイルについては、

このとき、位相毎のT_fixedは、上記式［4］を用いて決定されうる。多くの異なる位相を実現するために必要な計算の概要が表１に示される。

位相毎にT_fixedが一度決定されると、各位相の開始が決定できる。各位相の開始はサイクルカウント値、即ち機能ブロックがステップスルーしたクロックサイクルの数によって規定される。機能ブロックの動作電圧は、各位相の開始で変更する必要がある。機能ブロックに電圧を変更することを命令するコマンドが主として行われれば、電圧コマンドのタイミング（t_i）が計算されなければならない。タイミングは、位相ｉに対する既知のサイクル周期（Tⁱ _fixed）を用いて計算され、この位相におけるサイクルの数（C_i+1−C_i）は以下のようになる。

上述のように、必要なクロック周期が利用可能な電圧範囲内で達成され得ないときには特別の事態が生じる。即ち、最大動作電圧が、より大きなクロック周期に対応する。この場合、その位相に対する動作電圧は最大電圧に設定され、それゆえ先の位相に対するクロック周期は、補償するために減少する必要がある。スケーリングファクタ（K）は、以下の式から導ける。

換言すれば、マップされた電圧に対する位相Ｉ（Ci->Ci+1）を実行するために必要な時間は、理想的な電圧より小さいか、又はこれと等しいものでなければならない。

ここで、Tⁱ _{fixed_v}は、電圧vにマッピングされた後のサイクル周期であり、Tⁱ _fixedは、電圧量子化前の理想的なサイクル周期である。

この式は、位相nに対するT_{fixed_v}を置き換えることによって、式１０及び１１から導かれる。先の位相は、補償するためにファクタKによってスケーリングする必要がある。Kは、位相nに対する電圧を固定した後に計算されなければならず、例えば位相１に下がる位相n-1に対して電圧を固定した後に再び計算されなければならない。しかしながら実際には、これは最後の位相に対してなされるのみである。

Kについて解くと、

先に概説したように、電圧プロファイルはサイクルカウントの分布を示すcdfを用いて計算される。cdfを求める方法には様々なものがある。

関数がよく特徴づけられているか、とても簡単な場合には、cdfは設計時点で分かる。この場合、電圧プロファイルも設計時点で計算できる。そうでなければ、サイクルカウント値は設計時点で計算され、電圧プロファイルは実行時点で例えば上述の動作電圧の式を用いて計算される。

あるケースでは、例えば正規分布のような分布のタイプを知ることができるが、平均及び標準偏差のようなパラメータは設計時点では分からない。この場合、パラメータはサイクルカウントに対する過去の履歴を用いて実行時点で計算されるか、又は予め規定されたパラメータのセットを有する所定の構成に基づいていてもよい。パラメータが計算されると、分布のタイプに対するルックアップテーブルとともに利用されて、必要なサイクルカウント値を計算する。このケースを実現する実施形態は以下で説明される。

分布が分からない場合、サイクルカウントの過去の履歴を見ることによって計算される必要がある。以下に説明される実施形態では、この計算は、ある範囲のサイクルカウントに関連するカウンタ（即ち、ビン）をインクリメントすることによってなされる。関数はこのビン内のサイクル数を使用する。ビンの数及びビンのサイズは可変である。ビンのサイズは統一されている必要はない。ビンが満たされるにつれ、電圧プロファイルの計算により用いられるサイクルカウント値を決定するために多くの技術が利用される。１つの例が以下の実施形態で与えられる。

実行時点で分布がダイナミックに計算される場合、開始状態（即ち、関数が実行を開始する前の状態）が規定される必要がある。この開始状態は分布の最適推測値に基づいていてよく、又は単に、例えばpdが0とWXの間では平坦であるというような最も一般的なケースであってもよい。

分布タイプが知られていない場合の電圧プロファイル計算器の実際の構成については、図１４及び１５で実施形態が示されている。図１４は、特定のタスクが完了する毎にサイクルカウントを受信する電圧プロファイル計算器のためのアーキテクチャを図示している。この計算器は、図３の統計計算器１９と類似した統計モジュール３０を備える。これは、動作が実行される毎にサイクルカウントを受信し、（例えば、図２又は３の制御レコード１６に）記憶する。この履歴情報から、メトリック（C_low，C_high，P）が提供され、ここから、電圧計算ブロック３１がプロファイルのセクションのサイクル周期T_max，T_mid，T_minを決定できる。これから、これら３つのセクションの対応する電圧レベルV_max，V_mid，V_minは、これらのレベルの間での切り換え時間T₁及びT₂とともに計算される。この情報は、処理リソースの電圧を制御するのに使用するために、電圧プロファイルデータ構造３２（図２及び３の制御レコードに対応していてもよい）に記憶される。次に、動作はこのリソースによって実行されることになる。これは図２に関して説明されるような第１の実施形態の処理タイムテーブル制御メッセージ機構を用いて実現されてよいが、他の機構が代替的に使用されてもよい。

一連のメモリ位置即ちビンはカウンタとして割り当てられ、各ビンはある範囲のサイクルカウントに対応している。新しい構成が実現されると、全てのビンはゼロにクリアされる。サイクルカウントが動作又はタスクから受け取られると、関連するビンにおける値が増加する。より多くの動作が実行されるにつれ、サイクルカウントのより良いプロファイルが作成される。各ビンに関連する範囲はサイズが異なるが、これが実行を簡単にするので、より一般的にはこれらは等しい。

このプロファイルが与えられると、ＰＤＦを特徴づける１セットのメトリックが計算される。この計算は、それぞれの新しいサイクルカウントに続いて、又はＮ個の新しいサイクルカウントの後になされてもよいし、或いは任意の所定の時間間隔でなされてもよい。多くのメトリックタイプ（例えば、正規分布の場合の平均及び標準偏差）が計算できるが、この構成では、受け取った全てのサイクルカウント（no_of_operations_executed）の少数（Ｐ）を含むある範囲のサイクルカウント｛C_low，C_high｝が計算される。

C_low及びC_highは、好ましくは、最高値（ピーク）を持つビンをまず見つけ、次に、P* no_of_operations_executedを含むビンの範囲が分かるまでこの最高値のいずれかの側のビンを見ることによって計算される。このアルゴリズムの詳細は、図１５及び表２で示される。

これらのメトリックは、図９で示されるような簡単にされたＰＤＦを特徴づける。これは実際の確率密度関数（ＰＤＦ）から導かれ、例えば図７に示すものと類似するものもある。これらのメトリックは、電圧プロファイルのより簡単な計算を考慮する。その結果、実現がより早くなる。図９及び図１０の例では、簡略化ＰＤＦ及び電圧プロファイルは３つの位相又はセクションに区切られているが、より複雑な方法は、すでに概説されたような多くの位相を用いてもよい。

クロック周期を計算するための好ましい式、及びこれから３つの位相に対する供給電圧が上記で与えられている。これらの式から、以下の動作の位相｛C<C_low、C_high>C>C_low、C>C_high｝に対応する３つのクロック周期（t_max，t_mid，t_min）を計算することができる。クロック周期が計算された後、各電圧遷移｛T₁，T₂｝に対する絶対時間が上述のように計算される。

与えられた式には、サイクル周期がどれほど小さくなってもよいかに関する限定がない。しかしながら、T_minは技術的に規定される値に限定される。T_minが限定された場合、処理サイクル周期は補償のために減少しなければならない。これにより、最悪サイクルカウントが生じる場合にも、動作が確実に時間通りに完了するようになる。上述のスケーリングファクタ（K）は、t_mid及びt_maxを修正するために使用される。より一般的には、スケーリングは全ての位相に適応する。最大電圧（最小サイクル周期）を持つ位相がまずテストされ、これにより全ての初期の位相が潜在的にスケーリングされる。スケーリング後の次に高い電圧を持つ位相がテストされ、必要に応じて、より早い位相が更にスケーリングされる。その後これは、全ての位相に対して繰り返される。

修正されたサイクル周期が計算された後、それらはサイクル周期をサポートする最小動作電圧である供給電圧に変換される。供給電圧、サイクル周期及び遷移時間（T₁、T₂）は、動作が次に実行されるときに使用するために、データ構造（例えば、修正された制御ブロックレコード）に記憶される。

電圧は更にシステム上の物理的制約に適合するように量子化される必要がある。システムは、システムが設定可能な限定された数の電圧−周波数値のみを有していてもよい。このような場合、電圧−周波数値は、確実に動作デッドラインに間に合うように切り上げられなければならない。

これらの処理は図１６の動作フローチャートで要約されている。サイクルカウントの履歴は、例えば図１５のビン方法によって、又は代替的におそらく製造業者によって提供されるであろう予め記憶されたサイクルカウント履歴によって決定される。図１６の実線部分のみを参照すると、多くの線形関数によってサイクルカウント履歴の分布（ＰＤＦ）を特徴づけるパラメータが決定される。これは、例えば図９の分布に対応し、例えばC_low、C_mid、及びC_maxのような様々なサイクル限界を含む。更に、ＣＤＦ関数は、ＰＤＦ関数を積分することによって、例えば必要な範囲内でサイクルカウントビンを積分又は累積することによって決定できる。

（簡略化）ＰＤＦを特徴づけるこれらのパラメータが一度決定されると、簡略化ＰＤＦの位相又はセクション毎にサイクルカウント周期T_fixedが、上述のように決定される。必要な任意のスケーリングも任意の量子化（図示せず）であるように実行される。位相又は段階変更のタイミングも決定される。

位相毎の周期又は周波数が上述のように電圧レベルに変換され、必要に応じて量子化される。

量子化された電圧（及び周波数）はプロファイルに記憶され、例えば、適切な電圧及び周波数動作点を持つリソースに制御指令を書き込むことによって、リソースを制御するために使用される。しかしながら、これは当業者に利用可能な他の方法で実現できる。

本実施形態のための１つの可能性あるアプリケーションは、それぞれ１つ以上の動作又はタスクを実行する固有の電圧制御を持つ１セットのＤＳＰに存在する。統計モジュール３０及び電圧プロファイル計算ブロック３１は、制御コードを構成するために最適化された汎用プロセッサ（制御プロセッサ）内に位置する。制御プロセッサは、その動作電圧及び周波数を設定するコマンドを各ＤＳＰに送信する。

別のアプリケーションは、再構成可能アレイ内の１セットの単純な処理素子に存している。各素子の動作電圧及び周波数が制御プロセッサによって設定される。

電圧プロファイル計算器を実現する実施形態が図１６について説明される。ここでは、分布のタイプは知られているが、特定の分布を定めるパラメータは知られていない。分布のタイプが未知の場合、履歴サイクルカウントデータが決定される。その後、図１６の破線部分のみを参照すると、平均及び標準偏差のような、（分布のタイプによって示される）既知のパラメータは、この統計データから計算される。これらは、多くの位相に対するサイクル周期T_fixedを計算するために使用される。これは前の式を使用して実現可能だが、所定の確率に対するサイクルカウントの範囲は、分布タイプ及びダイナミックに計算されたパラメータを使用することによって計算される。分布式は、ルックアップテーブルを用いることによって、又は直接この式を解くことによって計算できる。

分布のタイプが未知の場合、これらのサイクル周期は、上述のようにリソースを制御する際に使用するため動作電圧に変換される。

当業者は、上述の装置及び方法が、例えばディスク、ＣＤ−又はＤＶＤ−ＲＯＭ、読み出し専用メモリ（ファームファイア）のようなプログラムされたメモリのようなキャリア媒体上で、或いは光学又は電気信号キャリアのようなデータキャリア上で、プロセッサ制御コードとして具体化されてもよいことを認識するだろう。多くのアプリケーションのために、本発明の実施形態は、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、ＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）、又はＦＰＧＡ（書換え可能ゲートアレイ）上で実現される。従って、コードは、一般のプログラムコード即ちマイクロコード、或いは例えばＡＳＩＣ又はＦＰＧＡをセットアップ又は制御するためのコードを含めてもよい。コードは、再プログラム可能な論理ゲートアレイのような再構成可能な装置をダイナミックに構成するためのコードも含めてもよい。同様に、コードは、ヴェリログ（登録商標）又はＶＨＤＬ（高速集積回路ハードウェア記述言語）のようなハードウェア記述言語のためのコードを含めてもよい。当業者が認識するように、互いに通信する複数の結合されたコンポーネント間でコードが分配されてもよい。場合によっては、実施形態は、アナログハードウェアを構成するために、書換え可能（再プログラム可能）アナログアレイ又は同様なデバイス上で動くコードを使用して実現されてもよい。

当業者は、様々な実施形態及びその実施形態に関して記載された特定の特徴が、他の実施形態、又は一般的に上述の教示に従ってそれらの特に記載された特徴と自由に組み合わされてもよいことも認識するだろう。当業者は、添付の請求の範囲の範囲から逸脱することなく、記載された特定の例に対して様々な代替及び修正がなされてもよいことも認識することになる。
表１は、多数の位相のサイクル周期を決定する多数の計算を示す。

表２は、図１５のフローチャートに対応する実施形態で実行されるべき関数を示す。

図１は、処理装置のためのアーキテクチャの模式図である。 図２は、図１の処理装置のための制御装置の模式図である。 図３は、図２の制御装置により制御される各リソースのための制御装置の制御構造を示す模式図である。 図４は、多数の平行処理手段上で実行される様々な動作のタイミングを示すスケジューリングの図である。 図５ａは、動作のための電圧−周波数プロファイルを示す。 図５ｂは、動作のための電圧−周波数プロファイルを示す。 図６は、図２の制御装置の動作のフローチャートを示す。 図７は、処理リソースによる特定のタスクの処理のための確率密度対サイクルカウントの実際の分布である。 図８は、図７で示されるようなタスクの前回の反復におけるサイクルカウントの確率密度に基づいた、タスクに対するＤＶＳ処理リソースの理想的な電圧プロファイルである。 図９は、図７の簡単化された確率密度分布を示す。 図１０は、図９の分布に対応する簡単化された電圧プロファイルを示す。 図１１は、スーパーインポーズされ、対応するｃｄｆプロファイルを持つＮ位相ｐｄｆプロファイルを示す。 図１２は、３位相ｃｄｆプロファイルを示す。 図１３は、２位相ｃｄｆプロファイルを示す。 図１４は、ある実施形態にしたがった電圧プロファイル計算器のためのアーキテクチャを示す。 図１５は、図９の簡単化された確率密度分布を特徴づけるメトリックを決定する方法を図示する。

Claims (43)

1. 所定のタスク用処理リソースのための電圧及び／又は周波数プロファイルを決定する電圧−周波数プロファイル計算器において、
   前記リソースを用いて前記タスクを完了するためにサイクルカウントの分布を特徴づける多数のメトリックを決定する手段と、
   前記メトリックに従って次の前記タスクに対する電圧又は周波数プロファイルを決定する手段とを具備し、
   前記電圧又は周波数プロファイルは、その期間中それぞれ異なる電圧又は周波数関数を有する２つ以上の位相を有する、電圧−周波数プロファイル計算器。
2. 前記電圧又は周波数関数の１つ以上は、固定電圧又は周波数を示す線形関数である請求項１記載の計算器。
3. 前記メトリック決定手段は、前記分布のタイプ及び対応するメトリックタイプを決定する手段と、この分布タイプに基づいて前記サイクルカウントの分布から前記メトリックを計算する手段とを備える請求項１又は２のいずれか１項記載の計算器。
4. 前記分布はガウス分布であり、前記メトリックは平均及び標準偏差である請求項３記載の計算器。
5. 前記メトリック決定手段は、前記サイクルカウント分布に対応する簡略化分布を特徴づけ、前記簡略化分布から前記メトリックを決定する手段を備える請求項１記載の計算器。
6. 前記簡略化分布は、タスクの最大期間に及ぶ一連の線形関数である請求項５記載の計算器。
7. 前記メトリックは、各線形関数の確率の限界である請求項６記載の計算器。
8. 前記メトリックは、前記分布内の前記サイクルカウントの所定の割合を規定する下限及び上限を有する請求項７記載の計算器。
9. 前記分布メトリック決定手段は、前回の状況において前記リソースにより前記タスクを完了するために必要とされた前記サイクルカウントを記録する手段を備える請求項１ないし８のいずれか１項記載の計算器。
10. 前記分布メトリック決定手段は、所定のメトリックを受け取る手段を備える請求項１ないし８のいずれか１項記載の計算器。
11. 前記電圧プロファイル決定手段は、各前記位相に対するサイクル周期を計算する手段を備える請求項１ないし１０のいずれか１項記載の計算器。
12. 前記サイクル周期計算手段は、最大サイクル周期を決定する次式を利用する請求項１１記載の計算器：
    

    

    ここで
    

    
13. 前記サイクル周期計算手段は、他のサイクル周期を決定する次式を利用する請求項１２記載の計算器：
    

    
14. 前記電圧プロファイル決定手段は、スケーリングされていないサイクル周期が前記リソースによってサポートされていない場合に、前記サイクル周期をスケーリングする手段を備える請求項１１ないし１３のいずれか１項記載の計算器。
15. 前記サイクル周期をスケーリングする手段は、次式を利用する請求項１４記載の計算器：
    

    
16. 前記電圧プロファイル決定手段は、あるサイクル周期の位相から別の位相へ変化する時間を決定する手段を備える請求項１１ないし１５のいずれか１項記載の計算器。
17. あるサイクル周期の位相から別の位相へ変化する時間を決定する前記手段は、次式を利用する請求項１６記載の計算器：
    

    
18. 前記電圧プロファイル決定手段は、各前記位相に対する前記サイクル周期を各前記位相に対する電圧レベルに変換する手段を備える請求項１１ないし１７のいずれか１項記載の計算器。
19. 各前記位相に対する前記サイクル周期を各前記位相に対する電圧レベルに変換する前記手段は、次式を利用する請求項１７記載の計算器：
    

    
20. 前記プロファイルは３つの位相を有し、前記サイクル周期の計算は、以下の式に従って決定される請求項１ないし１９のいずれか１項記載の計算器：
    

    
21. 少なくともいくつかは制御可能な供給電圧及び／又は周波数を持つ複数の処理リソースを有する処理装置のための制御装置において、
    少なくともいくつかはそれまでに動作が行わなければならない所定のデッドラインを有する動作を前記リソース上でスケジューリングする手段と、
    請求項１ないし２０のいずれか１項に従って電圧又は周波数プロファイルを計算する手段と、
    前記スケジュール及び前記プロファイルに従って、リソースに前記動作を実行させる手段とを具備する制御装置。
22. 所定のタスク用処理リソースのための電圧又は周波数プロファイルを決定する方法において、
    前記リソースを用いて前記タスクを完了するサイクルカウントの分布を特徴づける多数のメトリックを決定し、
    前記メトリックに従って次の前記タスクのための電圧又は周波数プロファイルを決定することを含み、
    前記電圧又は周波数プロファイルは、それぞれがその期間中に異なる電圧又は周波数関数を持つ２つ以上の位相を備える、電圧及び／又は周波数プロファイル決定方法。
23. 前記電圧又は周波数関数の１つ以上は、固定電圧又は周波数を提供する線形関数である請求項２２記載の方法。
24. 前記メトリック決定は、前記分布のタイプと対応するメトリックタイプを決定すること、及び前記分布タイプに基づいて前記サイクルカウント分布から前記メトリックを計算することを含む請求項２２又は２３のいずれか１項記載の方法。
25. ガウス分布での分布及び前記メトリックは、前記平均及び標準偏差である請求項２４記載の方法。
26. 前記メトリック決定手段は、前記サイクルカウント分布に対応する簡略化分布を特徴づけ、前記簡略化分布から前記メトリックを決定する手段を備える請求項２２記載の方法。
27. 前記簡略化分布は、タスクの最大期間に及ぶ一連の線形関数である請求項２６記載の方法。
28. 前記メトリックは、各線形関数の確率の限界である請求項２７記載の方法。
29. 前記メトリックは、前記分布において前記サイクルカウントの所定の割合を規定する上限及び下限を備える請求項２８記載の方法。
30. 前記分布メトリック決定は、前回の状況において前記リソースにより前記タスクを完了するために必要とされた前記サイクルカウントを記録することを含む請求項２２ないし２９のいずれか１項記載の方法。
31. 前記分布メトリック決定は、所定のメトリックを受け取ることを含む請求項２２ないし２９のいずれか１項記載の方法。
32. 前記電圧プロファイル決定は、各前記位相に対するサイクル周期を計算することを含む請求項２２ないし３１のいずれか１項記載の方法。
33. 前記サイクル周期計算は、最大サイクル周期を決定する次式を利用する請求項３２記載の方法：
    

    

    ここで
    

    
34. 前記サイクル周期計算は、他のサイクル周期を決定する次式を利用する請求項３３記載の方法：
    

    
35. 前記電圧プロファイル決定は、スケーリングされていないサイクル周期が前記リソースによってサポートされていない場合に、前記サイクル周期をスケーリングすることを含む請求項３２ないし３４のいずれか１項記載の方法。
36. 前記サイクル周期スケーリングは、次式を利用する請求項３５記載の方法
    

    
37. 前記電圧プロファイル決定は、あるサイクル周期の位相から別の位相へ変化する時間を決定することを含む請求項３２ないし３６のいずれか１項記載の方法。
38. あるサイクル周期の位相から別の位相へ変化する時間決定は、次式を利用する請求項３７記載の方法：
    

    
39. 前記電圧プロファイル決定は、各前記位相に対する前記サイクル周期を各前記位相に対する電圧レベルに変換することを含む請求項３２ないし３８のいずれか１項記載の方法。
40. 各前記位相に対する前記サイクル周期を各前記位相に対する電圧レベルに変換することは、次式を利用する請求項３９記載の方法：
    

    
41. 前記プロファイルは３つの位相を有し、前記サイクル周期の計算は、次式に従って決定される請求項３２ないし４０のいずれか１項記載の方法：
    

    
42. 少なくともいくつかは制御可能な供給電圧及び／又は周波数を持つ複数の処理リソースを有する処理装置を制御する方法において、
    少なくともいくつかはそれまでに動作が行わなければならない所定のデッドラインを有する動作を前記リソース上でスケジューリングし、
    請求項２２ないし４１のいずれか１項に従って電圧又は周波数プロファイルを計算し、
    前記スケジュール及び前記プロファイルに従って、リソースに前記動作を実行させることを含む、方法。
43. 請求項２２ないし４１のいずれか１項記載の方法を実現するプロセッサコードを搬送する担体媒体。

Images