KR100975747B1

KR100975747B1 - Microprocessor system

Info

Publication number: KR100975747B1
Application number: KR1020080105244A
Authority: KR
Inventors: 정성우; 공준호; 최진항
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2010-08-12
Also published as: KR20100046414A

Abstract

본 발명은 마이크로 프로세서 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 응용프로그램의 특성을 고려한 최적의 DVFS(Dynamic Voltage Frequency Scaling) 레벨을 산출하여 적용함으로써 에너지/전력 소모와 성능을 효율적으로 관리할 수 있는 마이크로 프로세서 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a microprocessor system, and more particularly, a microprocessor capable of efficiently managing energy / power consumption and performance by calculating and applying an optimum Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) level in consideration of application characteristics. It's about the system.

마이크로 프로세서, 운영체제, DVFS, 에너지/전력, 성능 Microprocessors, Operating Systems, DVFS, Energy / Power, Performance

Description

Microprocessor System

마이크로 프로세서(Microprocessor)는 연산을 미리 확립된 순서에 의해 체계적으로 실행할 뿐만 아니라 컴퓨터의 각 장치에 제어 신호를 제공하는 제어장치를 1개의 작은 실리콘 칩에 집적시킨 초대규모 집적회로로 이루어진 처리장치를 말하고, 운영체제(Oprating system)과 함께 각종 프로그램의 실행 및 연산처리를 담당하는 마이크로 프로세서 시스템을 이룬다.Microprocessor refers to a processing unit consisting of super-scale integrated circuits in which a control unit which not only systematically executes operations in a predetermined order but also provides a control signal to each device of a computer is integrated in one small silicon chip. In addition to the operating system (Oprating system) to form a microprocessor system for the execution and processing of various programs.

일반적으로 마이크로 프로세서 시스템은 에너지/전력 소모를 최소화 하면서 성능을 향상시킬 수 있는 시스템 설계를 목적으로 한다.In general, microprocessor systems aim to design a system that can improve performance while minimizing energy / power consumption.

그러나, 반도체 기술의 발달로 하나의 마이크로 프로세서 칩안에 산술논리 연산기, 레지스터, 프로그램 카운터, 디코더 등 수많은 소자가 집적됨으로 인해 성능이 향상됨과 동시에 에너지/전력 소모가 증가하게 된다.However, due to the development of semiconductor technology, a large number of devices such as arithmetic logic calculators, registers, program counters, and decoders are integrated in a single microprocessor chip, and performance and energy / power consumption are increased.

즉, 마이크로 프로세서 시스템 설계에 있어서 에너지/전력과 성능의 관계는 비례관계로 성능을 높이기 위해서는 필연적으로 에너지/전력 소모가 많아지므로, 성능을 높이기 위해서는 에너지/전력 소모를 감수해야 하는 트레이드-오프(trade-off) 관계에 있다. In other words, in the design of the microprocessor system, the relationship between energy / power and performance is proportional, and thus, energy / power consumption is inevitably required to increase performance. Therefore, trade-off of energy / power consumption is required to increase performance. -off) relationship.

따라서, 마이크로 프로세서 시스템 설계시 에너지/전력 소모와 성능을 효율적으로 설계하기가 매우 어려운 문제가 있었다.Therefore, it is very difficult to efficiently design energy / power consumption and performance when designing a microprocessor system.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 마이크로 프로세서 시스템에 동적 전압 주파수 조절(Dynamic Voltage Frequency Scaling, 이하' DVFS 라고 함)기술을 이용하여 에너지/전력과 성능을 효율적으로 관리할 수 있는 마이크로 프로세서 시스템을 제공하는 데 있다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to efficiently manage energy / power and performance by using Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) technology in a microprocessor system. To provide a microprocessor system that can.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 마이크로 프로세서 시스템은 최적 DVFS 레벨을 산출하는 운영체제(Operating system)와 상기 운영체제에서 산출된 DVFS 레벨에 따라 응용 프로그램의 동작 주파수 또는 전압을 제어하는 마이크로 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a microprocessor system according to the present invention includes an operating system for calculating an optimal DVFS level and a microprocessor for controlling an operating frequency or voltage of an application program according to the DVFS level calculated by the operating system. It is characterized by including.

여기서, 상기 DVFS 레벨은 마이크로 프로세서 설계에 따라 결정되고, 구동 주파수 또는 전압 값의 범위를 다수개의 단계로 구분하여 설정되어 미리 저장된 것을 특징으로 한다.In this case, the DVFS level is determined according to the microprocessor design, and the driving frequency or voltage value is divided into a plurality of stages, and stored in advance.

그리고 상기 운영체제는 미리 설정된 DVFS 레벨 중 응용프로그램의 EDP 또는 ED²P를 계산하여 최소값이 되는 DVFS 레벨을 선택하는 DVFS레벨 산출모듈와 상기 산출된 DVFS 레벨과 응용프로그램 이름을 매핑하여 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.And said operating system including a memory for storing maps a predetermined DVFS DVFS level calculating modyulwa the calculated DVFS level for selecting the DVFS level which is the minimum value by calculating an EDP or ED ² P of the application of the level and the application name It is characterized by.

여기서, 상기 운영체제는 최초로 실행되는 응용프로그램에 대해서만 DVFS 레벨을 산출하여 상기 메모리에 저장하고, 이 후 실행되는 동일 응용프로그램에 대해서는 상기 저장소에 저장된 DVFS 레벨을 추출하여 프로그램을 실행함으로써 DVFS 레벨 산출에 따른 오버헤드를 감소시키는 것을 특징으로 한다.Here, the operating system calculates and stores the DVFS level in the memory only for the first application program to be executed first, and executes the program by extracting the DVFS level stored in the storage for the same application to be executed later. It is characterized by reducing the overhead.

그리고 상기 마이크로 프로세서는 상기 운영체제로부터 산출된 프로그램의 DVFS레벨에 따라 구동 주파수 또는 전압을 조절하는 DVFS 컨트롤러와 상기 DVFS 레벨과 응용프로그램의 프로세스 식별코드(Process ID) 또는 쓰레드 식별코드(Thread ID)를 매핑시켜 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.The microprocessor maps a DVFS controller, which adjusts a driving frequency or voltage according to the DVFS level of the program calculated from the operating system, to a process ID code or a thread ID code of an application program. It characterized in that it comprises a memory for storing.

본 발명에 따른 마이크로 프로세서 시스템은 응용프로그램의 특성에 따른 최적의 DVFS 레벨을 산출하여 모바일 환경이나 유비쿼터스 환경에서 에너지/전력 소모와 성능을 효율적으로 관리할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다. The microprocessor system according to the present invention has an excellent effect of efficiently managing energy / power consumption and performance in a mobile environment or a ubiquitous environment by calculating an optimal DVFS level according to the characteristics of an application program.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 프로세서 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a microprocessor system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 프로세서 시스템은 VFS 레벨을 산출하는 운영체제(Operating system, 20)와 상기 운영체제에서 산출된 DVFS 레벨에 따라 동작 주파수 또는 전압을 제어하는 마이크로 프로세서(10)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a microprocessor system according to the present invention includes an operating system 20 for calculating a VFS level and a microprocessor 10 for controlling an operating frequency or voltage according to a DVFS level calculated by the operating system. It is configured by.

여기서, 상기 운영체제와 마이크로 프로세서의 일반적인 기능 및 구성은 당업자에게 자명할 뿐만 아니라, 본 발명의 핵심에서 벗어나는 부분이므로 보다 구체적인 설명은 생략하고 본 발명의 특징인 DVFS 기능과 관련된 구성에 대해서만 설명하기로 한다.Here, the general functions and configurations of the operating system and the microprocessor will be apparent to those skilled in the art, and the detailed description will be omitted and only the configuration related to the DVFS function, which is a feature of the present invention, will be omitted since it is a part deviating from the core of the present invention. .

DVFS 기술은 프로세서(CPU)의 전력소모가 주파수에 비례하는 특징을 이용하여 프로세서의 동작 주파수를 줄임으로써 그에 비례하여 구동전압을 감소시키는 기술로서 시스템의 공급 전압과 클럭 주파수를 변경하여 마이크로 프로세서 및 그 주변 회로의 전력소모를 조절하는 기술이다.DVFS technology is a technology in which the power consumption of the processor (CPU) is proportional to the frequency and reduces the operating voltage of the processor, thereby reducing the driving voltage in proportion to the microprocessor and its frequency. This technology adjusts power consumption of peripheral circuits.

일반적으로 DVFS 기술은 마이크로 프로세서 설계에 널리 활용되는 기술이지만, 주로 심한 전력 소모 또는 온도 상승을 방지하기 위한 목적으로 활용되고 있으며 응용 프로그램의 특성을 고려하지 않을 경우 에너지/전력 소모와 성능 중 어느 하나의 큰 손실이 발생할 수 있으므로 에너지/전력 소모와 성능의 효율적인 관리를 위해서는 활용되지 못했다. In general, DVFS technology is widely used in microprocessor design, but it is mainly used to prevent severe power consumption or temperature rise, and one of energy / power consumption and performance should be considered without considering the characteristics of the application. Large losses can occur and are not utilized for efficient management of energy / power consumption and performance.

본 발명은 마이크로 프로세서와 운영체제간의 상호작용을 통해 응용프로그램의 특성에 따른 최적의 DVFS 레벨을 산출하여 에너지/전력 소모와 성능을 효율적으로 관리할 수 있다.The present invention can efficiently manage energy / power consumption and performance by calculating the optimal DVFS level according to the characteristics of the application through the interaction between the microprocessor and the operating system.

본 발명에 따른 마이크로 프로세서 시스템은 DVFS 제어를 위해 동작 주파수 또는 전압 값에 따라 다수 개의 단계로 구분된 미리 설정된 DVFS 레벨 값을 저장한다. 여기서, 상기 DVFS 레벨은 마이크로 프로세서 설계에 따라 달라질 수 있는 임의의 값으로, 상기 DVFS 레벨에 따른 동작 주파수 또는 전압 값에 따라 프로그램이 실행되어 전력소모가 조절된다. The microprocessor system according to the present invention stores preset DVFS level values divided into a plurality of stages according to operating frequency or voltage values for DVFS control. Here, the DVFS level is an arbitrary value that may vary according to the microprocessor design, and the program is executed according to the operating frequency or the voltage value according to the DVFS level to adjust power consumption.

상기 운영체제(20)는 미리 설정된 DVFS 레벨 중 응용프로그램의 EDP 또는 ED²P를 계산하여 최소값이 되는 DVFS 레벨을 선택하는 DVFS레벨 산출모듈(210)와 상기 산출된 DVFS 레벨과 응용프로그램 이름을 매핑하여 저장하는 메모리(220)를 포함하여 구성될 수 있다. The operating system 20 is to map a preset DVFS DVFS level calculating module 210 a and the calculated DVFS level for selecting the DVFS level which is the minimum value by calculating an EDP or ED ² P of the application of the level and the application name It may be configured to include a memory 220 for storing.

상기 운영체제의 DVFS 레벨 산출모듈(210)는 응용프로그램의 특성을 추출하기 위해 EDP 또는 ED²P를 사용하여 DVFS 레벨을 산출한다. The DVFS level calculation module 210 of the operating system calculates the DVFS level using EDP or ED ² P to extract the characteristics of the application program.

상기 EDP 또는 ED²P는 프로그램의 에너지 소모와 프로그램 실행시간을 곱해서 계산되고, 만일 에너지/전력 소모에 더 중점을 둔다면 EDP를 사용하고, 성능에 더 중점을 둔다면 ED²P를 사용한다. The EDP or ED ² P is calculated by multiplying the program's energy consumption by the program execution time, using EDP if more emphasis is placed on energy / power consumption, and ED ² P if focusing more on performance.

상기 프로그램의 에너지 소모 및 실행시간은 응용프로그램을 실행시키면 알 수 있으며, 응용프로그램을 처음부터 끝까지 다 실행시켜서 EDP 또는 ED²P를 산출하려면 시간이 오래 걸리므로 SimPoint와 같은 응용프로그램의 특성을 추출하는 프로그램을 이용하여 산출시간을 단축시킬 수 있다.The energy consumption and execution time of the program can be known by running the application, and it takes a long time to calculate the EDP or ED ² P by running the application from beginning to end. Therefore, the characteristics of the application such as SimPoint can be extracted. The calculation time can be shortened by using the program.

상기 DVFS 레벨 산출모듈(210)는 상기 DVFS 레벨 중 상기 EDP 또는 ED²P 값이 최소값이 나오는 DVFS 레벨을 최적의 DVFS 레벨로 산출한다.The DVFS level calculating module 210 calculates the level of the EDP DVFS or ED ² P values shown are the minimum value of the DVFS level to an optimal level DVFS.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 운영체제의 메모리의 구조를 도시한 것이다.2 illustrates a structure of a memory of an operating system according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 운영체제(20)는 상기 DVFS 레벨 산출모듈(210)에서 결정된 응용프로그램의 DVFS 레벨을 메모리(220)에 저장한다.Referring to FIG. 2, the operating system 20 stores the DVFS level of the application program determined by the DVFS level calculating module 210 in the memory 220.

보다 구체적으로, 상기 응용프로그램의 이름(Application name)과 결정된 DVFS 레벨을 매핑시켜 프로파일링 테이블(Profiling table) 형태로 메모리(220)에 저장한다. 여기서, 상기 메모리(220)에 프로세서 식별코드(Process ID) 또는 쓰레드 식별코드(Thread ID)가 아닌 응용프로그램의 이름을 저장하는 이유는 시스템이 재부팅될 때마다 응용프로그램의 프로세스 식별코드 또는 쓰레드 식별코드가 바뀌기 때문이다.More specifically, the application name is mapped to the determined DVFS level and stored in the memory 220 in the form of a profiling table. Here, the reason for storing the name of the application other than the processor ID code or the thread ID code in the memory 220 is the process identification code or the thread ID code of the application every time the system is rebooted. Because it changes.

그리고, 상기 프로파일링 테이블의 엔트리(entry)의 개수는 시스템마다 다르게 설정될 수 있으며, 동시에 실행되는 응용프로그램의 개수에 따라 유연하게 설정 이 가능하다.The number of entries in the profiling table can be set differently for each system, and can be flexibly set according to the number of applications executed at the same time.

이를 통해 한번 실행했던 응용 프로그램에 대해서 매번 실행할때마다 최적의 DVFS 레벨을 산출하는 오버헤드를 줄일 수 있으며, 한번 실행됐던 프로그램은 상기 메모리에서 해당 응용프로그램 이름에 매핑된 DVFS 레벨을 추출하여 실행할 수 있다.This reduces the overhead of calculating the optimal DVFS level every time for an application that has been executed once. A program that has been executed once can extract and execute the DVFS level mapped to the application name from the memory. .

그리고, 상기 마이크로 프로세서(10)는 상기 운영체제(20)로부터 산출된 응용 프로그램의 DVFS레벨에 따라 구동 주파수 또는 전압을 조절하는 DVFS 컨트롤러(110)와 상기 DVFS 레벨과 응용프로그램의 프로세스 식별코드(Process ID) 또는 쓰레드 식별코드(Thread ID)를 매핑시켜 저장하는 메모리(120)를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the microprocessor 10 is a DVFS controller 110 for adjusting the driving frequency or voltage according to the DVFS level of the application program calculated from the operating system 20 and the process identification code (Process ID) of the DVFS level and the application program. Or a memory 120 for mapping and storing a thread ID.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 프로세서의 메모리의 구조를 도시한 것이다.3 illustrates a structure of a memory of a microprocessor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 마이크로 프로세서의 메모리는 상기 DVFS 레벨과 응용프로그램의 프로세스 식별코드(Process ID) 또는 쓰레드 식별코드(Thread ID)를 매핑시킨 프로파일링 테이블(Profiling table) 형태로 정보를 저장하고, 시스템 부팅시 상기 운영체체의 메모리에 있는 각 응용프로그램별 DVFS 레벨을 불러오게 되고, 상기 마이크로 프로세서의 메모리의 정보와 컨텍스트 스위칭(Context switching)을 통해 매번 DVFS 레벨을 계산하는 오버헤드를 줄일 수 있다.Referring to FIG. 3, the memory of the microprocessor stores information in the form of a profiling table in which the DVFS level is mapped with a process ID or a thread ID of an application program. When the system is booted, the DVFS level of each application program in the operating system's memory is loaded, and the overhead of calculating the DVFS level every time through the memory information and context switching of the microprocessor can be reduced. .

여기서, 상기 프로파일링 테이블의 엔트리 갯수는 상기 운영체제의 프로파일링 테이블과 마찬가지로 시스템마다 다르게 설정할 수 있으며, 응용프로그램의 개수에 따라 유연하게 설정이 가능하다. Here, the number of entries in the profiling table can be set differently for each system like the profiling table of the operating system, and can be flexibly set according to the number of application programs.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, the protection scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and those skilled in the art will appreciate It will be understood that various modifications and changes can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 마이크로 프로세서 110 : DVFS 컨트롤러10: microprocessor 110: DVFS controller

120 : 메모리 20 : 운영체제120: memory 20: operating system

210 : DVFS 레벨 산출모듈 220 : 메모리210: DVFS level calculation module 220: memory

Claims

An operating system for calculating an optimal DVFS level;

In the microprocessor system comprising a microprocessor for controlling the operating frequency or voltage of the application program according to the DVFS level calculated by the operating system,

The operating system

Characterized in that it comprises a pre-set DVFS level of the application, EDP or ED memory for storing maps a program name with DVFS level calculating module and the DVFS level and eungyo calculating ² by calculating the P to select the DVFS level which is a minimum value Microprocessor system.

The method of claim 1,

The DVFS level is

The microprocessor system, which is determined according to the microprocessor design, is divided into a plurality of steps, and is stored in advance.

delete

The method of claim 1,

The operating system

The DVFS level is calculated and stored in the memory only for the first application to be executed, and the DVFS level stored in the storage is executed for the same application to be executed thereafter, thereby reducing the overhead of calculating the DVFS level. Microprocessor system, characterized in that.

An operating system for calculating an optimal DVFS level;

In the microprocessor system comprising a microprocessor for controlling the operating frequency or voltage of the application program in accordance with the DVFS level calculated by the operating system,

The microprocessor is

A DVFS controller for adjusting a driving frequency or voltage according to the DVFS level of the program calculated from the operating system;

And a memory for mapping and storing the DVFS level and a process ID or a thread ID of an application program.