TW470875B - Method and apparatus for dynamic power control of a low power processor - Google Patents

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470875 A7 B7 五、發明說明（ 發明背景 1 .範田壽 本發明説明處理器；且更明確地說明低功率處理器的動 態功率控制。 2 ·背景資訊 在欣入式處理器（例如像是微處理器）和其它的數位系統 中獲得重大的功率節省已逐漸成爲合人意的。其中一個原 因烏具有有限電池容量的行動電話和和其它掌上型可攜式 裝置其使用虽的增加。此外，隨著該技藝的演進，該等掌 上型裝置的計算能力也日益增多，且在該可預知的未來中 將繼續地增加。其最有可能將數位信號處理和通訊能力、 連同軟體應用（像是語音辨識）附加到該等裝置和系統中， 此可預測地利用和可能驅使該越來越多的計算需求。 ，在使用該等處理器的系統中，f電池電壓傾向高於成功 捸作所使用的一個特殊電壓等級時係尋常的，且因此 將電池所提供的電壓減低，像是經由一個電 電壓。另-個可提供-個較高電壓的原因爲對處理 微處理器）所作的新式高頻率㈣造處理，傾向料電 於用以構造其艺元件的該等處理。因A，該調整哭士 提供多個電壓輸出等級給該系統其不同 土地 孩等電池耗盡時，肖電壓輸出等級典型地二外’當 此在該點上亦使用電壓調整器在該整個 I# ’且因 -個實質上前後一致的操作電壓。近來二的辱命上提供 作之間提供切換能力之更複雜的 減低和增加操 1正m已成爲有效用的， 本紙張尺度適用中ϋπ準讓)A4規格⑽χ 297公[ 470875

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2 ) 且在該環境中可係有效益的。當該電池係相當新的或重新 將該電池充電時，則該一個調整器減低該電池電壓；且當 該電壓隨著時間減低至一個不足以適當操作該系統的等級 時’則该一個#1整器增加該電壓，藉以延伸該有效的電池 生存期。 如大豕所熱知的’功率消耗係以該下面的方程式與該電 壓供應的電壓等級相關聯的：P==c(Vdd)2F，其中F爲該操作 頻率，C爲该切換電容性，及v dd爲該電源電壓。如該方程 式所示，可藉降低該電源電壓的電壓等級以顯著地降低功 率。不幸的是，一個指定操作頻率]?其可獲得的該最大性能 亦如下與該電源電壓相關聯：Id(sat广(Vdd__vt)·，其中Id㈣爲該 飽和時的吸極電流，v dd爲該吸極_源極的電I，且v t爲該閥 電壓。•爲一個處理依存參數，其典型地採用2，但可在i 和2之間，且•在該技藝中具有大家所熟知的一般意義，包 括個金氧半導體（MOS)電晶體的寬度和長度參數。因此， 因系統係設計成以一個滿足其尖峰計算性能需求的電壓等 ?操作，&系統消耗相當多的功率，而當不需要該尖峰計 算能力時’該消耗的功率係無效益的。於該等系統中，典 型地藉“時計間，，節省功率。於該方法中，該裝置或系統其 不用的邵分使驅動該等部分的該等時計變成“關，，的。此藉 由將零頻率的時間幅度包括在該平均頻率中而降低該平均 頻率，以實質地降低該有效的操作頻率， 程式所示的-個線性改良。因此需要—種技藝改良該；: 功率裝置以減少其功率的消耗，&同時仍傳遞足夠的計算 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格—x 297公爱） --------1--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470875 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（3 ) 性能以完成該等合適的工作。 發明總結 簡短地說’ _個根據本發明一個體系的系統包括：一個 處理益，一個電壓調整器，及一個記憶體。該電壓調整器 與茲處理器耦合，以調整該處理器的操作電壓。該記憶體 藉由一個圮憶體匯流排與該處理器耦合。該記憶體將處理 器指令儲存其上，當該處理器執行該等處理器指令時，將 導致根據（至少部分根據）該處.理器其處理載入的動態變 更，修正茲處理器的操作頻率和調整該處理器的操作電 壓。 圖式簡單說明 於該規格的結論部分指出和確切地聲言有關本發明的主 遞内晷。然而，藉參考下面的詳述，同時研習該等伴隨的 圖示，可更佳地瞭解本發明其操作的結構和方法，連同本 發明的、目地、特性及優點其中： .圖1，爲一個概圖，例證説明根據本發明之一個系統的〆 個體系； 圖2，爲一個概圖，例證說明根據本發明之一個系統的另 一個體系； 圖J，爲一個概圖，例證説明根據本發明之一個系統的又 另一個體系； 圖4，爲一個概圖，例證說明根據本發明之一個系統其又 再另一個體系；

圖5，爲例證說明根據本發明的一個體系其F _相對於V 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 dd I --------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470875 —_ 五、發明說明（4 ) " —- 的—個圖示； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :6馬—個略圖’例證說明-種用以提高和降低根據本 A月又一個體系其電壓和頻率之方法； =7馬一個略圖，例證説明另一種用以提高和降低根據 天明之一個體系其電壓和頻率之方法。 發明詳述 下面的詳述中，將1佈特殊的明細，以對本發明提供 :個,f的瞭解。然而，對那些熟知此相關技藝的人來 ^ 知τ、知可在该特殊的明細範圍之外實行本發明。於其 匕的事例中，未詳細地説明大家所熟知的方法、程序、元 件和電路，以免混淆本發明。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如先則所討論，行動電話和其它的掌上型可攜式裝置（例 爷像疋一個個人數位助理或一個全域定位系統（Gps)接收器） /、型地具有有限的電池容量，使得功率的節省特別優良。 例如，裝置或系統中所使用之該等重約不過數磅的電池， 典型地具有有限的能力。同樣地，已傾向增加該等裝置的 々异邊力。使用該增加的計算能力可導致消耗重大的功率 和/或消耗顯著的額外功率。然而，在使用一個掌上型裝置 時’並不會在使用该裝置的整段期間中均一致地要求其傳 遞尖峰性能。例如，該等裝置有時可在—種要求計算能力 相當少的模式下操作，例如像是處理鍵盤輸出入（像是按 鍵）。同樣地，如先前所示，更複雜的電壓調整器將成爲有 效可用的，特別是以一種積體電路的形式或和其它電路一 起編入在一個積體電路晶片上的形式之調整器。該等調整 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） Α7 Β7 470875 五、發明說明Γ 器可包括將-個特殊 減低或增加之能力。4、& 疋個娜^里器）的該操作電g 高於或低於該電池兩厭此力提供誤機會，有效地提供該筹 電池的生存期或如〈合通的電壓，藉以有效地加長讀 提供該能力、以至#丨、A $包又間的時間。更明確地說，可 地供應該合適的電I j刀根據處理态能力利用的變更動態 可取的，像是當在#1、及，且同時該等電壓等級因此而為 時。 在琢特殊時間執行-個特殊的計算工作 如先前所示，功率洁 器的操作頻率相關聯的，且：種：性的方式與-個處理 處理器的操作電壓等彡 =千万法則的關係與該 像是-個處理器)：計 -種技藝、允許—個：：：*高或相當低時’則可使用 如電壓)以改良和減少J率 =，= )和平方法則(例 型裝置可利用切換的功率規二：明也說，-個掌上 程式化的。當使用兮方二 使孩輪出電壓等級為可 ^ ^ 茨万去時，則可藉執行該等處理器指 、’而由减理崙本身控制例如該處理器的操作電壓，並 因此控制該功率消耗。除了該處理器的操作電壓等級之 外’亦可以-種動態和要求下的方式控制該處理器的操作 頻率。就此而論，則該名詞“該處理器其處理載入的變更，， 意指處理載入其測量或預測的變更，其中該等測量或預測 的變更可能對該處理器的功率消耗和/或性能有一個相當充 分的影響，致使該等操作頻率的修正或該等操作電壓的調 整為可取的。於一個特殊的體系中，雖然未將本發明限制 -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)H^格（21〇 X 297 ^ . --------tr---------&# (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 470875 A7 五、發明說明（6 在該範’内’但當該處理器正在執行該等處理器指令時， 該等處理器指令可判定一個計算上密集的工作正要開始或 即將開始。例如，一個應用的可執行碼可包括該作業系統 (〇s)‘‘載入器’’的資訊，就此而論，該〇 s的該部分將新的應 用程式放入記憶體中，並由該處理器開始操作該等新的應 用程式，以便孩載入器可執行一個副常式，其中該副常式 增加或減少藏系統的功率和頻率狀態，以和設計给該應用 的性能等級相匹配。於該事例中，可由該應用程式設計師 經由數種裝置判定設計給該應用的該頻率是否正確地執 行，並將忒頻率儲存成該程式的一部分。選擇性地，該應 用可呼叫一個預先決定的副常式或〇S服務，以直接亦或經 由該0 S增加或減少該功率和頻率本身。該後者可提供一個 優勢，因纟可對該系統提供保護，使該系统免於錯誤的應 用或免於同時執行一個以上的應用。注意，於該一種事例 中，當多個應用正在執行時，該0 s可判定該性能需求的總 和，並正確地傳遞該總和的功率和頻率。當然，此僅爲如 何可完成此的一個範例，且未將本發明限制在任何特殊的 方法上。因此，於一個體系中，執行該等指令可導致例如 設足特殊暫存器内的二進位數位信號或的位元以控制該操 作頻率和該操作電壓等級，如是允許對該等在計算上不是 特別被集的工作減少其功率的消耗，但同時仍傳遞該合適 的高計算性能。於該特殊的體系中，當已由該處理器完成 該計算上密集的工作時，則該等正在執行、且又控制該處 理益其作業頻率和認作業電壓等級的處理器指令，可接著 -9 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------- —訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 470875 A7 B7 五、發明說明（7 藉設定二進位數位信號或位元將功 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :=。於—個特殊的體"，又雖未 在4蜂内，但可允許驅動該處理 月限亲 於稍後成爲更明確的），如是f+ 挺作（米 J如疋允泮孩處理器在該等雷厭/也 率變更之後、隨即成功地執彳^ 坠/喪 相當多的功率。 化丁處理…，但同時仍“ 圖1爲；個概圖’例證説明根據本發明之_個系統的—個 體系。當然’如先前户斤千 i 3夕士欠 』斤不未知本發明的範疇限制在該特 殊的體系上，且將於下文中作承沒含 、， r又甲作更砰盡的說明。圖丨中所示的 體系100仍包括一個處理器11〇 (像是一個微處理器）、一個 «調整器12〇及一個記憶體13〇。如例證説明，記憶體⑶ 經由一個圮憶體匯流排U〇與處理器丨1〇耦合。此外，經由 一個電池150將功率供應给該系統，雖然將確實地察知該一 種系統典型地係未提供電池15〇的，因傳統上可自各種來源 中獲得電池。此外，例如亦可將根據本發明之一個系統其 某些體系的特殊元件各別地提供或銷售，以於稍後併入一 個系統中，但仍落在本發明的範疇内。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 於該特殊的體系中，電壓調整器12〇與處理器u〇耦合， 以调整處理器1 1 〇在圖1中的該操作電壓V此。於該體系中， 此係根據（或至少部分根據）提供給該電壓調整器的二進位 數位信號而發生的，將於下作更詳盡的說明。如圖1中所炉 證説明的，經由一個控制字元提供該等二進位數位信號， 其中在該特殊的體系中係將該控制字元載入控制暫存器12 中的。記憶體1 3 0，例如可包括一個動態隨機存取記憶帶 -10 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（2l〇x 297公釐） 470875 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ____ B7 _ 五、發明說明（8 ) (DRAM)，其儲存了處理器指令，當處理器n〇執行該等處 理咨指令時’將導致根據（至少邵分根據）該處理器其處理 載入的動態變更、修正處理器110的操作頻率和調整處理器 110的操作頻率。 於該特殊的體系中’微處理器110經由一個控制匿流排 160將一個控制字元提供給電壓調整器1 2 〇，又雖然未將本 發明限制在该範蜂内。於該特殊的體系中，該“控制暫存 器’’仍可爲“記憶體映射的”。更明確的説，一個或多個選取 t或指足之未與兒憶體130内任何實際記憶體位置相對應的 可定址記憶體位置，可作用或操作如記憶體13〇的一部^。 即將顯見當該處理器讀取或寫入該選取之記憶體位址位置 或記憶體位址位置時，則該處理器定址該控制暫存器。於 該一個體系中，電壓調整器120可藉由一個記憶體匯流排 140與位在記憶體130中的該控制暫存器耦合（圖i中未顯 示）。因此，對該等選取之或指定之位置作一個窝入操作可 表示該控制暫存器的-個變更。又當然未將本發明的範轉 限制在該體系上，例如該電壓調整器控制電壓可相對應至 -個輸出入(I/O)埠，而非相對應至—個記憶體位置上。 於該特殊的體系中，可根據適合於即時完成該特殊微處 理器應用的該頻率設定該等控制暫存器的二進位數位信 唬，以凋整％壓凋整斋1 20傳遞給微處理器丨丨〇的該電壓等 級。如疋，於咸-個體系巾，儲存在記憶體上且由處理 器no執行的該等處理器指令可存取—個特殊工作的計算強 度或處理載入，並如是調整控制暫存器i25的該等位元。因 -11 - 本紙張尺度_巾_家標準(CN^4^ (210 x 2971^7 ---------:-- I------訂-------— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470875 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（9 ) 此，於該特殊的體系中，電壓調整器12〇爲可程式化的。如 圖1中所例證説明的，記憶體130、微處理器110及電壓調整 益120係各個在各別的積體電路晶片上，雖然未將本發明限 制在該範疇内。此外，系統100可包括該等一大部分欲由該 械處理益執行之工作的一個宣稱操作電壓。電壓調整器1 與處理器11〇耦合，且在該體系中，電壓調整器12〇能夠根 據（至少部分根據）提供給電壓調整器u〇的該等二進位數位 信號（像是在該特殊體系中提供給控制暫存器12〇的該等二 進位數位信號）、將處理器110的操作電壓自該宣稱的操作 電壓向上和/或向下調整。例如，工作可在一個從計算上密 本的到计异上不备集的連續統上。於該連續統的一個終點 上’語f辨識可能爲一個計算上密集工作的一個範例，且 於孩其它的終點上，鍵盤輸出入（像是按鍵）可能爲一個計 算上不密集工作的一個範例。同樣地，一個在該等兩種極 端之間的工作的一個範例，其中可使用一個宣稱操作電 壓，可能包括執行網路操作。當然，僅提供該等工作作爲 範例，且未將本發明限制在該等工作上或該連續統上，亦 未將本發明全然限制在使用一個連續統上。如先前所示， 於一個體系中，可將該等二進位數位信號寫至一個或多個 選取之或指定之已映射到該控制暫存器中的記憶體位置位 址。 於一個體系中，又雖然未將本發明限制在範疇内，但記 憶fa 1J 0已將處理备指令儲存其上，當處理器11 〇執行該等 處理备指令時，則將在電壓調整器i20調整該處理器的操作 -12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------：—--------訂—------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470875 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1〇 電壓之別、使該處理器處於睡眠模式下。於該體系中，使 該微處理器處於睡眠模式下包括：完成目前的操作；停止 該等内邵的時計；及停止該微處理器相鎖迴路（pLL)或類似 的電路。一旦發生此，則如先前所示，該處理器正在處理 的該等處理器指令可將二進位數位信號提供給一個控制暫 存咨（像是控制暫存器125)，而導致電壓調整器12〇變更處 理益Π 0的操作電壓。於一個體系中，雖然未將本發明限制 在該範轉内，但該等處理器指令可使該處理器在調整該操 作電壓之後等待一段足夠的時間，以允許成功地完成該電 壓調整。對一個熟知此技藝的人來説，將察知有若干種方 式指定該時間量，且於此將不枚舉該等各種選擇性的方 式’然而’預期該等所有的方式均落在本發明的範鳴内。 同樣地，於一個選擇性的體系中，當該處理器執行該等處 理器指令時，可使該處理器在調整該操作電壓之後證明已 成功地冗成該電壓調整。如一個範例，可藉讀取另一個暫 存益而冗成此，其中該暫存器儲存一個監督該電壓參照之 類比-數位（A-D)轉換器的該輸出信號。該一種裝置可在眘 質上利用該電壓調整器控制裝置的部分，一個A七轉換器二 某些數位-類比（D-A)轉換器的一部分，其中可使用該八七轉 換器產生該供應電壓的數位控制，作爲該電壓調整器的— 部分。現代的p c主機板在設計上包括若干該等a_d埠，其 中可由該作業系統和基本的輸出入系統（則〇8)讀取該等A七 蜂，以監督該等系統電|和溫度是否在其宣稱的設定範圍 内。例如，目前主要利用該等A七蜂粮知該系統停止，如_ 13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁} ------- 丨訂--------- 470875 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（11 ) 個元件故障時。此僅爲-種方法的—個範例，且未將本發 明的範嘴限制在該特殊的技藝上。於任何事件中，可接著 在成功地完成該等先前的事件之後，藉以一個修正的頻率 啓始該處理器的操作以修正該處理器的操作頻率，即，於 汶特殊的fa系中，係在使該處理器處於睡眠的模式下和成 功地修正該處理器的操作電壓之後。例如，可藉恢復該微 處理器其相鎖迴路的操作而執行此、以便其鎖定在該修正 的頻率上，其中使用一個PLL。可由該任—種技藝完成此， 且未將本發明的範疇限制在任何特殊的技藝上。例如，可 修正該相鎖迴路其輸入信號的分配器比例，又雖然未將本 發明限制在該範疇内。此外，就如該電壓調整器一樣，可 藉寫入一個1己憶體位置中以報知此，其中該記憶體位置係 因此目地而峡射到一個特殊處理器暫存器上的（像是圖1中 的暫存器112)。一旦該PLL鎖定在該修正的頻率上時，則可 重新啓動該微處理器該等内部的時計，且可從該系統其正 規操作停止的該點上復始其正規的操作。例如，在停止該 PLL之後，則於一個體系中重新啓動該PLL和使該pLL鎖定 在該修正的頻率上，例如可採用該1 〇微秒的規則。當然， 此係視（至少部分係視）該等有興趣的頻率範圍和該電壓而 定的，故僅提供此作爲一個範例。然而，例如就時計速度 而言，其在某些事例中可爲一種耗時的操作。 一旦該處理器完成了導致修正該操作電壓等級和操作頻 率等級的該操作時，則可接著使用該相同的方法或技藝再 將該操作電壓等級和該操作頻率等級變更回該先前的等 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

470875 A7 五、發明說明（12 ) 成。如疋 '朵抑當—個特殊體系有一個宣稱的電壓等級 和個旦稱的^作頻率時，則當感應< _識出_ _ & _ # 上特別不岔集的工作時，即可使用該技藝減少該操作頻率 和操作私壓等級，同樣地，當感應或辨識出一個在計算上 特力]的工作時’即可增加該操作電壓等級和操作頻率。如 先前所述，範例包括一個計算上密集工作的語音辨識、一 個宣稱工作的網路處理、及一個低密集或在計算上不密集 工作的鍵盤輸出A，雖然此僅爲例證説明的範例。因此， 未將本發明的範疇僅限制在一個增加電壓和頻率、或僅限 制在一個減低電壓和頻率上，雖然該等體系亦係可能的、 且在本發明的範_内。 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 於另一個體系中，當使用一個微處理器和pLL時，則根據 本發明孩微處理器的一個相鎖迴路可繼續操作，同時改變 孩操作電壓級。該特殊體系的一個優點爲可在變更該等電 壓/頻率等級之後、隨即完成操作。例如，如先前説明的， 當停止孩PLL時，該PLL可能需要一些時間在該修正的頻率 上重新設立鎖定；然而，當該PLL繼續操作、且已停止了該 寺内邵的時計時，則可以一個單一的時計脈衝重新啓動該 等内部的時計，其有利地需要較少的時間。於該特殊的體 系中’ έ己憶體1 3 0儲存了處理器指令，當該處理器執行該等 處理器指令時，則將在調整該處理器的操作電壓和修正該 處理器的操作頻率之前、使該處理器處於閒置模式下。於 一個選擇性的體系中，當使用一個PLL時，可於pLL頻率變 更期間直接自該PLL參照時計中驅動該内部的時計。以此方 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x 297公釐） 470875 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（13 式，该處理器繼續處理資訊，且可反應給外部的事 如中斷，雖然係在該參照時計其較慢的等級上。#、，你 器正等著處理自該匯流排中進來的資訊時，該模恳程 節省功率的裝置。於該特殊的體系中，該處理器：：：稽 式下完成目珂的操作，並接著停止該等内部的時訐氣模 而，該處理器的相鎖迴路（PLL)例如於該體系中繼=浐。然 於該特殊的方法中，當該相鎖迴路繼續操作時，則:作。 先則所述的，孩電壓調整器調整該處理器的搡作雷$如 修正該處理器的操作頻率。如先前所示，該處理=可:並 行該等儲存之處理器指令一樣的方式，辨識或判；心： 的處理載入。例如，一個處理器可辨識一個計算上相== 集或-個計算上相當不密集的工作即將在—段特殊的^ 中開始。例如，雖然未將本發明限制在該範疇内，但冬, 處理器正在執行語音辨識時，將導致在一段相當短 期間内執行某些在計算上密集的工作。 " 於該特殊的體系中，亦有若干種不同的方法調整該操作 電壓和修正該操作頻率。例如，可依照某些參數循序地或 選擇性地達成此，其中可同時執行該等參數。例如，相較 於增加該相鎖迴路的頻率其所需的時間，則增加該操作^ 壓所需的時間可係相當的短。因此，如同時執行該等操作 時，則在增加該操作頻率之前，已成功地完成了兩種操 作。選擇性地，可使用以降低該操作電壓的時間常數遠長 於用以降低該PLL其操作頻率的時間常數。又此可表示一種 狀態，其中同時執行該等操作可係較可取的，以便在該操 16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公复

壯衣-----—訂--------- f靖先閱讀背面之>i意事項再填寫本頁) 470875 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 玉、發明說明（14 ) 作電壓降低至該合適的等 „ ,, ^ f 作。圖7例證説明在本菸阳认 ^ ^ ^ 〈门搜^ 4:11 I ^明的一個體系中同時執 作。在該章節中將確膏地穴 , , μ寺诛 隹男地祭知，同時並非意指在整個 =行兩種操作:而是該等操作至少在-部分的時間上係 人宜的il匕夕卜對-個—般熟知此技藝的人來說，將察知 孩成功地完成此的特殊明細可隨著該（等）正在執行的特殊 工作及各種其它的因素而變。因此，未將本發明的範蜂限 制在孩特殊的万法上。此外，於一個選擇性的體系中，循 序地修正認操作頻率和調整該操作電壓係較可取的。因 此，一旦該微處理器已處於間置模式下時，則報知該處理 器P L L減低孩輸出時計頻率。如先前所示，可藉任何一種 技藝完成之，像是藉修正引用至該pLL上之該輸入信號的分 配森比例。同樣地’依照該特殊的體系，該等正在執行的 處理态指令可指示該處理器等待一段足夠的時間，以確保 已獲得該合適的操作頻率；亦或選擇性地指示該處理器判 定是否已達到該適當的操作頻率。如一個範例，可能藉由 一個計時器’其中該計時器所需的時間和該PLL在該等可預 測的變更之下的該宣稱鎖定時間一樣，像是一個查表程式 化計時器；或選擇性地藉根據該頻率偵測器的資訊接收該 PLL中的一個信號，以指示一個鎖定或未鎖定的狀態，其中 該P L L中的▲彳§號係以該電荷p即筒中的活動爲根據的’且該 頻率偵測器可將一個信號傳送給該處理器。該一種頻率鎖 定偵測器爲那些熟知此技藝的人所熟知的，且於此將不作 詳述。然而，又未將本發明的範疇限制在一種特殊的方法 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注音W事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 470875 A7 B7 五、發明說明（15 ) 上以完成此。於任何事件中’旦獲得了該合適的操作頻 率時，則如先前所述，該處理器可執行處理器指令，以報 知該電壓調整器調整該操作電壓。於該特殊的體系中，使 用該先前所述的順序係較可取的，即減低功率消耗爲合適 的時，則修正該操作頻率，並接著調整該操作電壓。選擇 性地，當增加功率消耗爲合適的時，像是當欲完成一個計 算上密集的工作時’則如上所述’報知該電壓調整器移動 至一個較高的電壓、並接著報知該微處理器增加該輸出時 計頻率係較可取的。圖6就本發明一個特殊的體系，例證説 明在該操作頻率之前增加該操作電壓，並接著在該操作雷 壓之前降低該操作頻率。此處，當該電壓和頻率變更時， 計算無須停止’只要該操作依圖5中所例證説明的該曲線執 行。因此，遠處理咨於該等變更期間未達背其電路速度/電 壓操作訊息封。例如，可於增加或減少頻率和電壓期間藉 由電路設計強迫該等時間常數維持在該圖示中、 於如圖5中該曲線圖所例證説明的該特殊體系中，將該操 作頻率維持在一個最大的頻率等級之下，而可以該指定的 電壓等級成功地傳遞該操作頻率。雖然在該特殊的體系 中，藉由將孩操作頻率維持在一個指定操作電壓的該等級 之下可以停止該微處理器的操作，但因該内部的電路維持 在閒置的狀怨下，故在該其餘的電路中一個功能性故障的 風險爲小的或爲零風險。選擇性地，可如上所述以該參考 頻率執行該内部的電路，其將允許以一個冑於該指定（暫時 改又的）操作電壓其可用頻率的頻率操作之些微的可能性或 -18· ^紙張尺度i时國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ挪公--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 單裝 • n n >n n· n> ·ϋ n 訂---------. 470875 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 —------ B7_______ 五、發明說明（16 ) 令可说性’以冗成工作。更明確地說，將該操作頻率維持 在一個等級之下’以便該内部電路成功地與該時計同步地 保持在这特殊的操作電壓等級上。因此，由該時計產生器 所產生的個彳盾環短於能夠在該内部電壓上執行的該電路 之風險為小的或為零風險。 當然，於選擇性的體系中，可將該等不同的系統元件整 合在一起。因此，圖2為根據本發明之一個系統其另一個體 系的一個範例。於該特殊的體系2〇〇中，將該電壓調整器和 該快閃記憶體整合在一個單一的積體電路晶片2 1〇上。一種 較可取的觀點為該等用以產生快閃記憶體的製造處理允許 較鬲的電壓，則如那些熟知此技藝的人所熟知的，使用（至 少邵分使用）該觀點，以適當的快閃程式化和拭除化，並因 而更願服從該等相當有效的電壓調整器的架構。此外，該 附加的處理和該處理的性質，特別是使用兩層多矽閘層， 支援了該等處理的能力，例如使其包括被動類比元件、而 較一個傳統的邏輯處理（典型地係用在微處理器的架構上） 更方便。同樣地，於該等技藝系統的典型狀態下，使用快 閃記憶體並非一個重大的限制，因典型地係利用快閃記憶 體作為該等掌上型系統中一個程式儲存的裝置。如圖2中所 例證說明的，於該特殊的體系中，在實質上係以存取該快 閃記憶體控制電路之相同的方式存取整合在晶片2丨〇上的控 制暫存器217。因此，係由控制快閃記憶體2丨5其讀取和寫 入操作的該相同電路存取該控制暫存器的。如是，該方法 的另一個優點為在該系統的微處理器上未使用附加的匯流 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 --------------It-------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -19- 470875 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _____B7___ 五、發明說明（17 ) 排，如圖2中所例證説明的。該方法類似於該先前所述之方 法，其中在該先前所述的方法中一個控制暫存器爲“記憶體 映射的”，以便可使用該記憶體匯流排轉移該等二進位數位 控制信號，其中該等二進位數位控制信號係用以程式化該 電壓調整器的。然而，於該特殊的體系中，藉由將該電壓 調整器和該快閃記憶體整合在一個單一的積體電路晶片上 而完成此。同樣地，該電壓調整器除了就圖2中的處理器 2 3 0所執行的操作之外，該電壓調整器亦可提供其它的電 壓信號等級，像是靜態-動態隨機存取記憶體（SDRAM)或其 它的系統等級裝置。 圖4爲又另一個體系之概圖。如例證説明，於該體系中， 將該處理器和該電壓調整器整合在一個單一的積體電路晶 片上。圖3爲又另一個體系之概圖，其較圖2和圖4中所例 證説明的該等體系使用一個更高的整合等級。於該特殊的 體系中，將處理器310、快閃記憶體320及電壓調整器330整 合在一個單一的積體電路晶片上。如圖3中所例證説明的， 該特殊的體系可供應電壓信號等級給外部的裝置，像是圖3 中所例證説明的一個DRAM 340。該特殊體系的一個優點爲 可將圖3中的控制暫存器315直接整合在微處理器31〇上。例 如，雖然未將本發明限制在該範疇内，但在該大家所熟知 的ARM結構中，可在實質上使用該等相互處理器控制暫存 器控制該時計頻率之相同的方式，而利用該等相互處理器 控制暫存器控制該等電壓操作等級，並利用該等相互處理 器控制暫存器控制其它的功率下降模式，像是閒置和其它 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝-------^訂---------' -20- 470875 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（18 ::R:i式。於一個特殊的體系*，該利用之暫存器包括 ^ 3互處理器暫存器（CP) CP]4暫存器7，其中該新存 器=該等時計和功率管理功能，雖然未將本發明限：在 孩“内。於該暫存器中，&些位元控制該電壓狀態，且 某些位讀制該時計頻率(PLL乘數）。例如，一旦偵測出以 :種熟知此技藝之人所熟悉的方式將—個冑人寫至該暫存 中寺J可啓始一個變更操作。因此，於該體系中可使 用個#的暫存器，其中以_種單一的、原子操作完成 周正汶操作电壓和修正該操作頻率，雖然未確實的將本發 明限制在該範疇内。注意，圖4中所例證説明的該體系亦提 供該項優點。 此外，其它的體系可選擇性地包括一個物件，而非一個 系統，其中該物件包括一個儲存媒體，例如像是—個電腦 可讀取或機器可讀取儲存媒體，像是一個硬式磁碟、一個 光碟（C D )、或一個磁片。於該一個體系中，該儲存媒體可 在其上儲存指令，像是處理器指令。當於一個系統（像是一 個包括一與該處理器耦合的電壓調整器之系統）中執行該等 處理益指令時，則可致使根據（至少部分根據）該處理器其 處理載入的動態變更修正該操作頻率和調整該等處理器結 果的操作電壓。該等體系可包括附加的特性，像是先前就 孩等圖示所述和例證説明的該等特性，雖然未將本發明限 制在該範疇内。此外，一個體系可選擇性地包括一種根據 本發明用以減低一個處理器其功率消耗的方法，像是藉由 以該等先前所討論之體系中所述的方法修正一個處理器的 -21 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 x 29?公釐） I--------—— ------- —訂--------- $1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7

470875 五、發明說明（19 ) 該操作頻率和調整該處理器的操作電壓，又雖然未將本發 明限制在該範疇内。 當已於此處例證和説明本發明的某些特性時，則對那些 熟知此技藝的人來説，此時將發現許多修正、替換。變更 及有關本發明的同等性。因此，察知意欲以該等附加的申 請專利範圍包括該等所有本發明其眞實精髓内的修正和變 更。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 470875 第89108142號專利申請案 bI 中文申請專利範圍修正本(90年丨1月） 六、申請專利範圍 介午丨丨月¥日修土 /史正7補充 1. 一種系統，包括： 一個處理器，一個電壓調整器，及一個記憶體； 其中該電壓調整器與該處理器耦合，以調整該處理器 的該操作電壓； 該記憶體經由一個記憶體匯流排與該處理器耦合，且 該記憶體將處理器指令儲存其上，當該處理器執行該等 處理器指令時，將導致根據，至少部分根據，該處理器 其處理載入的動態改變，修正該處理器的操作頻率和調 整該處理器的操作電壓。 2. —種物件，包括：一個儲存媒體，該儲存媒體將指令儲 存其上，當一個系統中的一個處理器執行該等指令時， 將導致根據，至少部分根據，該處理器其處理載入的動 態改變，修正該處理器的操作頻率和調整該處理器的操 作電壓，其中該系統包括一與該處理器耦合之電壓調整 器，用以調整該處理器的操作電壓。 3. —種減低一個處理器之功率消耗之方法，包括： 修正該處理器的操作頻率：及 調整該處理器的操作電壓； 其中根據，至少部分根據，該處理器其處理載入的動 態改變作該修正和該調整。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）