TWI220941B - Structure and method to adjust the operation frequency of CPU - Google Patents

Description

1220941 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明為一種調整工作頻率之架構，特別是一種應 用於資訊處理系統之中，用來調整中央處理器工作頻率 之架構及其方法。 β 【先前技術】

隨著資訊技術的發展，人們使用電子產品的機會越 來越頻繁，而隨著科技的快速發展，人們也越來越依賴 資訊處理裝置的使用，大至國家政府、企業系統，小到 家庭及個人，為方便及提高工作的效率，相對的資訊處 理系統之工作頻率亦日趨提昇。 提到資訊處理系統，則不免的聯想到資訊處理系統 的心臟元件：中央處理器（Central Processing Unit; CPU)，中央處理器是一個電子電路的積體電路 （circuit i n t e g r a t e d ; I C );同時是資訊處理系統内進行處理、 控制和儲存的電路，也是資訊處理系統硬體的核心，在 資訊處理系統中的各種運算、輸入輸出與連接儲存器都 是由中央處理器執行與控制。

由於中央處理器負擔了各種的運算工作，所以其工 作頻率也越高，在高頻的工作環境下，常常面臨的就是 溫度上升的問題，且高頻率的工作亦會消耗大量的功率 ，關於這個問題已有中央處理器廠商，提出控制中央處 理器之工作頻率的節電功能（s p e e d s t e p )技術加以克服 ο 【發明内容】

第5頁 1220941 五、發明說明（2) 但疋ΐ述的控制中央處理器之工作頻率的方式，必 須在支棱郎電功能（speed step)的晶片上才能實施，若 是在=^援節電功能（speed step)的晶片組上，則必須 要設計額外的電路來達成控制中央處理器工作頻率之目 的。

有鑑於此，本發明提出一種調整中央處理器工作頻 率之架構及其方法，其目的在於可隨時切換資訊處理系 統之中央處理器的運作速度，卻不需—設对額外的控制電 路’其中包含有勤體（firmware)的架構及其搭配的軟體 所組成’當資訊處理系統的工作溫度過高時，可透過本 發明來調整中央處理器工作頻率，使其達到降溫的目的 ，同時當資訊處理系統閒置（i d 1 e )時，亦可同樣透過本 發明將中央處理器的工作頻率降低，進而達到節省電源 消耗的功效。 【實施方式】

本發明之調整中央處理器工作頻率之架構及其方法 ’係以韋刃體（f i r m w a r e )的架構搭配軟體，並利用系統管 理中斷呼叫(system management interrupt; SMI)來執 行節電功能（s p e e d s t e p )，請參照「第1圖」，為本發明 調整中央處理器工作頻率之架構方塊圖。 + 本發明之架構包含有··可程式邏輯元件2 0、周邊$ 件連接介面匯流排3 0及電壓轉換單元4 0，其中可稃$ ^ 輯元件20可為一可程式邏輯積體電路（Complex ^ η 0收以

Programmable Logic Devices; CPLD)，並包含有换

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下吼號：周邊零件連接介面仲裁訊號p S、服務協定訊號 SL、時脈停止訊號SC、中央處理器工作頻率訊號CSP及調 I頻率啟動訊號SS，當可程式邏輯元件2 0收到調整頻率 啟動訊號 SS(speed step start; ss-start)後，可程式 邏輯元件20會檢視由通用輸出埠（GP0)所傳來的周邊零件 連接介面仲裁訊號p S ( P C I - s t ο p )及中央處理器工作頻率 5i^>^CSP〔CPU-speed)，同時檢測南橋晶片（South b r i d g e )所傳來之服務協定訊號sl( Service Location Protocol，SLP-X)及由北橋晶片（North bridge)所傳 來之時脈停止訊號S C ( s ΐ o p - C L K )，當上述4個訊號皆進行 (act ive)時，可程式邏輯元件20則輸出發送控制訊號 ?以？(：1-1^〇)及回傳控制訊號？〇(?(：1-〇1^)至周邊零件連 接介面匯流排 30(Peripheral Component Interconnect BUS; PCI-BUS)，使周邊零件連接介面匯流排30暫時停止 工作，可程式邏輯元件2 0同時亦發出中央處理器時脈停 止訊號CST( CPU stop-CLK)及中央處理器服務協定訊號 CSL(CPU-SLP)至中央處理器10，同時中央處理器服務協 定訊號C S L亦傳送至電壓轉換單元4 〇，由電壓轉換單元4 0 參考中央處理器'之工作頻率範圍（max/m i n speed )來調整 中央處理器1 0的工作頻率，並於調整完成後由可程式邏 輯元件20發出調整頻率結束訊號SF(speeci step f ini sh ; SS-f i ni sh)，並恢復資訊處理系統之工作。 接下來就本發明中央處理器工作頻率之調整方法作 一詳細說明，請參照「第2 A圖」，為本發明調整中央處

1220941 五、發明說明（4) 理器工作頻率之實施步驟（1 )圖。 首先關閉一快取記憶（cache )功能（步驟2 0 0 )，同時 關閉周邊零件連接介面仲裁訊號（步驟2 1 0 )，並關閉電源 管理中斷功能並儲存設定值（步驟2 2 0 )，且依據輸入參數 來決定工作頻率的調整方向（步驟2 3 0 )，此參數包含有資 訊處理系統目前工作的狀況，並依此送出調整工作頻率 訊號（步驟2 4 0 )，進行到此步驟資訊處理系統已經算是完 成調整頻率前的準備。

請參照「第2 B圖」，為本發明調整中央處理器工作 頻率之實施步驟（2 )圖，當送出調整工作頻率訊號後，則 遮蔽所有中斷功能並儲存中斷功能設定（步驟2 5 0 )，然後 使中央處理器進入省電功能狀態（步驟2 6 0 )，並開始調整 中央處理器之工作頻率，其步驟2 6 0中還包含讀取一暫存 器之處理程序，並由資訊處理系統中南橋晶片發出服務 協定訊號（SLP-X)，且由北橋晶片發出時脈停止訊號 (stop-CLK)，完成以上步驟後，則將儲存的中斷功能設 定加以還原（步驟2 7 0 )，同時中斷調整工作頻率訊號（步 驟 2 8 0 ) 〇

最後請參照「第2 C圖」，為本發明調整中央處理器 工作頻率之實施步驟（3)圖，完成調整步驟後，則還原電 源管理中斷功能之設定值（步驟2 9 〇 )，並判斷調整工作頻 率是否完成（步驟3 0 0 )，若是還未完成則繼續等待，直到 調整完成，如已經完成，則還原周邊零件連接介面仲裁 訊號（步驟3 1 0 )，且還原快取記憶功能（步驟3 2 0 )，使資

第8頁 1220941 五、發明說明（5) 訊處理系統恢復正常工作。 雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並 非用以限定本發明的實施範圍，並非用來限定本發明的 實施範圍，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精 神和申請專利範圍内所作的均等變化與修飾，皆為本發 明專利範圍所涵蓋，因此本發明之專利保護範圍須視本 說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

第9頁 1220941 圖式簡單說明 第1圖 為本發明 3整中 央處理器工作頻率之架構方塊圖 y 第2 A圖為本 發明 調 整 中 央處理 哭 vtvt 工作頻 率 之實施 步 驟 (1) 圖， 第2B 圖為本 發明 調 整 中 央處理 器 工作頻 率 之實施 步 驟 (2) 圖； 及 第2C 圖為本 發明 調 整 中 央處理 器 工作頻 率 之實施 步 驟 (3) 圖。 【圖 式符號 說明 ] 10 中 央 處 理 器 20 可 程 式 邏 輯元件 30 周 邊 零 件 連接介 面 匯流排 40 電 壓 轉 換 口口 一 早兀 PS 周 邊 零 件 連接介 面 仲裁訊 號 SL 月艮 務 協 定 訊號 SC 時 脈 停 止 訊號 C S P 中 央 處 理 器工作 頻 率訊號 SS 調 整 頻 率 啟動訊 號 PR 發 、 迗 控 制 訊號 PG 回 傳 控 制 訊號 SF 調 整 頻 率 結束訊 號 CSL 中 央 處 理 器服務 協 定訊號 CST 中 央 處 理 器時脈 停 止訊號 步驟 200 關 閉 快 取 記憶功 能 步驟 21 0 關 閉 周 邊 零件連 接 介面仲 裁 訊號

第10頁 1220941 圖式簡單說明 步驟 220 關閉電源管理 步驟 230 依據輸入參數 步驟 240 送出調整工作 步驟 250 遮蔽所有中斷 步驟 260 使中央處理器 步驟 270 將儲存的中斷 步驟 280 中斷調整工作 步驟 290 還原電源管理 步驟 300 判斷調整工作 步驟 310 還原周邊零件 步驟 320 還原快取記憶 中斷功能並儲存設定值 來決定工作頻率的調整方向 頻率訊號 功能並儲存中斷功能設定 進入省電功能狀態 功能設定加以還原 頻率訊號 中斷功能之設定值 頻率是否完成 連接介面仲裁訊號 功能

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Claims (1)

1220941 六、申請專利範圍 I一種調整中央處理器工作頻率之架構，係設置於一資 訊處理系統中，該架構包含有： 一可程式邏輯元件，該可程式邏輯元件與一中央 處理器連接，該可程式邏輯元件更包含有接收以下訊 號： 一服務協定訊號（SLP-X); 一周邊零件連接介面仲裁訊號（PCI-stop); 一時脈停止訊號（s t ο p - C L K );

一中央處理器工作頻率訊號（CPU-speed)，為 該中央處理器之工作頻率範圍（max/min speed); 一調整頻率啟動訊號（SS-st art ); 該可程式邏輯元件於接收該調整頻率啟動訊號， 即檢測該服務協定訊號、該周邊零件連接介面仲裁訊 號、該時脈停止訊號及該中央處理器工作頻率訊號， 並由輸出端傳送以下訊號： 一發送控制訊號（P C I - R E Q ); 一回傳控制訊號（PCI-GNT); 一中央處理器時脈停止訊號（CPU stop-CLK) ，用以傳送至該中央處理器；

一中央處理器服務協定訊號（CPU-SLP)，用以 傳送至該中央處理器； 該可程式邏輯元件並於該調整頻率完成時，傳送 一調整頻率結束訊號（SS-f ini sh); 一周邊零件連接介面匯流排（PCI-bus)，該周邊零

第12頁 1220941 六、申請專利範圍 件 連 接 介 面 匯 流 排 用以接收該發送 控制 訊號及該回傳 控 制 訊 號 並 於 該 調整頻率之過程 中停 止工作；及 一 電 壓 轉 換 單 元，該電壓轉換 口口 —* 早兀 與該可程式邏 輯 元 件 相 接 J 該 電 壓轉換單元用以 接收 該中央處理器 月良 務 協 定 訊 號 並 依據該中央處理 器工 作狀態將一工 作 電 壓 加 以 調 整 〇 2.如 中 請 專 利 範 圍 第 1項所述調整中央處理器工作頻率之 架 構 其 中 該 可 程 式邏輯元件更為 一可 程式邏輯積體 電 路 (CPLD： ° 3 ·如 中 請 專 利 Ar/r 章已 圍 第 1項所述調整中央處理器工作頻率之 架 構 其 中 該 周 邊 零件連接介面仲 裁訊 號更由一通用 m 出 埠 (GP0)所傳出。 4 ‘如 中 請 專 利 範 圍 第 1項所述調整中央處理器工作頻率之 架 構 其 中 該 中 央 處理器工作頻率 訊號 更由一通用輸 出 埠 (GP0)所傳出〔 5,如 中 請 專 利 範 圍 第 1項所述調整中央處理器工作頻率之 架 構 其 中 該 服 務 協定訊號更由一 南橋 晶片（S 〇 u t h b] r i ( 所 傳 出 〇 6.如 中 請 專 利 範 圍 第 1項所述調整中央處理器工作頻率之 架 構 其 中 該 時 脈 停止訊號更由一 北橋 晶片（North b: r i« dg丨 e) 所 傳 出 0 7· — 種 調 整 中 央 處 理 器工作頻率之方 法， 係設置於一資 訊 處 理 系 統 中 該 方法包含有： 關 閉 快 取 記 憶（cache)功能 j

第13頁 1220941 六、申請專利範圍 關閉一周邊零件連接介面仲裁訊號； 關閉一電源管理中斷功能並儲存該中斷功能設定 值； 依據至少一個輸入參數來決定該中央處理器工作 頻率的調整方向； 送出一調整工作頻率訊號，並遮蔽所有中斷功能 並儲存該中斷功能之設定； 使該中央處理器進入省電功能狀態，並調整該中 央處理器之工作頻率；

還原該中斷功能之設定，並停止調整該中央處理 器之工作頻率； 還原該電源管理中斷功能之設定值，並檢視調整 該中央處理器之工作； 還原該周邊零件連接介面仲裁訊號；及 還原該快取記憶功能。 8.如申請專利範圍第7項所述調整中央處理器工作頻率之 方法，其中關閉該周邊零件連接介面仲裁訊號更包含 有送出該周邊零件連接介面一停止訊號。

9 .如申請專利範圍第7項所述調整中央處理器工作頻率之 方法，其中使該中央處理器進入省電功能狀態更包含 下列步驟： 讀取一暫存器之處理程序； 由該資訊處理系統中一南橋晶片發出一服務協定 訊號；及

第14頁 1220941 六、申請專利範圍 由該資訊處理系統中一北橋晶片發出一時脈停止 訊號。

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