TWI628592B - 調整電子設備的處理能力的方法和電子設備 - Google Patents

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Abstract

一種調整電子設備的處理能力的方法和電子設備。調整電子設備的處理能力的方法包括：根據在當前顯示刷新間隔中的處理器的第一空閒時間來確定一個或多個該處理器的第一增加值；以及根據該第一增加值調整該處理器的處理能力。

Description

調整電子設備的處理能力的方法和電子設備
本發明所揭露之實施例有關於處理器縮放(processor scaling)，尤其是基於一個或多個處理器的空閒時間(slack time)的處理器縮放。
功率管理(power management)一直是電子系統的重要問題，特別是對於那些具有有限的功率預算的電子系統。例如，移動設備是由電池來供電，減少功率消耗，可使其電池持續更長的時間。目前，存在各種可在任何給定的時間來調整處理能力的機制。
在傳統的設計中，基於電池中存儲的電量來調整處理能力。電池中的電量越多，分配的處理資源就越多。
在另一個常規設計中，根據最壞情況下的工作負載要求來調整處理能力。雖然在任何時間點(例如，在夜間)工作負載可能是相對較低的，存在工作負載突然達到尖峰的可能性，因此，電子系統被配置為運行於假設最壞情況下的工作負載可能實際發生。例如，處理能力通常被顯著地提升，以確保目前的工作負載需求得到充分滿足。然而，由於處理能力被配置為高於目前的工作負載需求的性能水平，因此浪費了功 率。
因此，需要更為靈活和更強大的處理器縮放方式。
依據本發明的示範性實施例，提出一種調整電子設備的處理能力的方法和電子設備。
依據本發明一實施方式，提供調整電子設備的處理能力的方法，包括：根據在當前顯示刷新間隔中的處理器的第一空閒時間來確定一個或多個該處理器的第一增加值；以及根據該第一增加值調整該處理器的處理能力。
依據本發明另一實施方式，提供一種電子設備，包括：一個或多個處理器；以及存儲器，存儲當由該處理器執行時使得該電子設備執行用於調整其處理能力的方法的指令，該方法包括：根據在當前顯示刷新間隔中的處理器的第一空閒時間來確定一個或多個該處理器的第一增加值；以及根據該第一增加值調整該處理器的處理能力。
本發明所提供的調整電子設備的處理能力的方法和電子設備，能夠大大降低了電子設備的功耗而不犧牲性能和用戶體驗。
對於已經閱讀後續由各圖示及內容所顯示的較佳實施例的所屬領域中具有通常知識者來說，本發明的各目的是明顯的。
100‧‧‧電子設備
10‧‧‧處理器
20‧‧‧圖形處理單元
30‧‧‧顯示裝置
40‧‧‧存儲裝置
210‧‧‧用戶模式
211‧‧‧應用程式
212‧‧‧應用框架
220‧‧‧內核模式
221‧‧‧控制器
222‧‧‧動態電壓和頻率縮放調節器
S310~S370‧‧‧步驟
第1圖為根據本發明一實施例的電子設備的硬件結構的方 框圖。
第2圖為根據本發明一實施例的電子設備100的軟體架構的方框圖。
第3圖為根據本發明一實施例的調整電子設備的處理能力的方法的流程圖。
第4A圖為根據本發明一實施例的確定空閒時間的示意圖。
第4B圖為根據本發明另一實施例的確定空閒時間的示意圖。
第5A圖為根據本發明一實施例的空閒時間和觸摸事件的增加值(boost value)之間的關係的示意圖。
第5B圖為根據本發明一實施例的空閒時間和非觸摸事件的增加值之間的關係的示意圖。
第6圖為關於配置滿足觸摸事件的需求的處理能力的傳統設計和本發明的比較的示意圖。
以下實施例僅用來舉例闡釋本發明的一般原理，並非用以限定本發明的範疇。應該理解的是，可以使用軟體、硬件、固件或任何組合來實現這些實施例。
第1圖為根據本發明一實施例的電子設備的硬件結構的方框圖。電子設備100包括處理器10、圖形處理單元(GPU)20、顯示裝置30、與存儲裝置40。該電子設備100可以是移動電話、智能手機、平板電腦、筆記本電腦、通用計算機或其它類似的設備。
處理器10可以是通用的處理器(例如，中央處理 單元(CPU))、微控制單元(MCU)、應用處理器、數位信號處理器(DSP)、或類似的，其包括控制GPU 20發送一系列的幀資料(例如，表示文本資訊、圖形、圖像等)至顯示裝置30、以及存儲資料至存儲裝置40和從存儲裝置40獲取(retrieving)資料的各種電路。特別是，處理器10協調(coordinate)GPU 20、顯示裝置30和存儲裝置40的上述操作，以執行調整電子設備100的處理能力的方法。
GPU 20也包括各種電路，用於提供圖形和圖像處理功能，以及輸出上述幀資料至顯示裝置30。
如本領域的技術人員所理解的，處理器10和GPU 20的電路通常包括以這樣的方式配置的電晶體，以便根據上述描述的功能和操作來控制電路的操作。如將進一步理解的是，電晶體的具體結構或互連通常是由編譯器(如暫存器轉換語言(Register Transfer Language，RTL)編譯器)來決定的。RTL編譯器可以由處理器在與匯編語言代碼非常類似的腳本上操作，以將腳本編譯成用於最終電路的佈局或製造的形式。事實上，RTL因其在促進電子和數位系統的設計過程中的作用和用途而眾所周知。
顯示裝置30可以是液晶顯示器(LCD)、發光二極管(LED)顯示器、或電子紙顯示器(Electronic Paper Display，EPD)等，用於提供顯示功能，包括產生垂直同步脈衝。另外，顯示裝置30可以是觸摸顯示屏，其包括設置在其上或其下的一個或多個觸摸感測器，用於感測物體(如手指或觸控筆(styluses))的觸摸、接觸或接近。
存儲裝置40的是一種非暫時性計算機可讀存儲介質，如存儲器(例如，閃存或非易失隨機存取存儲器(NVRAM))、磁存儲器(如硬碟或磁帶)、或光碟，或上述的任意組合，用於存儲將被顯示的處理後的幀資料，以及存儲應用程式、通信協議和/或本申請的方法的指令和/或程式代碼。
應當理解的是，在第1圖所示的實施例僅用於說明目的，並非用以限制本發明的範圍。例如，電子設備100還包括提供位置資訊的GPS、作為人機介面(Man-Machine Interface，MMI)與用戶進行交互的輸入裝置(如按鈕、鍵盤、鼠標、觸摸板、攝像頭、麥克風和/或揚聲器等)、和/或提供有線和/或無線資料通信功能的通信裝置。
更進一步地，如果電子設備100支持有線資料通信功能，通信裝置可包括電纜調制解調器、非對稱數位用戶線路(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)調制解調器、光纖調制解調器(FOM)、以太網介面、或其他有線介面。如果電子設備100支持無線資料通信功能，其可以包括天線、射頻裝置和基帶處理裝置。基帶處理裝置可以用於執行基帶信號處理和控制一個或多個用戶識別卡(subscriber identity cards)和射頻裝置之間的通信。基帶處理裝置可包含多個硬件組件以執行基帶信號處理，包括類比至數位轉換(ADC)/數位至類比轉換(DAC)、增益調節、調製/解調、編碼/解碼等等。射頻裝置可通過天線接收射頻無線信號，將接收到的射頻無線信號轉換為將由基帶處理裝置來處理的基帶信號；或從基帶處理 裝置接收基帶信號，並將接收的基帶信號轉換為隨後通過天線來發射的射頻無線信號。該射頻裝置還可以包含多個硬件裝置以執行射頻轉換。例如，射頻裝置可以包括混頻器，以將基帶信號與在所支持的蜂巢技術的射頻中振盪的載波相乘，其中射頻可以是：在無線保真技術(WiFi)中使用的2.4GHz、3.6GHz、4.9GHz或5GHz；或者在通用分組無線服務(GPRS)或全球演進增強資料率(EDGE)技術中使用的900MHz、1800MHz或1900MHz；或者在寬頻分碼多重存取(WCDMA)技術中使用的900MHz、1900MHz或2100MHz；或者在長期演進(LTE)、分時LTE(TD-LTE)、高級LTE(LTE-A)技術中使用的900MHz、2100MHz、或2.6GHz；或者是取決於使用中的無線接入技術(RAT)的另一個射頻。
第2圖為根據本發明一實施例的電子設備100的軟體架構的方框圖。該軟體架構包括用戶模式210和內核模式220，其中內核模式220與運行特權操作系統(OS)內核、內核擴展和大多數裝置驅動程式相關，而用戶模式210與執行應用程式相關。在一個實施例中，操作系統可以是安卓系統。
用戶模式210至少包括應用程式211和應用框架212，其中應用框架212是支持針對特定環境的應用程式211的執行的軟體庫，以及應用程式211是設計用來執行一組協調的功能、任務或活動的軟體程式。應用程式211的例子可包括文字編輯器、網頁瀏覽器、媒體播放器、照片編輯器以及控制台遊戲等。在應用程式211的執行期間，應用框架212特別收集和輸出關於處理器10和GPU 20在每個顯示刷新間隔的空閒時間 的資訊。
內核模式220包括控制器221和動態電壓和頻率縮放(Dynamic Voltage and Frequency Scaling，DVFS)調節器222，其中控制器221負責根據應用框架212提供的資訊來作出應該如何調整電子設備100的處理能力的決定，並控制DVFS調節器222應用該決定以調整處理器10和/或GPU 20的處理能力。
在一個實施例中，控制器221可實施稱為能量感知調度(Energy Aware Scheduling，EAS)的技術，以執行與功率管理相關的上述功能。
第3圖為根據本發明一實施例的調整電子設備的處理能力的方法的流程圖。在本實施例中，電子設備執行該方法，例如，電子設備100。首先，檢測垂直同步脈衝的產生(步驟S310)。具體而言，在每個顯示刷新間隔的開始處產生垂直同步脈衝。
響應於檢測垂直同步脈衝，電子設備在顯示刷新間隔內確定一個或多個處理器的空閒時間，該顯示刷新間隔是以當前垂直同步脈衝和先前垂直同步脈衝為界限，並選擇其中一個處理器作為調整其處理能力的目標(步驟S320)。在另一個實施例中，電子設備可以選擇兩個或多個處理器以調整它們的處理能力，並且本發明並不限於此。
請注意，在另一個實施例中，顯示刷新間隔可以定義為一時間段，該時間段以處理器開始處理幀資料的第一時刻和處理後的幀資料被取回以用於屏幕顯示的第二時刻為界限。具體而言，第二時刻可以比當前垂直同步脈衝更晚。
具體來說，空閒時間是指在處理器完成對下一個屏幕顯示的幀資料的處理後留下的顯示刷新間隔中的時間段。第4A圖為根據本發明一實施例的確定空閒時間的示意圖。如第4A圖所示，處理器10在產生第一垂直同步脈衝(標記為Vsync-1)的時間點t1開始處理幀資料。當處理器10在時間點t2結束處理幀資料時，其將處理後的幀資料發送到GPU 20以供後續處理，然後繼續進行可能與用戶界面(UI)處理有關的其他任務。接下來，GPU 20在時間點t2開始處理該處理後的幀資料，並在時間點t3完成處理。空閒時間是指從時間點t3開始到產生第二垂直同步脈衝(標記為Vsync-2)的時間點t4的時間段。在該實施例中，處理器10需要比GPU 20更多的時間來處理幀資料。由於處理器10是幀資料處理的瓶頸，因此處理器10可以被選擇作為調整其處理能力的目標，並且通過提高處理器10的處理能力，大大減少總處理時間的機會很大。
第4B圖為根據本發明另一實施例的確定空閒時間的示意圖。如第4B圖所示，處理器10在產生第一垂直同步脈衝的時間點t1’開始處理幀資料。當處理器10在時間點t2’結束處理幀資料時，其將處理後的幀資料發送到GPU 20以供後續處理。接下來，GPU 20在時間點t2’開始處理該處理後的幀資料，並在時間點t3’完成處理。空閒時間是指從時間點t3’開始到產生第二垂直同步脈衝的時間點t4’的時間段。在該實施例中，GPU 20需要比處理器10更多的時間來處理幀資料。因此，由於GPU 20是幀資料處理的瓶頸，GPU 20可以被選擇作為調整其處理能力的目標，並且通過提高GPU 20的處理能力，大大減少 總處理時間的機會很大。
請再參考第3圖，在步驟S320之後，電子設備確定空閒時間的加權值(標記為WT)(步驟S330)。在一個實施例中，加權值可以根據下列公式計算：
WT是指在第(T+1)個垂直同步脈衝時確定的空閒時間的加權值；以及WT-1是指在第T個垂直同步脈衝時確定的空閒時間的加權值，其中T為整數。平均空閒時間是指當T小於或等於5時最初的T個空閒時間的平均值。變量α是在0到1之間的數值。
接下來，確定處理後的幀資料是否與觸摸事件相關(步驟S340)，如果是，電子設備根據空閒時間的加權值確定所選擇的處理器的增加值(boost value)，如此一來，所選擇的處理器的性能可以得到強有力地(aggressively)改善(步驟S350)。在一個實施例中，增加值是介於0到100之間的數值，其中數值越大表示需要將處理能力提高到一個更高的水平。增加值可以根據以下方程計算：
變量x為整數。變量DRI為顯示刷新間隔，如在Android系統中的16.6毫秒。第5A圖為根據本發明一實施例的空閒時間和觸摸事件的增加值之間的關係的示意圖。
在步驟S340之後，如果幀資料與觸摸事件不相關，電子設備根據空閒時間的加權值確定所選擇的處理器的增 加值，如此一來，所選擇的處理器的性能得以緩慢地(slowly)改善(步驟S360)。增加值可以根據以下方程計算：
第5B圖為根據本發明一實施例的空閒時間和非觸摸事件的增加值之間的關係的示意圖。
隨後，電子設備應用該增加值來調整所選擇的處理器的處理能力(步S370)，以及方法結束。
在另一個實施例中，如果在下一個垂直同步脈衝時所確定的空閒時間不降低，則該方法可以停止一段時間，然後在該段時間之後恢復。
處理能力可以包括所選擇的處理器的時脈頻率、或所選擇的處理器的激活的核的數量、或所選擇的處理器的激活的核的類型。
在一個實施例中，如果該增加值大於預定閾值，則所選擇的處理器被調整以在較高的時脈頻率下工作，否則，所選擇的處理器被調整以在較低的時脈頻率下工作。
在一個實施例中，所選的處理器包括多個處理核，並且增強值越大，激活的處理核的數量越多。
在一個實施例中，所選擇的處理器包括大核、小核和微核(micro core)，其中大核是在所有處理核中具有最大的計算能力的中央處理單元，小核是相較於大核具有較低的計算能力的中央處理單元，以及微核是在所有處理核中具有最小的計算機能力的中央處理單元。當增加值低於或等於第一閾值時，只有微核被激活，並配置為工作在500MHz。當增加值 大於第一閾值並低於或等於第二閾值時，只有微核被激活，並配置為工作在1GHz。當增加值大於第二閾值並低於或等於第三閾值時，只有小核被激活，並配置為工作在1.4GHz。當增加值大於第三閾值並低於或等於100時，只有大核被激活，並配置為工作在1GHz。請注意，第一閾值小於第二閾值，第二閾值小於第三閾值。
鑒於上述實施例中，將瞭解，本發明通過基於處理器的空閒時間來動態地調整處理器的處理能力，因而實現了處理。
縮放的更強大且有效的方式。第6圖為關於配置滿足觸摸事件的需求的處理能力的傳統設計和本發明的比較的示意圖。在傳統的設計(由虛線表示)中，當發生導致動畫的連續顯示的觸摸事件時，處理器10或GPU 20的時脈頻率被垂直拉升到全速，並保持全速直到動畫結束。相比之下，在本申請(由實線表示)中，處理器10或GPU 20的時脈頻率是被積極拉升到接近但低於全速，然後逐漸降低到剛好足以支持動畫平滑顯示的較低的速度。有利的是，本申請大大降低了電子設備的功耗而不犧牲性能和用戶體驗。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

  1. 一種調整電子設備的處理能力的方法，包括：根據在當前顯示刷新間隔中的處理器的第一空閒時間來確定一個或多個該處理器的第一增加值；以及根據該第一增加值調整該處理器的處理能力；其中，該當前顯示刷新間隔是以當前垂直同步脈衝和先前垂直同步脈衝為界限；或者該當前顯示刷新間隔是以該處理器開始處理幀資料的第一時刻和處理的該幀資料被取回以用於屏幕顯示的第二時刻為界限。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，還包括：根據在先前顯示刷新間隔中的該處理器的第二空閒時間來確定該處理器的第二增加值；其中，進一步根據該第二增加值來確定該第一增加值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，還包括：產生該處理器是否被配置為處理與觸摸事件相關的幀資料的確定結果；其中，進一步根據該確定結果調整該處理器的處理能力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該處理能力包括下列中的至少一個：每個該處理器的相應時脈頻率；每個該處理器的激活的核的相應數量；以及每個該處理器的該激活的核的相應類型。
  5. 一種電子設備，包括：一個或多個處理器；以及 存儲器，存儲當由該處理器執行時使得該電子設備執行用於調整其處理能力的方法的指令，該方法包括：根據在當前顯示刷新間隔中的處理器的第一空閒時間來確定一個或多個該處理器的第一增加值；以及根據該第一增加值調整該處理器的處理能力；其中，該當前顯示刷新間隔是以當前垂直同步脈衝和先前垂直同步脈衝為界限；或者該當前顯示刷新間隔是以該處理器開始處理幀資料的第一時刻和處理的該幀資料被取回以用於屏幕顯示的第二時刻為界限。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電子設備，其中，該方法還包括：根據在先前顯示刷新間隔中的該處理器的第二空閒時間來確定該處理器的第二增加值；其中，進一步根據該第二增加值來確定該第一增加值。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電子設備，其中，該方法還包括：產生該處理器是否被配置為處理與觸摸事件相關的幀資料的確定結果；其中，進一步根據該確定結果調整該處理器的處理能力。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之電子設備，其中，該處理能力包括下列中的至少一個：每個該處理器的相應時脈頻率；每個該處理器的激活的核的相應數量；以及每個該處理器的該激活的核的相應類型。
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