[發明專利]動態電壓頻率調整觸發裝置和方法

有效

• 申請號: 201310217616.X
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103345296A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 嚴力科
• 申請（專利權）人: 三星半導體（中國）研究開發有限公司;三星電子株式會社
• 主分類號: G06F1/32
• 分類號: G06F1/32
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡;劉奕晴

技術領域

本申請涉及處理器控制領域，更具體地，涉及一種動態電壓頻率調整觸發裝置和方法。

背景技術

動態電壓頻率調整（DVFS）是一種根據芯片所運行的應用程序對計算能力的不同需要動態地調節芯片的運行頻率和電壓（對于同一芯片，頻率越高，需要的電壓也越高）的技術，降低頻率可以降低功率，但是單純地降低頻率并不能節省能量，只有在降低頻率的同時降低電壓，才能真正地降低能量消耗，達到節能的目的。

目前許多芯片支持DVFS，比如Intel公司的芯片支持SpeedStep，ARM公司的芯片支持IEM（Intelligent?Energy?Manager）和AVS（Adaptive?Voltage?Scaling）等，但是要讓DVFS發揮作用，真正地實現節能，需要軟件與硬件的綜合設計。在現有軟件與硬件協同工作的方法中，硬件只是提供動態調頻調壓的支持和接口，而軟件則需要周期性的計算當前處理器的負載，通過特定的策略決策是否需要對電壓和頻率進行調節。

現有技術的DVFS原理如下：操作系統中的DVFS模塊在初始化和每次DVFS任務觸發執行后，都將下次DVFS任務放入延遲工作隊列中，以這種方式反復對處理器進行DVFS決策和調整。其中，每次DVFS任務的內容包括：根據系統記錄的信息，計算當前負載；根據系統的當前負載，預測系統在下一時間段需要的性能；將預測的性能轉換成需要的頻率，從而調整芯片的時鐘設置；根據新的頻率計算相應的電壓，通知電源管理模塊調整CPU的電壓。

現有技術的DVFS方法通過延遲工作隊列技術實現周期性的檢查處理器上的工作負載，進行DVFS決策和設置。這種方法雖然能夠正常工作，但是存在如下問題：

一、軟件模塊周期性檢查只能以延時周期為窗口對處理器在周期內的平均負載進行計算，如果延時過長則不能及時反映處理器的負載變化，而延時過短又會導致該軟件模塊的頻繁執行，增加系統開銷；

二、由于每次軟件模塊進行負載的計算和決策前，無從知曉處理器的負載情況，很可能發生軟件模塊多次執行，而實際上并不需要進行DVFS調節的情況，浪費了模塊執行的代價。

發明內容

根據本發明的一方面，提供了一種動態電壓頻率調整（DVFS）觸發裝置，包括：定時器，當定時周期結束時，對空閑率計算器和DVFS中斷發生器進行觸發；空閑率計算器，基于所述觸發計算結束的定時周期內的處理器空閑率；DVFS中斷發生器，基于所述觸發確定結束的定時周期內的處理器空閑率是否超出當前處理器功耗級別的上限或者下限，如果超出當前處理器功耗級別的上限或者下限，則發出中斷信號；以及存儲器，存儲包括處理器各個功耗級別的上限和下限的處理器功耗級別界限表。

空閑率計算器可通過將結束的定時周期結束時的處理器周期計數與結束的定時周期的上一個定時周期結束時的處理器周期計數相減來獲得結束的定時周期內的處理器周期數，通過將結束的定時周期結束時的處理器指令發射空閑周期計數與結束的定時周期的上一個定時周期結束時的處理器指令發射空閑周期計數相減來獲得結束的定時周期內的處理器指令發射空閑的周期數，并將處理器指令發射空閑的周期數與處理器周期數的比值作為結束的定時周期內的處理器空閑率。

可以以查找表形式實現處理器功耗級別界限表。

當前處理器功耗級別可被提供給存儲器，從而DVFS中斷發生器以當前處理器功耗級別為索引對功耗級別界限表進行訪問。

DVFS觸發裝置的初始化參數可包括：結束的定時周期的上一個定時周期結束時的處理器周期計數、結束的定時周期的上一個定時周期結束時的處理器指令發射空閑周期計數、定時周期以及當前處理器功耗級別。

在DVFS中斷發生器發出中斷信號之后，操作系統（OS）中所述中斷信號的服務例程可通知OS中的DVFS模塊，DVFS模塊根據預定策略進行決策以確定是否對處理器頻率和電壓執行調節，并根據執行結果對DVFS觸發裝置進行重置。