專利名稱：確定有多性能狀態(tài)能力的微處理器的轉(zhuǎn)換點(diǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及計(jì)算機(jī)處理器的功率管理，尤其涉及用于確定最佳性能級別轉(zhuǎn)換點(diǎn)的改進(jìn)的方法。
背景技術(shù)：
移動PC制造商競相在降低或至少是維持功耗的同時，提高系統(tǒng)性能。移動PC性能已經(jīng)得到了顯著的提高。然而，由于人們不希望有更大的電池，并且電池效率尚未跟上處理器的性能的發(fā)展，所以使系統(tǒng)以峰值性能運(yùn)行的電池壽命已被急劇地縮短。制造商引入了功率和性能控制的能力以延長電池壽命。例如，看電影的用戶可能希望以降低質(zhì)量為代價而降低功耗，以便把電池壽命延長到足以看完電影。功率和性能控制也被用于控制熱量。例如，如果處理器過熱，則用戶可以降低性能，由此來降低功耗以及由此而降低熱度。在典型的功率管理系統(tǒng)(PMS)中，用戶向操作系統(tǒng)(OS)的功率管理部分提供一連串的輸入?？蛇x地，所述PMS可以是該OS的嵌入部分。對于電池壽命或系統(tǒng)性能，用戶可以輸入一個優(yōu)先選擇。用戶可以指示對于DC操作的能源節(jié)約以及對于AC操作的系統(tǒng)性能最佳化。
在歷史上，功耗的降低與系統(tǒng)性能的降低有著線性關(guān)系。例如，以500Mhz運(yùn)行并使用10瓦特的系統(tǒng)，能被減緩到250Mhz及使用5瓦特。當(dāng)系統(tǒng)偶爾遇到固定工作量時，呈現(xiàn)所述線性關(guān)系的PMS在延長電池的壽命方面幾乎不提供益處。也就是說，以半速運(yùn)行兩倍長的時間的系統(tǒng)將達(dá)到同樣的耗能量。雖然該系統(tǒng)將以較低溫度運(yùn)行，但是它不會完成更多地工作。
更多的新近的系統(tǒng)通過利用在CMOS電路中的支配功耗的方程式來處理這種關(guān)系。所述方程式是P＝kV2F，其中，P是消耗的功率，k是某個常數(shù)，V是施加的電壓以及F是工作頻率。這個等式的應(yīng)用表明電壓的少許下降可能提供功耗的大幅度下降。因此，使用隨著時間來施加功率的電壓變化方案便允許利用較少的能量來完成固定的工作量，并且藉此而延長電池的壽命。一個典型的PMS將提供使用AC的高壓/高頻模式和使用DC的低壓/低頻模式。所述模式是通過軟件程序來完成的，此軟件程序檢測是否已經(jīng)插入了AC適配器，且相應(yīng)地切換模式。用戶也可以向該系統(tǒng)提供輸入，并且如果希望的話，也可以選擇不切換到低性能模式。該P(yáng)MS軟件可以結(jié)合到OS中，并向應(yīng)用和驅(qū)動器指示電源已經(jīng)改變，接著該驅(qū)動器與切換模式的固件通信。
雖然這種PMS沿長了電池壽命，但其并沒有解決性能降低的問題。當(dāng)依靠電池時，系統(tǒng)以較低頻率運(yùn)行且用戶不能充分受益于系統(tǒng)性能。如果用戶把系統(tǒng)置于高性能模式，那么就會降低電池壽命。
附圖的簡要描述本發(fā)明是通過實(shí)例的方式說明的，并不打算被局限于附圖的描述，附圖中相同的標(biāo)記表示相同的元件，其中

圖1是說明用于實(shí)施本發(fā)明的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的圖；圖2是用于實(shí)施本發(fā)明的功率控制電路的方框圖；以及圖3描述了典型的處理器的使用率的曲線圖。
詳細(xì)描述本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種在基于要求的系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換處理器性能級別的方法。性能級別是規(guī)定的工作頻率和它的相關(guān)電壓。自動轉(zhuǎn)換可以使用較少的轉(zhuǎn)換開銷，從而延長了電池壽命。本發(fā)明的一個實(shí)施例提供用于在保持系統(tǒng)響應(yīng)性的同時，進(jìn)行處理器頻率的自動調(diào)節(jié)。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，處理器可以被轉(zhuǎn)換到多重性能級別。
圖1是說明實(shí)施本發(fā)明的示例性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)100的圖。在此所描述的，處理器使用率的采樣、處理器使用率的變化的檢測，以及處理器向不同性能級別的轉(zhuǎn)換，可以在計(jì)算系統(tǒng)100中實(shí)施并被使用。計(jì)算系統(tǒng)100可以代表通用計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)，或其它類似設(shè)備。計(jì)算系統(tǒng)100的部件是示例性的，其中可以省略或添加一個或多個部件。
參照圖1，計(jì)算系統(tǒng)100包括中央處理單元102，它通過總線101耦合到顯示電路105、主存儲器104、靜態(tài)存儲器106以及大容量存儲器裝置107。計(jì)算系統(tǒng)100也可以通過總線101耦合到顯示器121、小鍵盤輸入裝置122、光標(biāo)控制器123、硬拷貝裝置124，以及輸入/輸出(I/O)裝置125。計(jì)算系統(tǒng)100可以包括如下所述的頻率和電壓調(diào)整電路。
總線101是用來傳遞信息和信號的標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)總線。處理器102是計(jì)算系統(tǒng)100的處理單元。處理器102可以用來處理計(jì)算系統(tǒng)100的信息。處理器102包括一個控制單元131、一個算術(shù)邏輯單元(ALU)132，以及若干被用來處理信息的寄存器133。
主存儲器104可以是例如隨機(jī)存取存儲器(RAM)或某些其它動態(tài)存儲裝置，用來存儲由處理器102所用的信息或指令(程序代碼)。主存儲器104也可以在由處理器102執(zhí)行指令期間存儲臨時變量或其它中間信息。靜態(tài)存儲器106，可以是諸如只讀存儲器(ROM)和/或其它靜態(tài)存儲裝置，用來存儲也為處理器102所用的信息或指令。大容量存儲裝置107可以是諸如硬盤或軟盤驅(qū)動器或光盤驅(qū)動器，用來存儲計(jì)算系統(tǒng)100的信息或指令。
顯示器121可以是例如陰極射線管(CRT)或液晶顯示器(LCD)。顯示裝置121向用戶顯示信息或圖形。計(jì)算系統(tǒng)100可以通過顯示電路105與顯示器121相接口。小鍵盤輸入裝置122是字母數(shù)字輸入裝置，用于向計(jì)算系統(tǒng)100傳遞信息和命令選擇。光標(biāo)控制器123可以是例如鼠標(biāo)、軌跡球或光標(biāo)方向鍵，用于控制顯示器121上對象的移動。硬拷貝裝置124可以是例如激光打印機(jī)，用來在紙張、膠片或其它類似介質(zhì)上打印信息。若干輸入/輸出裝置125可以耦合到計(jì)算系統(tǒng)100。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，處理器102也可以包含功率管理軟件134，以允許用戶控制工作電壓和工作頻率。所述功率管理軟件134可以配置I/O控制器150以便于根據(jù)出現(xiàn)的指定條件來方便電壓和頻率的縮放。I/O控制器150編程時鐘產(chǎn)生電路135內(nèi)的寄存器136。所述編程信息指示要如何改換時鐘信號的工作頻率。時鐘產(chǎn)生電路135監(jiān)控寄存器136并相應(yīng)地更改時鐘信號的頻率。當(dāng)確定工作頻率已被降低后，I/O控制器150生成對電源電路(未示出)的電壓更改控制信號。于是所述電源電路相應(yīng)地降低電壓。
在此所述的處理器性能級別轉(zhuǎn)換策略算法可以由包含在計(jì)算系統(tǒng)100中的硬件和/或軟件實(shí)現(xiàn)。例如，處理器102可以執(zhí)行存于機(jī)器可讀介質(zhì)諸如主存儲器104中的代碼或指令，以決定何時在支持多性能級別的處理器上轉(zhuǎn)換處理器性能級別。
機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括一種機(jī)制來提供(即，存儲和/或傳送)諸如計(jì)算機(jī)的機(jī)器可讀形式的信息。例如，機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、磁盤存儲介質(zhì)、光存儲介質(zhì)、閃存裝置。代碼或指令可以由載波信號、紅外信號、數(shù)字信號以及其它類似信號來表示。
PMS可以有到該軟件的若干輸入。所述軟件可以利用這些輸入來確定處理器的性能級別。典型地，所述輸入包括“電源”、對于AC的高性能級別以及對于DC的低性能級別；“熱”，過量負(fù)載環(huán)境考慮，如果處理器過熱則它把處理器轉(zhuǎn)換到更低(即，較低溫度)的性能級別；以及“用戶優(yōu)先選擇”，借此用戶可以在節(jié)能和提高性能之間進(jìn)行選擇。基于要求的PMS包括“處理器使用率”的輸入，以便在用戶需要較高級別的性能時轉(zhuǎn)換到一個高性能級別。本發(fā)明的一個實(shí)施例采用一種快速提高/慢速降低(FUSD)轉(zhuǎn)換策略以監(jiān)控用戶對處理器的要求(即處理器使用率)。一個可替換的實(shí)施例可以應(yīng)用慢速提高/快速降低轉(zhuǎn)換策略。所述監(jiān)控可以通過周期性地讀取處理器的時間標(biāo)記計(jì)數(shù)器(TSC)和高分辨率計(jì)時器或者利用現(xiàn)有的本地OS機(jī)制來進(jìn)行。當(dāng)處理器沒有處于睡眠狀態(tài)時，所述TSC提供有關(guān)處理器活動的信息。處理器活動和頻率的計(jì)算提供了一個給定時期內(nèi)的使用情況。圖2示出了在某些典型的工作負(fù)荷下的處理器使用率的示例性曲線圖。例如，圖2a示出了例如渲染(rendering)操作中的處理器使用率的曲線圖。如所示的，處理器使用率迅速地提高到100％附近并保持在最高水平，直到處理結(jié)束。圖2b示出了數(shù)字視頻盤(DVD)的處理器曲線圖。處理器使用率在一段延續(xù)的時間內(nèi)升高到高水平并且有時降低到明顯較低的水平。圖2c示出了空閑系統(tǒng)的處理器曲線圖。如所示的，處理器使用率除了由周期性的OS內(nèi)務(wù)處理所引起的尖峰外，都處于低水平。本發(fā)明的一個實(shí)施例將快速地檢測到高處理器使用率水平，并且把該系統(tǒng)自動切換到一個高頻率性能級別。當(dāng)處理器使用率下降時，該系統(tǒng)被自動切換到一個低性能級別。對于具有如圖2a和2c所示的處理器使用率曲線的工作量來說，在性能級別間快速轉(zhuǎn)換的能力并不是決定性的。然而，對于象如圖2b所示的工作量來說，快速檢測處理器使用率中的變化并將其轉(zhuǎn)換到最佳性能級別，可以顯著地提高能量效率。
根據(jù)本發(fā)明，每T秒測量一次處理器使用率。處理器使用率監(jiān)控周期(T)應(yīng)足夠短以致快速地檢測出處理器使用率的提高，這維持了系統(tǒng)的響應(yīng)性。然而，T不應(yīng)該太短而使處理器資源的負(fù)擔(dān)過重。當(dāng)檢測到處理器使用率高出給定閾值時，系統(tǒng)被自動切換到一個較高性能級別。當(dāng)檢測到處理器使用率低于給定閾值時，該系統(tǒng)被自動切換到一個較低性能級別。在較高和較低性能級別間的頻繁切換會加重處理器的負(fù)擔(dān)，因此該FUSD轉(zhuǎn)換策略允許從高性能級別到較低性能級別的切換不太頻繁，使得處理器使用率的快速反轉(zhuǎn)將不導(dǎo)致頻繁的切換。例如，如圖2b所示，處理器使用率在T1時刻達(dá)到了例如95％的向上切換的閾值。系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到較高性能級別。在T2時刻，處理器使用率下降到低于向下切換的閾值，例如75％，但是該系統(tǒng)并沒有轉(zhuǎn)換到一個較低性能級別。而是維持當(dāng)前性能級別，直到在T3時刻監(jiān)控處理器使用率。在T3時刻，該處理器使用率再一次高于向上切換的閾值，因此該較高性能級別被維持。在時間T4-T6，處理器使用率水平持續(xù)3T秒低于向下切換的閾值，然后該系統(tǒng)被轉(zhuǎn)換到較低性能級別。該系統(tǒng)維持在所述低性能級別水平，直到處理器使用率再次升高到超出該向上切換閾值(即，直到T9時刻)。
圖3是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的處理流程圖。如圖3所示，處理過程300在操作305開始，為當(dāng)前性能級別(即以當(dāng)前頻率)計(jì)算處理器使用率。所述計(jì)算可以每T秒完成一次。如上所述，把T選取得足夠短以便于快速檢測處理器使用率的提高，同時又不會太短以至于過度加重處理器資源的負(fù)擔(dān)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對于一個實(shí)施例，發(fā)現(xiàn)150毫秒(ms)的T值是適合于具有典型處理器使用率曲線圖的典型系統(tǒng)的。在操作310中，該系統(tǒng)確定處理器使用率是否超出了規(guī)定的向上切換的閾值。對于本發(fā)明的一個實(shí)施例來說，該向上切換的閾值被規(guī)定為當(dāng)前性能級別的95％。如果處理器使用率超出了該規(guī)定的向上切換的閾值，則在操作315中，系統(tǒng)確定處理器使用率超出所述閾值的時間是否比向上切換的周期長。所述向上切換的周期可以等于一個或更多處理器使用率監(jiān)控周期T。對于一個實(shí)施例來說，該處理器監(jiān)控周期等于150ms而向上切換周期等于300ms。
如果處理器使用率超過向上切換閾值的時間還沒有比向上切換的周期長，那么在操作325該系統(tǒng)等待，直到下一個處理器使用率監(jiān)控周期T期滿，以及返回操作305。如果處理器使用率超出向上切換閾值的時間已經(jīng)比向上切換的周期長，則在操作320自動地把該系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下一個較高性能級別，并接著如上所述地進(jìn)行到操作325。
再次參看操作310，如果該系統(tǒng)確定處理器使用率沒有高出向上切換的閾值，則在操作330中，該系統(tǒng)確定處理器使用率是否低于一個規(guī)定的向下切換的閾值。對于本發(fā)明的一個實(shí)施例來說，所述向下切換的閾值被規(guī)定為下一個較低性能級別的95％。如果處理器使用率低于該規(guī)定的向下切換的閾值，則在操作335中，所述系統(tǒng)確定處理器使用率低于規(guī)定向下切換閾值的時間是否已經(jīng)比向下切換的周期長。該向下切換的周期可以不同于該向上切換的周期。在一個實(shí)施例中，向上切換的周期等于300ms，而向下切換的周期等與1000ms。如果處理器使用率低于向下切換閾值的時間已經(jīng)長于向下切換的周期，則在操作325中所述系統(tǒng)等待，直到下一個處理器使用率監(jiān)控周期T期滿，并返回操作305。如果處理器使用率低于向下切換閾值的時間已經(jīng)長于向下切換的周期，則在操作340，該系統(tǒng)自動地轉(zhuǎn)換到下一個較低性能級別，且接著如上所述進(jìn)行到操作325。
再次參看操作330，如果系統(tǒng)確定處理器使用率不低于該向下切換的閾值，則在操作325該系統(tǒng)等待，直到下一個處理器使用率監(jiān)控周期T期滿，并返回到操作305。
在前述說明中，已經(jīng)參照其特定的示范性實(shí)施例描述了所述發(fā)明。然而，顯然可以對其做出各種修改和改變，而不脫離所附權(quán)利要求中所闡明的本發(fā)明更寬的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)該視為說明性的而不是限制性的。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括監(jiān)控具有處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理器使用率，所述處理器具有多個性能級別；以及如果確定該處理器使用率對于規(guī)定的時間持續(xù)高于向上切換的水平，則自動把該處理器轉(zhuǎn)換到一個較高性能級別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于性能級別的數(shù)量是2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于向上切換的水平大約是當(dāng)前處理器性能級別的95％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如果確定處理器使用率對于規(guī)定的時間持續(xù)低于向下切換的水平，則在有下一個較低性能級別的情況下自動把該處理器轉(zhuǎn)換到該下一個較低性能級別。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述向下切換的水平大約是該下一個較低處理器性能級別的95％。
6.一種裝置，包括處理器；接收第一信號的第一輸入節(jié)點(diǎn)，所述第一信號指示處理器使用率對于第一時間周期已經(jīng)超過第一閾值，使得響應(yīng)于該第一信號而把該處理器轉(zhuǎn)換到一個較高性能級別；以及接收第二信號的第二輸入節(jié)點(diǎn)，所述第二信號指示處理器使用率對于第二時間周期已經(jīng)降到第二閾值以下，使得響應(yīng)于該第二信號而把該處理器轉(zhuǎn)換到一個較低性能級別。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于該第一閾值大約是當(dāng)前處理器性能級別的95％。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于第一時間周期等于第二時間周期。
9.一種提供可執(zhí)行指令的機(jī)器可讀介質(zhì)，當(dāng)由一個處理系統(tǒng)執(zhí)行所述指令時，使上述處理系統(tǒng)執(zhí)行一種方法，該方法包括周期性地監(jiān)控具有處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理器使用率，所述處理器具有多個性能級別；以及如果確定該處理器使用率對于規(guī)定的時間已經(jīng)持續(xù)高于向上切換的水平，則自動把該處理器轉(zhuǎn)換到一個較高性能級別。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其特征在于性能級別的數(shù)目是2。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其特征在于向上切換的水平大約是當(dāng)前處理器性能級別的95％。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，進(jìn)一步包括當(dāng)處理器使用率對于規(guī)定時間已經(jīng)持續(xù)低于向下切換的水平時，如果有下一個較低性能級別，就自動把該處理器轉(zhuǎn)換到該下一個較低性能級別。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其特征在于，處理器使用率已經(jīng)持續(xù)高于向上切換的水平而把該處理器轉(zhuǎn)換到較高性能級別的規(guī)定時間周期，不同于處理器使用率已經(jīng)持續(xù)低于向下切換的水平而把該處理器轉(zhuǎn)換到下一個較低性能級別的規(guī)定時間周期。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其特征在于，向下切換的水平大約為下一個較低處理器性能級別的95％。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其特征在于，處理器使用率持續(xù)高于向上切換的水平而把該處理器轉(zhuǎn)換到較高性能級別的規(guī)定時間周期大于處理器使用率監(jiān)控周期。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)器可讀介質(zhì)，其特征在于，處理器使用率持續(xù)低于向下切換的水平而把該處理器轉(zhuǎn)換到下一個較低性能級別的規(guī)定時間周期等于處理器使用率監(jiān)控周期。
全文摘要
一種在基于要求的系統(tǒng)中自動把處理器轉(zhuǎn)換到另一個性能級別的方法。本發(fā)明提供用于在保持系統(tǒng)響應(yīng)性的同時進(jìn)行處理器頻率的自動調(diào)節(jié)。本發(fā)明的性能級別策略算法足夠快地檢測處理器使用率的提高，以便向比得上最大系統(tǒng)性能的更高性能級別轉(zhuǎn)換。所述性能級別比得上最大系統(tǒng)性能。本發(fā)明實(shí)施例的性能級別策略算法延遲了處理器向較低性能級別的轉(zhuǎn)換，使得所要求的快速反轉(zhuǎn)不會促成不必要的轉(zhuǎn)換。
文檔編號G06F1/04GK1613044SQ02806816
公開日2005年5月4日 申請日期2002年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月19日
發(fā)明者M·C·瓦爾茲, G·M·特里恩 申請人:英特爾公司