專利名稱：電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方法
電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源管理技術(shù)，特別是一種電源管理技術(shù)中的動(dòng) 態(tài)電壓頻率調(diào)整方法。背景技術(shù)：
數(shù)字化電源需求近來(lái)已大幅攀升。前沿半導(dǎo)體制程技術(shù)不但讓器 件變得更小更快，它們還需要更低(密度更大)的供應(yīng)電壓和更高的 供應(yīng)電流；在此同時(shí)，最終系統(tǒng)的功能持續(xù)提升，體積和平均售價(jià)則 不斷下降。這些因素迫使電源供應(yīng)設(shè)計(jì)人員隨著產(chǎn)品世代交替不斷開(kāi) 發(fā)更精確、響應(yīng)速度更快、效率更高、體積更小和成本更低的電源供 應(yīng)。面對(duì)這些問(wèn)題，傳統(tǒng)模擬控制解決方案正逐漸變得束手無(wú)策。 電源設(shè)計(jì)是手持設(shè)備設(shè)計(jì)中的一大難題，也是限制手持設(shè)備減小 體積和擴(kuò)展功能的一大瓶頸。在這一類嵌入式系統(tǒng)中，CPU集成較多 外設(shè)控制器，并且為實(shí)現(xiàn)諸多復(fù)雜功能，系統(tǒng)中外擴(kuò)許多控制芯片。 因此造成了系統(tǒng)電壓軌較多、功耗大的局面?，F(xiàn)在的手持設(shè)備，大都 要求有工作模式、睡眠模式等不同的工作模式，在電源管理上，對(duì)設(shè) 計(jì)者也提出了更高的要求；又不能收集系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)荷狀態(tài)，節(jié)能效 果不顯著；電源管理和實(shí)時(shí)性能要求之間的復(fù)雜關(guān)系處理不夠精確和 高效。同時(shí)隨著系統(tǒng)速度的提升也加速了設(shè)備功耗的提升，縮短了電 池續(xù)航能力，系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和可靠性也隨之受到極大的影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺 陷，提供一種電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方法。本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案解決了其技術(shù)問(wèn)題 一種電源管理技 術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方法，其特征在于包括以下步驟-通過(guò)系統(tǒng)的CPU負(fù)荷監(jiān)控模塊采集來(lái)自不同I.MX處理器功能單元 的硬件信號(hào)將采樣后的處理信息分別寫進(jìn)硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器的 相應(yīng)寄存器，以及CPU負(fù)荷日志的相應(yīng)寄存器；通過(guò)操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)讀取CPU負(fù)荷日志的信息，分析后輸出動(dòng)態(tài)信息到操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊中；通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口讀取動(dòng)態(tài)處理溫度補(bǔ)償(DPTC) 處理后的信息；通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口讀取硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制 器處理后的信息； .通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口讀取操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模 塊處理后的信息；將上述處理后的信息通過(guò)相關(guān)的算法分析，輸出相應(yīng)的信息給頻 率調(diào)整單元，以及電壓調(diào)整單元，從而完成系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)頻 率和電壓。本發(fā)明是根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的性能需求調(diào)整系統(tǒng)的工作頻率。通過(guò)降 低系統(tǒng)頻率，可以相應(yīng)的降低系統(tǒng)工作電壓，達(dá)到動(dòng)態(tài)減少功耗的目的。本發(fā)明可運(yùn)用在各種嵌入式系統(tǒng)設(shè)備和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，如便攜式多 媒體播放器，MP3播放機(jī)，智能手機(jī)，攝錄機(jī)等多種手持式設(shè)備和產(chǎn) 品。大大改善傳統(tǒng)簡(jiǎn)單電源管理技術(shù)帶來(lái)電池的使用時(shí)間短，系統(tǒng)穩(wěn) 定性，可靠性差等缺點(diǎn)。同時(shí)也可以與其他多種節(jié)能模式相結(jié)合。比 起傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同樣容量的電池，本發(fā)明可以提高系統(tǒng)使用時(shí)間一倍 以上。
附圖為本發(fā)明動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整機(jī)制圖。圖中各序號(hào)分別表示為IO —?jiǎng)討B(tài)處理溫度補(bǔ)償(DPTC)11一操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)12—操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊13 —鎖相環(huán)PLL和電源供給接口14一頻率調(diào)整單元15 —電壓調(diào)整單元16 —CPU負(fù)荷日志17 —硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器 18—CPU負(fù)荷監(jiān)控模塊具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)施例以及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。 任何一個(gè)設(shè)備的功耗于兩部分組成，即動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗p (總)=p (動(dòng)態(tài))+p (靜態(tài))在系統(tǒng)激活模式中，動(dòng)態(tài)功耗應(yīng)該被考慮，如當(dāng)數(shù)字信號(hào)變化， 模擬電路改變狀態(tài)時(shí)等因?yàn)樵O(shè)備需要完成用戶功能而發(fā)生的操作變 化時(shí)。動(dòng)態(tài)功耗定義如下p(動(dòng)態(tài))=c (電容)x y2 (電壓)x f (頻率)在公式中，電壓是被平方，所以對(duì)動(dòng)態(tài)功耗的大小提供了更大的 作用，對(duì)電池的使用時(shí)間影響更大。另一方面，在設(shè)備運(yùn)行模式中動(dòng)態(tài)功耗要比靜態(tài)功耗大的多，但 是在設(shè)備處于不運(yùn)行模式占主導(dǎo)位置時(shí)，靜態(tài)功耗對(duì)設(shè)備的使用時(shí)間起了一個(gè)至關(guān)重要的因素，如手機(jī)處于待機(jī)模式，pda處于關(guān)閉模式等等。在典型的使用案例中，待機(jī)模式的時(shí)間是運(yùn)行模式時(shí)間的10倍長(zhǎng)。
p (靜態(tài))二f(漏流)靜態(tài)功耗是漏流的一個(gè)函數(shù)，它主要依賴于所使用的制造工藝， 尺寸，三極管的電壓等等。由此，本發(fā)明所述的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整技術(shù)降低了動(dòng)態(tài)功耗。請(qǐng)參照附圖，本發(fā)明包括以下步驟 .通過(guò)系統(tǒng)的cpu負(fù)荷監(jiān)控模塊18采集來(lái)自不同工.mx處理器功能單 元的硬件信號(hào)。將采樣后的處理信息分別寫進(jìn)硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器17的相應(yīng)寄存器，以及CPU負(fù)荷日志16的相應(yīng)寄存器。即將上述采樣后的信息通過(guò)與先前定義的可編程的度量衡比較， 一旦系統(tǒng)負(fù)荷改變， 跨越開(kāi)始設(shè)定的邊界值后分別發(fā)送命令輸出給硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器17的相應(yīng)寄存器，以及CPU負(fù)荷日志16的相應(yīng)寄存器。通過(guò)操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)ll讀取CPU負(fù)荷日志16的信息，分析后輸 出動(dòng)態(tài)信息到操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊12中。即將通過(guò)操作系統(tǒng)/ 軟件驅(qū)動(dòng)1U賣取CPU負(fù)荷日志16的信息，通過(guò)軟件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整 算法分析系統(tǒng)行為，經(jīng)編程頻率一電壓式樣寄存器提供所需要的調(diào) 整，再輸出動(dòng)態(tài)信息參數(shù)到操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊12中，若系 統(tǒng)負(fù)荷突然跳變到初始設(shè)定的最大性能值，系統(tǒng)即改變電壓和頻率到 最高的等級(jí)。在這種情況下，系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間是可以忽略的，因?yàn)槊?個(gè)任務(wù)是被硬件自動(dòng)完成的，不需要考慮CPU的狀態(tài)和軟件操作系統(tǒng) 進(jìn)程策略。通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口13讀取動(dòng)態(tài)處理溫度補(bǔ)償(DPTC) IO處理后的信息；通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口 13讀取硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控 制器17處理后的信息；通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口 13讀取操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口 模塊12處理后的信息；將上述處理后的信息通過(guò)相關(guān)的算法分析，輸出相應(yīng)的信息給頻 率調(diào)整單元14，以及電壓調(diào)整單元15。即通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口13讀取動(dòng)態(tài)處理溫度補(bǔ)償(DPTC)10發(fā)出的指令、硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器17發(fā)出的指令， 以及操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊12發(fā)出的指令，改變相關(guān)的寄存器 參數(shù)設(shè)置，然后再輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)給頻率調(diào)整單元14的相應(yīng)寄存器， 以及電壓調(diào)整單元15的相應(yīng)寄存器，從而完成系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)頻率和電壓。本發(fā)明所述的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方法是在給定的時(shí)段，提供給系 統(tǒng)運(yùn)行最小頻率應(yīng)用的電壓降低到最小操作電壓。本發(fā)明設(shè)置了自動(dòng) 硬件調(diào)節(jié)機(jī)制，通過(guò)使用最小的軟件參與，來(lái)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率和電 壓。系統(tǒng)性能需求是被通過(guò)硬件采樣I. MX處理器內(nèi)部的信號(hào)所監(jiān)控， 如CPU的執(zhí)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)總線請(qǐng)求狀態(tài)和信號(hào)等，以確保最低的電壓 被使用。
權(quán)利要求
1. 一種電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方法，其特征在于包括以下步驟通過(guò)系統(tǒng)的CPU負(fù)荷監(jiān)控模塊(18)采集來(lái)自不同I.MX處理器功能單元的硬件信號(hào)；將采樣后的處理信息分別寫進(jìn)硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器(17)的相應(yīng)寄存器，以及CPU負(fù)荷日志(16)的相應(yīng)寄存器；通過(guò)操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)(11)讀取CPU負(fù)荷日志(16)的信息，分析后輸出動(dòng)態(tài)信息到操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊(12)中；通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口(13)讀取動(dòng)態(tài)處理溫度補(bǔ)償(DPTC)(10)處理后的信息；通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口(13)讀取硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器(17)處理后的信息；通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口(13)讀取操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊(12)處理后的信息；將上述處理后的信息通過(guò)相關(guān)的算法分析，輸出相應(yīng)的信息給頻率調(diào)整單元(14)，以及電壓調(diào)整單元(15)，從而完成系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)頻率和電壓。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方 法，其特征在于通過(guò)系統(tǒng)的CPU負(fù)荷監(jiān)控模塊(18)采集來(lái)自不同 I.MX處理器功能單元的硬件信號(hào)，與先前定義的可編程的度量衡比較， 一旦系統(tǒng)負(fù)荷改變，跨越開(kāi)始設(shè)定的邊界值后分別發(fā)送命令輸出給硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器(17)的相應(yīng)寄存器，以及CPU負(fù)荷 日志(16)的相應(yīng)寄存器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方 法，其特征在于通過(guò)操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)(ll)讀取CPU負(fù)荷日志(16) 的信息，通過(guò)軟件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整算法分析系統(tǒng)行為，經(jīng)編程頻率 一電壓式樣寄存器提供所需要的調(diào)整，再輸出動(dòng)態(tài)信息參數(shù)到操作系 統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊(12)中，若系統(tǒng)負(fù)荷突然跳變到初始設(shè)定的 最大性能值，系統(tǒng)即改變電壓和頻率到最高的等級(jí)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方 法，其特征在于通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口 (13)讀取動(dòng)態(tài)處 理溫度補(bǔ)償(DPTC) (10)發(fā)出的指令和硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制 器(17)發(fā)出的指令，以及操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊(12)發(fā)出 的指令，改變相關(guān)的寄存器參數(shù)設(shè)置，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)給頻率調(diào)整單 元(14)的相應(yīng)寄存器，以及電壓調(diào)整單元(15)的相應(yīng)寄存器，從 而完成系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)頻率和電壓。
全文摘要
一種電源管理技術(shù)中的動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整方法，其步驟采集不同硬件信號(hào)；寫入硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器及CPU負(fù)荷日志的相應(yīng)寄存器；通過(guò)操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)讀取CPU負(fù)荷日志信息，分析后輸入其接口模塊中；并通過(guò)鎖相環(huán)PLL和電源供給接口讀取動(dòng)態(tài)處理溫度補(bǔ)償、硬件動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整控制器、操作系統(tǒng)/軟件驅(qū)動(dòng)接口模塊處理后的信息；并通過(guò)相關(guān)的算法分析，輸給相應(yīng)的頻率調(diào)整和電壓調(diào)整單元，從而完成調(diào)整系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)電壓頻率。本發(fā)明根據(jù)系統(tǒng)性能需求調(diào)整其工作頻率，相應(yīng)降低系統(tǒng)工作電壓，減少動(dòng)態(tài)功耗。大大改善傳統(tǒng)簡(jiǎn)單電源管理技術(shù)帶來(lái)電池的使用時(shí)間短，系統(tǒng)穩(wěn)定性，可靠性差等缺點(diǎn)。可運(yùn)用便攜式多媒體播錄放器，智能手機(jī)等各種嵌入式系統(tǒng)設(shè)備。
文檔編號(hào)G06F1/26GK101281415SQ20071003925
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者林 廖, 晟 張, 石萬(wàn)群 申請(qǐng)人:上海摩飛電子科技有限公司