專利名稱：用于控制電源電壓的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制電源電壓的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明屬于主動電源管理領(lǐng)域(AMP)，其意味著在主動模式下處理器時鐘頻率和核電源電壓(Vdd)的短期控制以最小化功耗。主動電源管理通常是由快速電源管理組件控制，其中時鐘頻率和電壓每隔幾百微秒需要修正?；诙唐诘膽?yīng)用需要做出決定。為了正確地運轉(zhuǎn)，要求許多計算系統(tǒng)運行在特定的速度。例如，為了實時處理呼叫數(shù)據(jù)以允許終端的操作者參加與另一個人的實時通信而且不掉線，無線通信網(wǎng)絡(luò)的移動終端中的處理器要求操作在特定的速度。這僅是要求操作在特定的速度的計算系統(tǒng)的一個示 例。為操作在特定的速度，用于計算系統(tǒng)中的時鐘信號的頻率要求為至少一個特定的閾值。為了使計算系統(tǒng)操作在高時鐘頻率，要求對應(yīng)的高電源電壓。然而，當用于計算系統(tǒng)中的電源電壓增大時，計算系統(tǒng)使用的功率也增大，這是不利的。這就期望保持低電源電壓，但也不能太低以致使得計算系統(tǒng)不能操作在所需的時鐘頻率。自動跟蹤軟件可以用來選擇所需的電源電壓用于計算系統(tǒng)中。例如AVS(自動電壓控制)函數(shù)可以用來選擇電源電壓。在試圖適應(yīng)計算系統(tǒng)上運行的軟件時設(shè)置電源電壓。具體地，由于表示為所執(zhí)行軟件的操作的結(jié)果的電源電流可比電源電壓調(diào)節(jié)器電路能夠反應(yīng)的變化更快，因此當執(zhí)行軟件時，電源電壓將發(fā)生波動。電源電壓中的這種改變被稱為電源“跳動”、“下降”、“瞬態(tài)響應(yīng)”或簡單“噪音”。電壓調(diào)節(jié)器電路和其至計算系統(tǒng)的連接將包含電感和電容組件，因此，將會帶來諧振頻率，如果在激起這些諧振的頻率上軟件碰巧造成負載瞬變，那么該諧振頻率可增大電壓“跳動”的影響。如果電源電壓變得太低，那么計算系統(tǒng)的關(guān)鍵時序路徑中的邏輯能夠失敗并且一些電路能夠在任何速度下均不工作。例如，WRITE操作，尤其是至6晶體管靜態(tài)隨機存取存儲器(存儲器)單元，在低電源電壓條件下可能很容易故障。為了避免計算系統(tǒng)中關(guān)鍵路徑的故障，實施電壓裕度，使得在正常操作條件下電源電壓設(shè)置為比在當前時鐘頻率下關(guān)鍵路徑所需的最低電壓略高(高電壓裕度的數(shù)量)。該電壓裕度允許由于操作軟件而使電壓略下降而不下降至防止關(guān)鍵路徑故障所需的最小值以下。典型地選擇電壓裕度以覆蓋制造和軟件變化性(即軟件的因素)。選擇電壓裕度為對于在特定的速度的計算系統(tǒng)的關(guān)鍵路徑中的任何部件均被認為是“安全”的水平。附加的電壓裕度增大計算系統(tǒng)在操作時的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人已經(jīng)意識到計算系統(tǒng)中大部分部件不要求如計算系統(tǒng)中目前所提供的大的電壓裕度。因此，這些部件操作能在較低的電壓裕度下操作，從而減少計算系統(tǒng)的功耗。另一方面一些部件要求比當前提供的電壓裕度更大的裕度例如，當部件老化時，它們可能開始要求更大的電壓裕度。本文提供一種方法和系統(tǒng)，用于調(diào)整用于計算系統(tǒng)中的電壓裕度以適應(yīng)具體的計算系統(tǒng)。通過這種方法，電壓裕度可以優(yōu)化用于特定的計算系統(tǒng)，從而減少功耗和/或減少計算系統(tǒng)的關(guān)鍵路徑中的故障。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種控制計算系統(tǒng)中電源電壓的方法，該方法包括存儲電壓依賴性參數(shù)，用于設(shè)置計算系統(tǒng)的電源電壓；基于所存儲的參數(shù)設(shè)置用于計算系統(tǒng)的電源電壓；檢測計算系統(tǒng)的崩潰并且基于此確定用于計算系統(tǒng)中的調(diào)整后的電壓依賴性參數(shù)值；基于調(diào)整后的參數(shù)設(shè)置調(diào)整后的電源電壓；并且存儲調(diào)整后的參數(shù)用于計算系統(tǒng)的進一步使用。電壓依賴性參數(shù)(電壓相關(guān)的指示)可以是用于計算系統(tǒng)中的電壓裕度，或?qū)⒂绊戨娫措妷涸６鹊娜我馄渌蓽y量的和可控的參數(shù)。例如，如果已經(jīng)通過使用位于計算系統(tǒng)中的電源電壓依賴性振蕩器的希望頻率和所觀察頻率之間的差作為反饋對電源電壓進行控制，那么裕度設(shè)置可表示為與所述振蕩器的希望頻率的偏移。在這種情況下將裕度表示并存儲為頻率值，但仍可能影響電源電壓裕度。根據(jù)本發(fā)明的第二個方面提供一種計算系統(tǒng)，該計算系統(tǒng)包括存儲裝置，用于存·儲指示，用于設(shè)置計算系統(tǒng)的電源電壓；設(shè)置裝置，用于基于所存儲的指示設(shè)置用于計算系統(tǒng)的電源電壓；確定裝置，用于檢測計算系統(tǒng)的崩潰，并基于此確定用于計算系統(tǒng)中的調(diào)整后的指示;其中計算系統(tǒng)配置為基于調(diào)整后的指示設(shè)置調(diào)整后的電源電壓，并存儲調(diào)整后的指示用于計算系統(tǒng)的進一步使用。在優(yōu)選實施例中，電壓裕度設(shè)置為低于一些所制造的部件的“安全”水平的水平。這樣，計算系統(tǒng)的功耗減少。然而，由于當電源電壓下降太低時計算系統(tǒng)的關(guān)鍵路徑故障，電壓裕度的減少可能導致一些所制造的計算系統(tǒng)崩潰。計算系統(tǒng)允許偶爾崩潰。需要一些時間用于“監(jiān)視時鐘”暫停和計算系統(tǒng)崩潰后重新啟動。當計算系統(tǒng)在崩潰后重新啟動，電壓裕度增大。這樣，因為低的電源電壓使計算系統(tǒng)再次崩潰可能性較小。然而，如果計算系統(tǒng)的部件在低的電壓裕度下工作而沒有崩潰，那么計算系統(tǒng)中使用低的電壓裕度，從而減少功耗。通過響應(yīng)于檢測到計算系統(tǒng)的崩潰來調(diào)整電壓裕度，電壓裕度可以調(diào)劑變?yōu)橛糜谟嬎阆到y(tǒng)的最優(yōu)電壓裕度，即不會導致計算系統(tǒng)中故障的最低的電壓裕度。然而，由于缺乏電壓裕度的電路故障可能并不是崩潰的惟一原因。例如，軟件的錯誤可偶爾引起系統(tǒng)崩潰。當這發(fā)生時，電壓裕度不必要地增大。為了消除這種情況，如果計算系統(tǒng)一段時間沒有崩潰，如24小時，這可能是當前使用的電壓裕度太高并且計算系統(tǒng)實際上可操作在相對低的電壓裕度上的跡象。在這種情況中，可減小電壓裕度。這將減少計算系統(tǒng)的功耗。如果減少裕度導致崩潰，那么容易再增大裕度。這種裕度減少的頻率是保持相對低，以免由于太多的崩潰和重新啟動操作造成對用戶的明顯的擾亂。在用于當崩潰發(fā)生時增加電壓裕度的方法和用于當沒發(fā)生崩潰時減小電壓裕度的方法兩者都被實施的情況下，電壓裕度可有利地調(diào)整為對計算系統(tǒng)的當前情形為最優(yōu)的。與如現(xiàn)有技術(shù)中使用固定的電壓裕度不同，發(fā)明人以及意識到根據(jù)計算系統(tǒng)中崩潰的發(fā)生調(diào)整電壓裕度是有利的。這樣，可優(yōu)化電壓裕度。


為了更好地理解本發(fā)明和示出如何實施本發(fā)明，現(xiàn)在將通過示例參考以下附圖，其中圖I是根據(jù)優(yōu)選實施例的計算系統(tǒng)的示意表達；以及圖2是根據(jù)優(yōu)選實施例的控制電源電壓的過程的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考圖I和2通過示例的方式描述優(yōu)選實施例。僅通過示 例的方式來描述該優(yōu)選實例并且優(yōu)選實施例的具體特征不意在限制保護范圍，由權(quán)利要求定義保護范圍。圖I為根據(jù)優(yōu)選實施例的計算系統(tǒng)100的示意圖。計算系統(tǒng)100包括處理器(CPU) 102、主動電源管理(APM)應(yīng)用104、存儲器106、計時器108和診斷寄存器110。如圖I所示，CPU 102耦合至APM應(yīng)用104、存儲器106、計時器108和診斷寄存器110中的每個。APM應(yīng)用104配置為控制計算系統(tǒng)中使用的電源電壓和時鐘頻率。計算系統(tǒng)包括可調(diào)電壓源(圖I中沒示出)，其可由APM應(yīng)用104控制從而調(diào)整提供至CPU 102的電源電壓。這樣，APM應(yīng)用104可以確保充足的時鐘頻率用于運行在CPU 102上的特定的軟件，同時控制電源電壓使得提供充足的電源電壓以允許CPU 102在所選的時鐘頻率操作。如上所描述，APM應(yīng)用104采用電壓裕度以保持電源電壓比要求的最低電壓略微高(高電壓裕度的數(shù)量)。這減少電源電壓降低到用于CPU 102的關(guān)鍵路徑中的處理的要求的最低電壓情況以下的發(fā)生，并從而減少了計算系統(tǒng)100崩潰的頻率?，F(xiàn)參考圖2描述控制電源電壓的方法。在步驟S202中，確定用于計算系統(tǒng)100中每個部件的合適的電壓裕度并且將“安全”電壓裕度的指示存儲在存儲器106中。存儲器106是非易失性存儲器，使得當計算系統(tǒng)100關(guān)閉時將電壓裕度維持在存儲器106中。在可選實施例中，存儲器106是易失性存儲器，如隨機存取存儲器(RAM)，其通過CPU 102加載電壓指示，例如當計算系統(tǒng)100重新啟動時。當計算系統(tǒng)100重新啟動時，在計算系統(tǒng)初始化的同時選擇高的電源電壓(即，t匕具有“安全”電壓裕度的電壓水平高)。一旦系統(tǒng)已經(jīng)初始化，電源電壓設(shè)置為具有電壓裕度，該電壓裕度通過存儲在存儲器106中的電壓指示來指示。在步驟S204基于存儲器106中存儲的電壓裕度設(shè)置電源電壓。APM應(yīng)用104相應(yīng)地設(shè)置電源電壓。最初，電源電壓裕度設(shè)置為低于關(guān)鍵路徑中部件的“安全”水平。這減小了當計算系統(tǒng)100運行時其功耗。然而，如果電源電壓對于CPU 102在所選時鐘頻率正確操作過低，崩潰可能發(fā)生。在步驟S206中檢測計算系統(tǒng)100的崩潰。崩潰可能由于電源電壓過低。崩潰可能反而是由于其他原因，如軟件故障。計時器108例如為監(jiān)視時鐘，其實現(xiàn)以規(guī)律速率增加的計數(shù)器。在計算系統(tǒng)100正常操作期間，在CPU 102上運行的軟件以規(guī)律間隔重新設(shè)置監(jiān)視時鐘108以防止計數(shù)器達到閾值水平。然而，如果發(fā)生崩潰，計數(shù)器繼續(xù)增大并達到閾值水平(因為不被軟件重新設(shè)置)。當計數(shù)器達到閾值水平，其使計算系統(tǒng)100重新啟動。這確保計算系統(tǒng)100能快速地從崩潰恢復(fù)(典型地在發(fā)生崩潰后幾秒(如2秒)內(nèi))。當系統(tǒng)重新啟動時，監(jiān)視時鐘108的值可用于確定由于計算系統(tǒng)100的崩潰發(fā)生了重新啟動。如果監(jiān)視時鐘108具有閾值，那么這表明崩潰造成重新啟動，然而如果重新啟動是正常的重新啟動(如，當用戶開啟計算系統(tǒng)100)，監(jiān)視時鐘108典型地將具有低于閾值水平的計數(shù)。這樣，檢測到崩潰 。在步驟S208中當檢測到崩潰時，可確定用于計算系統(tǒng)100中的調(diào)整后的電壓裕度。選擇調(diào)整后的電壓裕度以減少再次發(fā)生崩潰的概率。在步驟S210設(shè)置調(diào)整后的電壓裕度用于計算系統(tǒng)100。APM應(yīng)用104用于基于調(diào)整后的電壓裕度調(diào)整電源電壓。例如，每次崩潰發(fā)生可增加電壓裕度。在步驟S212中，將調(diào)整后的電壓裕度的調(diào)整后電壓指示存儲在存儲器106中用于計算系統(tǒng)100的將來使用。通過存儲調(diào)整后電壓指示在存儲器106中，當計算系統(tǒng)100隨后重新啟動，將使用新的、調(diào)整后的電壓裕度。這樣，按照計算系統(tǒng)的要求，計算系統(tǒng)100中電壓裕度隨時間進行調(diào)整。允許計算系統(tǒng)以這樣的方式調(diào)劑電源電壓允許計算系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)不會導致崩潰(或者導致可接受的少量的崩潰)但是可低于計算系統(tǒng)中組件的“安全”電壓裕度的電壓裕度。這樣減少計算系統(tǒng)的功耗。發(fā)明人已經(jīng)進一步意識到不是計算系統(tǒng)中所有的崩潰均因為不充足的電壓裕度。如對技術(shù)人員明顯的，很多其他因素可能造成崩潰。例如，可由軟件故障造成崩潰，與當前采用的電壓裕度無關(guān)。在步驟S208中，當檢測到崩潰，不是直接增加電壓裕度，而是可以增加計數(shù)器。如果計數(shù)器達到閾值水平(如2秒)那么電壓裕度增加。這樣，在崩潰的檢測后電壓裕度不會太容易增加。此外，可以規(guī)律間隔(如每小時)重新設(shè)置計數(shù)器，使得如果系統(tǒng)崩潰并且該崩潰由于異常事件(例如，軟件故障)造成，那么不必增加電壓裕度。如果電壓裕度對于計算系統(tǒng)100正確操作過低，在計數(shù)器重新設(shè)置之間的間隔中可能發(fā)生一個以上崩潰(如，在一小時中發(fā)生兩個以上的崩潰)。在這種情況下，增加電壓裕度。該特征基于這樣的概念在計數(shù)器重新設(shè)置之間的間隔中系統(tǒng)崩潰的意料之外的原因不可能發(fā)生多于一次，使得這些崩潰對電壓裕度的影響不會像如果每次崩潰后電壓裕度均增加那么大。此外，計算系統(tǒng)100可實施為，使得如果在第二個間隔(例如，24小時)內(nèi)沒有檢測到崩潰則減小電壓裕度。這樣，如果通過上述的方法電壓裕度增大的過多，電壓裕度能夠被減少以發(fā)現(xiàn)電壓裕度的最優(yōu)水平。這樣，計算系統(tǒng)100可以增大或減少電壓裕度來適合計算系統(tǒng)100的要求。這允許將電源裕度優(yōu)化到這樣的水平很少的崩潰是由于電源電壓上不充足的電壓裕度而發(fā)生，而功耗不高于達到此目的所必須的功耗。計算系統(tǒng)100可以配置為使得電壓裕度不會增大到高于計算系統(tǒng)100中部件的“安全”水平。為達到該目的，“安全”水平被用作電壓裕度的閾值水平，其中如果電壓裕度達到該閾值水平，不再對電壓裕度進行進一步調(diào)整。這樣功耗不會變得大于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的功耗。上面所述的方法當計算系統(tǒng)中的部件老化并且它們對低電壓裕度的容忍降低時也能夠是有用的。如果計算系統(tǒng)100中的部件要求高于“安全”電壓裕度的電壓裕度，上面所描述的方法將會將電壓裕度增大到對于用于該部件可接受的水平。因此，電壓裕度是可調(diào)整的以滿足計算系統(tǒng)的要求。此外，對于計算系統(tǒng)100的當前情形電壓裕度是最優(yōu)的，當計算系統(tǒng)100使用時其可改變。在為了設(shè)置時鐘頻率和電源電壓，APM應(yīng)用104實現(xiàn)鎖相環(huán)路(PLL)或鎖頻環(huán)(PLL)的情況下，能夠使用上述方法和系統(tǒng)。
如果APM應(yīng)用104使用PPL，典型地，使用環(huán)形振蕩器來設(shè)置電源電壓，由此使用查找表來確定針對給定的時鐘頻率的環(huán)形振蕩器應(yīng)該操作于的頻率。然后設(shè)置電源電壓以獲得環(huán)形振蕩器的那個特定頻率。為了生成具有比要求的電壓略高的電壓(即，具有電壓裕度)的電源電壓，查找表典型地存儲比要求的頻率略高的頻率。這樣，可將要求的電壓裕度的電壓指示以用于環(huán)形振蕩器的頻率值的形式存儲在存儲器106中?？商娲兀妷褐甘究纱鎯榻^對電壓值或電壓裕度本身。應(yīng)該理解，假設(shè)為了設(shè)置電源電壓具有期望的電壓裕度計算系統(tǒng)能解釋指示，則可使用任意電壓指示。診斷寄存器110能夠用于確定測試到的崩潰的原因。如果確定崩潰是由于電源電壓過低，那么如上述在這樣的崩潰之后電壓裕度能夠增大。然而，如果診斷寄存器110確定測試到崩潰是由于其他的原因，那么在崩潰之后電壓裕度可不增大。這樣，防止在不是因為不充足的電壓裕度的崩潰之后電壓裕度不必要地增大。
雖然參考優(yōu)選實施例已經(jīng)具體示出和描述本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可進行形式和細節(jié)內(nèi)容的各種改變而不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制計算系統(tǒng)中電源電壓的方法，所述方法包括 存儲電壓相關(guān)的指示，用于設(shè)置所述計算系統(tǒng)的所述電源電壓； 基于所存儲的電壓相關(guān)的指示設(shè)置用于所述計算系統(tǒng)的電源電壓； 檢測所述計算系統(tǒng)的崩潰，并基于此確定用于所述計算系統(tǒng)中的調(diào)整后的指示； 基于所述調(diào)整后的指示設(shè)置調(diào)整后的電源電壓；以及 存儲所述調(diào)整后的指示用于所述計算系統(tǒng)的進一步使用。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述電壓相關(guān)的指示選自于電壓裕度和振蕩器中的頻率偏移。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中當檢測到崩潰時，所述指示增加。
4.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中當測試到崩潰時，計數(shù)器增加。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中當所述計數(shù)器達到預(yù)定的數(shù)時，所述指示增加。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其中所述計數(shù)器以規(guī)律時間間隔復(fù)位。
7.如權(quán)利要求2至6任一項所述的方法，其中如果在預(yù)定的時間周期內(nèi)沒有檢測到所述計算系統(tǒng)中的崩潰，那么所述指示減小。
8.如權(quán)利要求2至7任一項所述的方法，其中當所述指示達到閾值時，不對所述指示進行進一步調(diào)整。
9.如以上任一項權(quán)利要求所述的方法，進一步包括確定所檢測到的崩潰的原因，其中所述調(diào)整后的指示基于所述崩潰的原因確定。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述崩潰的原因使用所述計算系統(tǒng)中的診斷寄存 器確定。
11.如以上任一項權(quán)利要求所述的方法，進一步包括選擇用于所述計算系統(tǒng)中的時鐘頻率。
12.—種計算系統(tǒng)，包括 存儲裝置，用于存儲指示，用于設(shè)置所述計算系統(tǒng)的電源電壓； 設(shè)置裝置，用于基于所存儲的指示設(shè)置用于所述計算系統(tǒng)的電源電壓； 確定裝置，用于檢測所述計算系統(tǒng)的崩潰，并基于此確定用于所述計算系統(tǒng)中的調(diào)整后的指不; 其中，所述計算系統(tǒng)配置為基于所述調(diào)整后的指示設(shè)置調(diào)整后的電源電壓，并且存儲所述調(diào)整后的指示用于所述計算系統(tǒng)的進一步使用。
13.如權(quán)利要求12所述的計算系統(tǒng)，進一步包括 用于確定所檢測到的崩潰的原因的診斷寄存器，其中所述確定裝置配置為基于所述崩潰的原因確定調(diào)整后的電壓指示。
14.如權(quán)利要求12或13所述的計算系統(tǒng)，包括當檢測到崩潰時可操作為增加的計數(shù)器。
15.如權(quán)利要求12或13所述計算系統(tǒng)，包括用于對所述指示和閾值進行比較的裝置，以防止當所述指示達到所述閾值時進一步的調(diào)整。
全文摘要
用于控制計算系統(tǒng)中電源電壓的方法和計算系統(tǒng)。存儲用于設(shè)置計算系統(tǒng)的電源電壓中的電壓相關(guān)的指示，并且基于所存儲的電壓相關(guān)的指示為計算系統(tǒng)設(shè)置電源電壓。檢測計算系統(tǒng)的崩潰，并基于此確定用于計算系統(tǒng)中的調(diào)整后的指示?；谡{(diào)整后的指示設(shè)置調(diào)整后的電源電壓，并且存儲調(diào)整后的指示用于計算系統(tǒng)的進一步使用。
文檔編號G06F1/26GK102959488SQ201180010951
公開日2013年3月6日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月23日
發(fā)明者史蒂夫·費利克斯, 皮特·卡明 申請人:輝達技術(shù)英國有限公司