用於控制電源電壓的方法和系統的製作方法

2023-05-28 06:38:01 2

專利名稱：用於控制電源電壓的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於控制電源電壓的方法和系統。
背景技術：
本發明屬於主動電源管理領域(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。基於短期的應用需要做出決定。為了正確地運轉，要求許多計算系統運行在特定的速度。例如，為了實時處理呼叫數據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，無線通信網絡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的一個示 例。為操作在特定的速度，用於計算系統中的時鐘信號的頻率要求為至少一個特定的閾值。為了使計算系統操作在高時鐘頻率，要求對應的高電源電壓。然而，當用於計算系統中的電源電壓增大時，計算系統使用的功率也增大，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不能操作在所需的時鐘頻率。自動跟蹤軟體可以用來選擇所需的電源電壓用於計算系統中。例如AVS(自動電壓控制)函數可以用來選擇電源電壓。在試圖適應計算系統上運行的軟體時設置電源電壓。具體地，由於表示為所執行軟體的操作的結果的電源電流可比電源電壓調節器電路能夠反應的變化更快，因此當執行軟體時，電源電壓將發生波動。電源電壓中的這種改變被稱為電源「跳動」、「下降」、「瞬態響應」或簡單「噪音」。電壓調節器電路和其至計算系統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體碰巧造成負載瞬變，那麼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，那麼計算系統的關鍵時序路徑中的邏輯能夠失敗並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電晶體靜態隨機存取存儲器(存儲器)單元，在低電源電壓條件下可能很容易故障。為了避免計算系統中關鍵路徑的故障，實施電壓裕度，使得在正常操作條件下電源電壓設置為比在當前時鐘頻率下關鍵路徑所需的最低電壓略高(高電壓裕度的數量)。該電壓裕度允許由於操作軟體而使電壓略下降而不下降至防止關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製造和軟體變化性(即軟體的因素)。選擇電壓裕度為對於在特定的速度的計算系統的關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在操作時的功耗。

發明內容
發明人已經意識到計算系統中大部分部件不要求如計算系統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，用於調整用於計算系統中的電壓裕度以適應具體的計算系統。通過這種方法，電壓裕度可以優化用於特定的計算系統，從而減少功耗和/或減少計算系統的關鍵路徑中的故障。根據本發明的第一方面，提供了一種控制計算系統中電源電壓的方法，該方法包括存儲電壓依賴性參數，用於設置計算系統的電源電壓；基於所存儲的參數設置用於計算系統的電源電壓；檢測計算系統的崩潰並且基於此確定用於計算系統中的調整後的電壓依賴性參數值；基於調整後的參數設置調整後的電源電壓；並且存儲調整後的參數用於計算系統的進一步使用。電壓依賴性參數(電壓相關的指示)可以是用於計算系統中的電壓裕度，或將影響電源電壓裕度的任意其他可測量的和可控的參數。例如，如果已經通過使用位於計算系統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，那麼裕度設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並存儲為頻率值，但仍可能影響電源電壓裕度。根據本發明的第二個方面提供一種計算系統，該計算系統包括存儲裝置，用於存·儲指示，用於設置計算系統的電源電壓；設置裝置，用於基於所存儲的指示設置用於計算系統的電源電壓；確定裝置，用於檢測計算系統的崩潰，並基於此確定用於計算系統中的調整後的指示;其中計算系統配置為基於調整後的指示設置調整後的電源電壓，並存儲調整後的指示用於計算系統的進一步使用。在優選實施例中，電壓裕度設置為低於一些所製造的部件的「安全」水平的水平。這樣，計算系統的功耗減少。然而，由於當電源電壓下降太低時計算系統的關鍵路徑故障，電壓裕度的減少可能導致一些所製造的計算系統崩潰。計算系統允許偶爾崩潰。需要一些時間用於「監視時鐘」暫停和計算系統崩潰後重新啟動。當計算系統在崩潰後重新啟動，電壓裕度增大。這樣，因為低的電源電壓使計算系統再次崩潰可能性較小。然而，如果計算系統的部件在低的電壓裕度下工作而沒有崩潰，那麼計算系統中使用低的電壓裕度，從而減少功耗。通過響應於檢測到計算系統的崩潰來調整電壓裕度，電壓裕度可以調劑變為用於計算系統的最優電壓裕度，即不會導致計算系統中故障的最低的電壓裕度。然而，由於缺乏電壓裕度的電路故障可能並不是崩潰的惟一原因。例如，軟體的錯誤可偶爾引起系統崩潰。當這發生時，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並且計算系統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。這將減少計算系統的功耗。如果減少裕度導致崩潰，那麼容易再增大裕度。這種裕度減少的頻率是保持相對低，以免由於太多的崩潰和重新啟動操作造成對用戶的明顯的擾亂。在用於當崩潰發生時增加電壓裕度的方法和用於當沒發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整為對計算系統的當前情形為最優的。與如現有技術中使用固定的電壓裕度不同，發明人以及意識到根據計算系統中崩潰的發生調整電壓裕度是有利的。這樣，可優化電壓裕度。


為了更好地理解本發明和示出如何實施本發明，現在將通過示例參考以下附圖，其中圖I是根據優選實施例的計算系統的示意表達；以及圖2是根據優選實施例的控制電源電壓的過程的流程圖。
具體實施例方式現在將參考圖I和2通過示例的方式描述優選實施例。僅通過示 例的方式來描述該優選實例並且優選實施例的具體特徵不意在限制保護範圍，由權利要求定義保護範圍。圖I為根據優選實施例的計算系統100的示意圖。計算系統100包括處理器(CPU) 102、主動電源管理(APM)應用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應用104、存儲器106、計時器108和診斷寄存器110中的每個。APM應用104配置為控制計算系統中使用的電源電壓和時鐘頻率。計算系統包括可調電壓源(圖I中沒示出)，其可由APM應用104控制從而調整提供至CPU 102的電源電壓。這樣，APM應用104可以確保充足的時鐘頻率用於運行在CPU 102上的特定的軟體，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應用104採用電壓裕度以保持電源電壓比要求的最低電壓略微高(高電壓裕度的數量)。這減少電源電壓降低到用於CPU 102的關鍵路徑中的處理的要求的最低電壓情況以下的發生，並從而減少了計算系統100崩潰的頻率。現參考圖2描述控制電源電壓的方法。在步驟S202中，確定用於計算系統100中每個部件的合適的電壓裕度並且將「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100關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100重新啟動時。當計算系統100重新啟動時，在計算系統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)。一旦系統已經初始化，電源電壓設置為具有電壓裕度，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基於存儲器106中存儲的電壓裕度設置電源電壓。APM應用104相應地設置電源電壓。最初，電源電壓裕度設置為低於關鍵路徑中部件的「安全」水平。這減小了當計算系統100運行時其功耗。然而，如果電源電壓對於CPU 102在所選時鐘頻率正確操作過低，崩潰可能發生。在步驟S206中檢測計算系統100的崩潰。崩潰可能由於電源電壓過低。崩潰可能反而是由於其他原因，如軟體故障。計時器108例如為監視時鐘，其實現以規律速率增加的計數器。在計算系統100正常操作期間，在CPU 102上運行的軟體以規律間隔重新設置監視時鐘108以防止計數器達到閾值水平。然而，如果發生崩潰，計數器繼續增大並達到閾值水平(因為不被軟體重新設置)。當計數器達到閾值水平，其使計算系統100重新啟動。這確保計算系統100能快速地從崩潰恢復(典型地在發生崩潰後幾秒(如2秒)內)。當系統重新啟動時，監視時鐘108的值可用於確定由於計算系統100的崩潰發生了重新啟動。如果監視時鐘108具有閾值，那麼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100)，監視時鐘108典型地將具有低於閾值水平的計數。這樣，檢測到崩潰 。在步驟S208中當檢測到崩潰時，可確定用於計算系統100中的調整後的電壓裕度。選擇調整後的電壓裕度以減少再次發生崩潰的概率。在步驟S210設置調整後的電壓裕度用於計算系統100。APM應用104用於基於調整後的電壓裕度調整電源電壓。例如，每次崩潰發生可增加電壓裕度。在步驟S212中，將調整後的電壓裕度的調整後電壓指示存儲在存儲器106中用於計算系統100的將來使用。通過存儲調整後電壓指示在存儲器106中，當計算系統100隨後重新啟動，將使用新的、調整後的電壓裕度。這樣，按照計算系統的要求，計算系統100中電壓裕度隨時間進行調整。允許計算系統以這樣的方式調劑電源電壓允許計算系統發現不會導致崩潰(或者導致可接受的少量的崩潰)但是可低於計算系統中組件的「安全」電壓裕度的電壓裕度。這樣減少計算系統的功耗。發明人已經進一步意識到不是計算系統中所有的崩潰均因為不充足的電壓裕度。如對技術人員明顯的，很多其他因素可能造成崩潰。例如，可由軟體故障造成崩潰，與當前採用的電壓裕度無關。在步驟S208中，當檢測到崩潰，不是直接增加電壓裕度，而是可以增加計數器。如果計數器達到閾值水平(如2秒)那麼電壓裕度增加。這樣，在崩潰的檢測後電壓裕度不會太容易增加。此外，可以規律間隔(如每小時)重新設置計數器，使得如果系統崩潰並且該崩潰由於異常事件(例如，軟體故障)造成，那麼不必增加電壓裕度。如果電壓裕度對於計算系統100正確操作過低，在計數器重新設置之間的間隔中可能發生一個以上崩潰(如，在一小時中發生兩個以上的崩潰)。在這種情況下，增加電壓裕度。該特徵基於這樣的概念在計數器重新設置之間的間隔中系統崩潰的意料之外的原因不可能發生多於一次，使得這些崩潰對電壓裕度的影響不會像如果每次崩潰後電壓裕度均增加那麼大。此外，計算系統100可實施為，使得如果在第二個間隔(例如，24小時)內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現電壓裕度的最優水平。這樣，計算系統100可以增大或減少電壓裕度來適合計算系統100的要求。這允許將電源裕度優化到這樣的水平很少的崩潰是由於電源電壓上不充足的電壓裕度而發生，而功耗不高於達到此目的所必須的功耗。計算系統100可以配置為使得電壓裕度不會增大到高於計算系統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整。這樣功耗不會變得大於現有技術系統的功耗。上面所述的方法當計算系統中的部件老化並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100中的部件要求高於「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於用於該部件可接受的水平。因此，電壓裕度是可調整的以滿足計算系統的要求。此外，對於計算系統100的當前情形電壓裕度是最優的，當計算系統100使用時其可改變。在為了設置時鐘頻率和電源電壓，APM應用104實現鎖相環路(PLL)或鎖頻環(PLL)的情況下，能夠使用上述方法和系統。
如果APM應用104使用PPL，典型地，使用環形振蕩器來設置電源電壓，由此使用查找表來確定針對給定的時鐘頻率的環形振蕩器應該操作於的頻率。然後設置電源電壓以獲得環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於環形振蕩器的頻率值的形式存儲在存儲器106中。可替代地，電壓指示可存儲為絕對電壓值或電壓裕度本身。應該理解，假設為了設置電源電壓具有期望的電壓裕度計算系統能解釋指示，則可使用任意電壓指示。診斷寄存器110能夠用於確定測試到的崩潰的原因。如果確定崩潰是由於電源電壓過低，那麼如上述在這樣的崩潰之後電壓裕度能夠增大。然而，如果診斷寄存器110確定測試到崩潰是由於其他的原因，那麼在崩潰之後電壓裕度可不增大。這樣，防止在不是因為不充足的電壓裕度的崩潰之後電壓裕度不必要地增大。
雖然參考優選實施例已經具體示出和描述本發明，本領域技術人員將理解，可進行形式和細節內容的各種改變而不脫離所附權利要求定義的本發明的範圍。
權利要求
1.一種控制計算系統中電源電壓的方法，所述方法包括 存儲電壓相關的指示，用於設置所述計算系統的所述電源電壓； 基於所存儲的電壓相關的指示設置用於所述計算系統的電源電壓； 檢測所述計算系統的崩潰，並基於此確定用於所述計算系統中的調整後的指示； 基於所述調整後的指示設置調整後的電源電壓；以及 存儲所述調整後的指示用於所述計算系統的進一步使用。
2.如權利要求I所述的方法，其中所述電壓相關的指示選自於電壓裕度和振蕩器中的頻率偏移。
3.如權利要求I或2所述的方法，其中當檢測到崩潰時，所述指示增加。
4.如權利要求I或2所述的方法，其中當測試到崩潰時，計數器增加。
5.如權利要求4所述的方法，其中當所述計數器達到預定的數時，所述指示增加。
6.如權利要求4或5所述的方法，其中所述計數器以規律時間間隔復位。
7.如權利要求2至6任一項所述的方法，其中如果在預定的時間周期內沒有檢測到所述計算系統中的崩潰，那麼所述指示減小。
8.如權利要求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整。
9.如以上任一項權利要求所述的方法，進一步包括確定所檢測到的崩潰的原因，其中所述調整後的指示基於所述崩潰的原因確定。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述崩潰的原因使用所述計算系統中的診斷寄存 器確定。
11.如以上任一項權利要求所述的方法，進一步包括選擇用於所述計算系統中的時鐘頻率。
12.—種計算系統，包括 存儲裝置，用於存儲指示，用於設置所述計算系統的電源電壓； 設置裝置，用於基於所存儲的指示設置用於所述計算系統的電源電壓； 確定裝置，用於檢測所述計算系統的崩潰，並基於此確定用於所述計算系統中的調整後的指不; 其中，所述計算系統配置為基於所述調整後的指示設置調整後的電源電壓，並且存儲所述調整後的指示用於所述計算系統的進一步使用。
13.如權利要求12所述的計算系統，進一步包括 用於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於所述崩潰的原因確定調整後的電壓指示。
14.如權利要求12或13所述的計算系統，包括當檢測到崩潰時可操作為增加的計數器。
15.如權利要求12或13所述計算系統，包括用於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整。
全文摘要
用於控制計算系統中電源電壓的方法和計算系統。存儲用於設置計算系統的電源電壓中的電壓相關的指示，並且基於所存儲的電壓相關的指示為計算系統設置電源電壓。檢測計算系統的崩潰，並基於此確定用於計算系統中的調整後的指示。基於調整後的指示設置調整後的電源電壓，並且存儲調整後的指示用於計算系統的進一步使用。
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 優先權日2010年2月23日
發明者史蒂夫·費利克斯, 皮特·卡明 申請人:輝達技術英國有限公司