筆記本電腦節能技術的製作方法
2023-10-10 02:26:29 2
專利名稱：筆記本電腦節能技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及筆記本電腦的一種節能技術，能降低筆記本電腦的整體能耗，延長筆記本電腦電池的續航時間。
背景技術：
在筆記本電腦中，能耗最高的是CPU。決定CPU能耗的兩個主要因素是CPU的工作電壓和CPU的工作頻率。而兩者之中，又以CPU的工作電壓影響最大(CPU的工作電流通常都大於20安培)。在筆記本電腦正常工作的情況下，CPU電流是基本恆定的，它和CPU的工作狀態有關。CPU的工作狀態有C0(FULL ON)、C1(Auto Halt)、C2(Stop Grant)、C3(DeepSleep)、C4(Deeper Sleep)。CPU的工作狀態一般由作業系統控制，它根據系統計算任務量和用戶輸入頻度來切換。CPU重載運行時在C0狀態，工作頻率、工作電流達到最大值；CPU輕載時運行在C1-C4狀態，工作頻率、電流大小分別和相應的CPU狀態對應。在CPU工作電流基本恆定時，適當降低CPU工作電壓即能顯著的降低筆記本電腦的整體能耗。
經過我們大量實驗驗證，CPU在C0-C4狀態的工作電壓可以有兩種滿足CPU在相應工作狀態運行所需要的電壓和飽和電壓(CPU各運行狀態的標稱電壓)。這兩種電壓的差值就是節能的源泉。在保證不低於CPU在相應工作狀態運行所需要的電壓的前提下，降低CPU工作電壓就能達到節能的效果。
目前通常的CPU工作電壓控制方法有兩種1.完全由CPU自己調整自己的工作電壓，如說明書附1所示。這種方法的優點是設計最簡單，完全由CPU自己控制缺點是筆記本電腦內部是一個相對密閉的空間，發熱器件眾多，CPU自己控制其工作電壓，可能在重載的某一段時間功耗超過筆記本電腦散熱模組的承受能力，導致非正常關機，特別是對無Speed Step(頻率/電壓動態步進調整)技術的CPU而言更是如此。除非CPU的散熱模組設計功耗比CPU實際功耗大許多，才能承受重載、長時間、高環境溫度的考驗。但是在有限的可用空間內，製作出大功率的散熱模組技術難度較大，CPU散熱模組的成本也會很高。
2.CPU VCORE(核心電壓)工作電壓由二選一控制，如說明書附2所示。這種設計連接方式是讓EC來進行選擇輸入VR的VID電壓標識定義信號既可以來自CPU，也可以來自EC，由EC控制進行二選一；即CPU的工作電壓可以是CPU自己控制，也可以是EC控制。這種方法的缺點是a.不知道CPU輸出的VID電壓標識定義信號的具體編碼，也就不知道CPU根據自身的任務量進行電壓/頻率調整的控制策略；b.要增加二選一控制IC，增加成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種降低筆記本電腦能耗的方法，使筆記本電腦工作更安靜，電池續航時間更長。
如說明書附3所示，CPU輸出的VIDO～VID5信號，連接到EC的A/D輸入端(因CPU輸出的VID0～VID5電平較低，為CMOS類型信號0V～1.5V，視為模擬信號)，進行電平轉換後輸入EC進行判斷、運算EC將運算得到的新的VID0～VID5值輸出到VR的VID0～VID5輸入端；VR根據接收到的VID0～VID5數值，產生CPU所需要的VCORE電壓。而CPU的工作電流由MOSFET(MOS管)、LC(電感/電容電路)電路產生。
本發明的這種設計連接可以讓嵌入式控制器(EC)有兩種工作方式1.EC可以直接轉發CPU輸出的VID0～VID5信號到VR，實現對CPU工作電壓的調整。這種方式與說明書附1所示的完全由CPU自己調整自己工作電壓的方式相比，效果基本上是一樣的，不能達到節能的效果。
2.EC接收CPU發出的VID0～VID5信號，作為參考；自己經過運算、判斷，輸出新的VID0---VID5信號到VR，從而調整CPU工作電壓，達到降低筆記本電腦能耗、減少發熱量、延長電池續航時間的目的。其特徵是由EC的軟體實現。隨著發熱量的減少，CPU風扇運行時間會變短或者CPU風扇轉速變低，其效果是筆記本電腦工作更安靜。此種設計的優點既可以人為的控制CPU能耗，又降低了硬體成本。
本發明採用的是第二種方式。
圖1是CPU直接調整其工作電壓控制方案示意圖；圖2是CPU VCORE工作電壓二選一控制方案示意圖；圖3是本發明技術方案的示意圖；圖4是EC的軟體判斷流程圖。
具體實施例方式
我們在自主研發的H710型筆記本電腦上，用50臺樣本進行實驗。該筆記本電腦採用Sonoma平臺(915GM+ICH6-M)技術，CPU為Celeron M 1.3GHz，FSB(Front Side Bus)為400MHz，DDR內存為256MHz，電池為4000mAH。我們在分析大量的實驗數據後發現，當CPU滿負荷運算時，即CPU電壓大於1V時，可將CPU電壓降低0.2V；CPU處於空閒狀態(C3)或speed step狀態，即CPU電壓降到1V以下時，可將CPU電壓降低0.1V。因此，可以根據不同的CPU狀態來降低CPU電壓。
本發明的EC軟體判斷流程如說明書附圖4所示，具體程序如下……set Vcore，OxF436 #定義一個CPU電壓存儲單元。
Vcore_REG #Vcore 調節子程序PUSH r12TESTC POWER_ON，PM_STATE，Vcore_Exit#判斷是否開機，否則不做電壓調節。
loadb Vcore，r12 #讀CPU電壓cmpb $1，r12 #判斷是否大於1Vbhi Vcore_decl#如果小於1V則跳轉至減0.1Vsubb $0.2，r12 #否則減0.2Vstorb r12，VcorebrVcore_ExitVcore_declsubb$0.1，r12 #減0.1V
storb r12，Vcore #存儲VcoreVcore_Exit #程序退出POP r12RET……我們通過實驗來對比完全由CPU自己調整自己工作電壓的方式與本發明採用的方式。
當採用完全由CPU自己調整自己工作電壓的方式時，平均數據為1.運行PCMARK20012小時10分鐘2.筆記本電腦待機3小時40分鐘當採用本發明的方式時，平均數據為1.運行PCMARK20013小時05分鐘2.筆記本電腦待機4小時50分鐘兩種方法的結果不一樣，筆記本電腦待機的時間，後一種方法是前一種方法的1.32倍。也就是說採用本發明的方法可以使筆記本電腦待機時間延長24％。
對照現有技術本發明的有益效果根據現有技術，目前CPU控制功耗的方法、通常的CPU工作電壓處理方法有兩種1.完全由CPU自己調整自己的工作電壓，如說明書附1所示。這種方法的設計最為簡單，完全由CPU自己控制。和臺式機不一樣，筆記本電腦內部是一個相對密閉的空間，發熱器件眾多，CPU自己控制其工作電壓，可能在滿負荷運行時的某一段時間功耗超過筆記本電腦散熱模組的承受能力，導致非正常關機。特別是對無Speed Step的CPU。除非CPU的散熱模組設計功耗比CPU實際功耗大許多，才能承受長時間、高環境溫度、滿負荷運行的考驗。這種方法的缺陷是在這樣有限的可用空間內，製作出大功率的散熱模組技術難度較大，CPU散熱模組的成本會很高。
2.CPU工作電壓由二選一控制，如說明書附2所示。這種設計連接方式是讓EC來進行控制輸入VR的VID0～VID5既可以來自CPU，也可以來自EC，由EC控制進行二選一。即CPU的工作電壓可以是CPU自己控制，也可以是EC控制。這種方法的缺陷是a.不知道CPU輸出的VID0～VID5的具體編碼，也就不知道CPU根據自身的任務量進行電壓/頻率調整的控制策略；b.要增加二選一控制IC，增加成本。
3.本發明技術方案的控制方法，如說明書附3所示。CPU輸出的VID0～VID5，連接到EC的A/D輸入端，進行電平轉換後進入EC，EC進行判斷、運算；EC將運算得到的VID0～VID5結果輸出，連接到VR的VID0～VID5輸入端；VR根據VID0～VID5的編碼，產生CPU所需要的VCORE電壓，這種設計的優點是既可以人為控制CPU功耗，又降低了硬體成本。
權利要求
1.一種筆記本電腦節能技術，通過控制CPU工作電壓來降低筆記本電腦的整體能耗，其特徵在於通過嵌入式控制器EC對CPU輸出的一組電壓標識定義碼信號進行轉換，從而控制電壓輸出調節器VR的輸出電壓。
2.如權利要求1所述的筆記本電腦節能技術，其特徵在於嵌入式控制器EC邏輯串聯在CPU與電壓輸出調節器VR之間。
3.如權利要求1所述的筆記本電腦節能技術，其特徵在於嵌入式控制器EC旁路CPU輸出的一組電壓標識定義碼信號到電壓輸出調節器VR，以上過程用軟體實現。
4.如權利要求1所述的筆記本電腦節能技術，其特徵在於嵌入式控制器EC對CPU輸出的一組電壓標識定義碼信號經過運算、判斷，再輸出新的電壓標識定義碼信號到電壓輸出調節器VR，以上過程用軟體實現。
全文摘要
本發明公開了一種筆記本電腦節能技術。通過嵌入式控制器EC對CPU輸出的一組電壓標識定義碼信號進行轉換，從而控制電壓輸出調節器VR的輸出電壓。EC的轉換過程用軟體來實現。通過適當的降低CPU工作電壓來降低筆記本電腦的整體能耗，延長筆記本電腦電池的續航時間。
文檔編號G06F1/32GK1936775SQ20051010662
公開日2007年3月28日 申請日期2005年9月21日 優先權日2005年9月21日
發明者李志剛, 郭福權, 劉彬楊 申請人:深圳市神舟電腦有限公司