一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，屬于芯片設(shè)計(jì)及應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明旨在解決移動設(shè)備的主控芯片中動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)的延遲問題，在實(shí)現(xiàn)降低功耗的同時(shí)保證CPU性能，提升用戶體驗(yàn)。本發(fā)明使SoC的CPU動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)比傳統(tǒng)方式更具有前瞻性，其實(shí)現(xiàn)原理為，把電容屏控制器集成到SoC上去，該電容屏控制器為數(shù)模混合信號設(shè)計(jì)，除具有傳統(tǒng)電容屏控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)輸出、多點(diǎn)觸控功能外，還具有觸摸強(qiáng)度檢測、觸摸頻率統(tǒng)計(jì)、觸摸長度統(tǒng)計(jì)等功能，然后DVFS模塊根據(jù)這些參數(shù)，結(jié)合操作系統(tǒng)負(fù)載情況，判斷出一個(gè)具有前瞻性的CPU電壓和頻率，并且輸出給SoC的電源管理單元和時(shí)鐘管理單元進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
【專利說明】一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種s〇c芯片電源管理技術(shù)，特別涉及一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài) 電壓頻率調(diào)節(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著移動設(shè)備的發(fā)展和SoC芯片（System on Chip的縮寫，稱為系統(tǒng)級芯 片）的普及，我們迫切需要降低SoC芯片的功耗，這是由于，一方面，電池技術(shù)短時(shí)間內(nèi) 難以得到較大進(jìn)步，為了延長續(xù)航時(shí)間，必須降低功耗；另一方面，降低功耗有利于減少 設(shè)備發(fā)熱，提升穩(wěn)定性和用戶體驗(yàn)。目前，為了降低功耗，越來越多的芯片支持動態(tài)電壓 與頻率調(diào)節(jié)技術(shù) DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)。這類技術(shù)（專利： 200710039255. 9)主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法：1、基于軟件的DVFS實(shí)現(xiàn)：一般通過在操作系統(tǒng)的 核心調(diào)用中安裝鉤子的辦法來收集系統(tǒng)調(diào)用的信息，判斷當(dāng)前的系統(tǒng)負(fù)載。采集一定時(shí)間 的負(fù)載值，然后通過預(yù)測算法判斷下一時(shí)間系統(tǒng)負(fù)載。然后產(chǎn)生相應(yīng)的工作電壓和系統(tǒng)頻 率分別發(fā)送到電源管理單兀（PMU，Power Management Unit)和時(shí)鐘管理單兀（CMU，Clock Managment Unit)，按順序調(diào)整電源電壓和頻率。2、基于硬件的DVFS實(shí)現(xiàn)：在SoC中內(nèi)置一 個(gè)硬件單元，專門用于采集系統(tǒng)負(fù)載，預(yù)測工作電壓和系統(tǒng)頻率?？傮w來說，傳統(tǒng)DVFS提升 性能工作流程為：用戶操作一啟動程序一系統(tǒng)負(fù)荷高一采集到系統(tǒng)負(fù)荷高一提高工作電壓 -提高系統(tǒng)頻率一提升性能。降低功耗流程為：用戶停止操作一程序休眠一系統(tǒng)負(fù)荷低一 采集到系統(tǒng)負(fù)荷低一降低頻率一降低電壓一降低功耗。這些方法具有如下不足：
[0003] 1、系統(tǒng)的電壓頻率調(diào)節(jié)具有延時(shí)。不管是軟件還是硬件實(shí)現(xiàn)DVFS，由于需要采集 系統(tǒng)負(fù)載，并預(yù)測下一時(shí)段負(fù)載，這使得系統(tǒng)的電壓頻率調(diào)節(jié)具有延時(shí)，不能達(dá)到性能和功 耗的平衡。
[0004] 2、預(yù)測具有局限性。由于下一時(shí)間段的負(fù)載完全由用戶決定，具有很強(qiáng)的隨機(jī)性， 所謂的預(yù)測算法和調(diào)度算法都只能一定程度的估計(jì)用戶的使用情況，不能對用戶的要求做 出準(zhǔn)確反應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種具有前瞻屬性的SoC動 態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法。該方法通過把電容屏控制器集成到SoC上去，該電容屏控制器為數(shù) ?；旌闲盘栐O(shè)計(jì)，除具有傳統(tǒng)電容屏控制器的數(shù)模轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)輸出、多點(diǎn)觸控功能外，還具 有觸摸強(qiáng)度檢測、觸摸頻率統(tǒng)計(jì)、觸摸長度統(tǒng)計(jì)等功能，然后DVFS模塊根據(jù)這些參數(shù)，結(jié)合 操作系統(tǒng)負(fù)載情況，判斷出一個(gè)具有前瞻性的CPU電壓和頻率，并且輸出給SoC的電源管理 單元和時(shí)鐘管理單元進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，應(yīng)用于SoC系統(tǒng)級芯片上，包括 以下步驟：
[0008] SI、SoC芯片上電后，操作系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)策略，設(shè)置觸摸屏控制器的寄存器組的參 數(shù)；
[0009] S2、用戶操作觸摸屏?xí)r，觸摸操作通過電容屏控制器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲取并統(tǒng)計(jì)捕 獲的觸摸屏操作參數(shù)，對這些值按設(shè)定策略取加權(quán)平均，得到一個(gè)系統(tǒng)的性能指數(shù)值，并傳 入DVFS控制模塊；
[0010] S3、DVFS控制模塊通過查表，得到該系統(tǒng)的性能指數(shù)值對應(yīng)的CPU電壓和頻率，并 與操作系統(tǒng)中運(yùn)行的DVFS算法所預(yù)測的CPU電壓和頻率比較，取其較大者，得到前瞻工作 電壓Vo和前瞻工作頻率Fo ;
[0011] S4、DVFS控制模塊將前瞻工作電壓Vo和前瞻工作頻率Fo分別寫入電源管理單元 PMU和時(shí)鐘管理單元CMU，完成動態(tài)電壓頻率調(diào)整。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟S1中設(shè)置觸摸屏控制器的寄存器組的參數(shù)包括觸摸頻率統(tǒng)計(jì) 周期，滑動距離統(tǒng)計(jì)周期和加權(quán)方式選擇。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟S2中捕獲的觸摸屏操作參數(shù)包括觸摸強(qiáng)度、觸摸點(diǎn)數(shù)、觸摸頻 率以及滑動距離。
[0014] 優(yōu)選的，所述的SoC系統(tǒng)級芯片包含：觸摸屏控制器，電源管理單元PMU、時(shí)鐘管理 單元CMU、DVFS控制模塊，精簡指令集處理器，片上總線、圖形單元、內(nèi)存控制器、輸入輸出 接口模塊。
[0015] 優(yōu)選的，所述的SoC系統(tǒng)級芯片包含的控制器、單元或者模塊采用IP核形式，以 Verilog硬件描述語言描述。
[0016] 優(yōu)選的，所述的SoC系統(tǒng)級芯片通過外接電源管理集成電路PMIC來管理SoC系統(tǒng) 級芯片的功耗。
[0017] 優(yōu)選的，所述的觸摸屏控制器與外接的觸摸屏相連接。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟S3中操作系統(tǒng)運(yùn)行的DVFS算法所預(yù)測的工作電壓和系統(tǒng)頻率 通過精簡指令集處理器寫入DVFS控制模塊。
[0019] 優(yōu)選的，所述方法提升系統(tǒng)性能的調(diào)節(jié)順序依次為：用戶開始操作、系統(tǒng)性能指數(shù) 高、提高系統(tǒng)工作電壓、提高系統(tǒng)工作頻率、提升系統(tǒng)性能。
[0020] 優(yōu)選的，所述方法降低系統(tǒng)功耗的調(diào)節(jié)順序依次為：用戶停止操作、系統(tǒng)性能指數(shù) 低、降低系統(tǒng)工作頻率、降低系統(tǒng)工作電壓、降低系統(tǒng)功耗。
[0021] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0022] 1、由于提升性能的調(diào)節(jié)順序?yàn)椋河脩舨僮饕幌到y(tǒng)性能指數(shù)高一提高工作電壓一提 高系統(tǒng)頻率一提升性能一啟動程序；降低功耗的調(diào)節(jié)順序?yàn)椋河脩敉Ｖ共僮饕幌到y(tǒng)性能指 數(shù)低一降低頻率一降低電壓一降低功耗，
[0023] 相對于傳統(tǒng)DVFS提升性能工作流程（具體為：用戶操作一啟動程序一系統(tǒng)負(fù)荷高 -采集到系統(tǒng)負(fù)荷高一提高工作電壓一提高系統(tǒng)頻率一提升性能；）和傳統(tǒng)DVFS降低功耗 流程（具體為：用戶停止操作一程序休眠一系統(tǒng)負(fù)荷低一采集到系統(tǒng)負(fù)荷低一降低頻率一 降低電壓一降低功耗；）而言，
[0024] 采用本方法的SoC可以在程序啟動前一瞬間預(yù)先提升CPU頻率，加速程序啟動；在 用戶停止操作后短時(shí)間內(nèi)迅速降低功耗。
[0025] 2、可以在瀏覽網(wǎng)頁、玩游戲等場合根據(jù)觸摸的頻率、強(qiáng)度、觸摸點(diǎn)數(shù)、滑動距離自 適應(yīng)地調(diào)整CPU頻率，降低功耗的同時(shí)保證性能；
[0026] 3、可以與傳統(tǒng)預(yù)測型動態(tài)電壓與頻率調(diào)節(jié)技術(shù)DVFS有效結(jié)合與互補(bǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是采用本發(fā)明方法的SoC系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明方法的工作流程機(jī)制圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0030] 實(shí)施例
[0031] 參見圖1所示，采用本發(fā)明方法的SoC系統(tǒng)架構(gòu)圖，該SoC芯片包含：觸摸屏控制 器，電源管理單兀（PMU, Power Management Unit)，時(shí)鐘管理單兀（CMU, Clock Management Unit)，DVFS模塊，精簡指令集處理器（RISC CPU)，片上總線（SoC BUS)，圖形單元（Graphics Unit),內(nèi)存控制器（Memory Controller),輸入輸出接口模塊（1/0 Interface)等等；并且 以上所述的SoC系統(tǒng)級芯片包含的控制器、單元或者模塊采用IP核形式，以Verilog硬件 描述語言描述。
[0032] 以上SoC芯片還通過外接電源管理集成電路PMIC來管理SoC系統(tǒng)級芯片的功耗。
[0033] 以下具體說明本發(fā)明的工作過程，參見圖2所示：
[0034] 1、采用本方法的SoC上電后，操作系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)策略，設(shè)置觸摸屏控制器的寄存 器組，包括觸摸頻率統(tǒng)計(jì)周期T1，滑動距離統(tǒng)計(jì)周期T2,加權(quán)方式選擇；用戶操作時(shí)，觸摸 操作通過電容屏控制器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲取并統(tǒng)計(jì)觸摸強(qiáng)度，觸摸點(diǎn)數(shù)，觸摸頻率，滑動距 離，對這些值按設(shè)定策略取加權(quán)平均，得到一個(gè)系統(tǒng)性能指數(shù)的值E，并傳入DVFS控制模 塊；
[0035] 2、DVFS控制模塊通過查表，得到該性能指數(shù)E對應(yīng)的工作電壓Ve和系統(tǒng)頻率Fe， 在此期間，操作系統(tǒng)中運(yùn)行的DVFS算法所預(yù)測的工作電壓Vr和系統(tǒng)頻率Fr會通過RISC CPU寫入DVFS控制模塊，取其較大者，SP :
[0036] 前瞻工作電壓 Vo = Max{Ve, Vr};
[0037] 前瞻工作頻率 Fo = Max {Fe, Fr};
[0038] 3、DVFS控制模塊將Vo和Fo分別寫入電源管理單兀（PMU, Power Management Unit)和時(shí)鐘管理單元（CMU, Clock Managment Unit)，完成前瞻動態(tài)電壓頻率調(diào)整。
[0039] 4、提升性能的調(diào)節(jié)順序?yàn)椋河脩糸_始操作一系統(tǒng)性能指數(shù)高一提高系統(tǒng)工作電壓 -提高系統(tǒng)工作頻率一提升系統(tǒng)性能；
[0040] 5、降低功耗的調(diào)節(jié)順序?yàn)椋河脩敉Ｖ共僮饕幌到y(tǒng)性能指數(shù)低一降低系統(tǒng)工作頻率 -降低系統(tǒng)工作電壓一降低系統(tǒng)功耗。
[0041] 上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的 限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有前瞻屬性的s〇c動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，應(yīng)用于SoC系統(tǒng)級芯片上，其特征 在于，包括以下步驟： 51、 SoC芯片上電后，操作系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)策略，設(shè)置觸摸屏控制器的寄存器組的參數(shù)； 52、 用戶操作觸摸屏?xí)r，觸摸操作通過電容屏控制器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，獲取并統(tǒng)計(jì)捕獲 的觸摸屏操作參數(shù)，對這些值按設(shè)定策略取加權(quán)平均，得到一個(gè)系統(tǒng)的性能指數(shù)值，并傳入 DVFS控制模塊； 53、 DVFS控制模塊通過查表，得到該系統(tǒng)的性能指數(shù)值對應(yīng)的CPU電壓和頻率，并與操 作系統(tǒng)中運(yùn)行的DVFS算法所預(yù)測的CPU電壓和頻率比較，取其較大者，得到前瞻工作電壓 Vo和前瞻工作頻率Fo ; 54、 DVFS控制模塊將前瞻工作電壓Vo和前瞻工作頻率Fo分別寫入電源管理單元PMU 和時(shí)鐘管理單元CMU，完成動態(tài)電壓頻率調(diào)整。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在 于： 所述步驟S1中設(shè)置觸摸屏控制器的寄存器組的參數(shù)包括觸摸頻率統(tǒng)計(jì)周期，滑動距 離統(tǒng)計(jì)周期和加權(quán)方式選擇。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在 于： 所述步驟S2中捕獲的觸摸屏操作參數(shù)包括觸摸強(qiáng)度、觸摸點(diǎn)數(shù)、觸摸頻率以及滑動距 離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在 于，所述的SoC系統(tǒng)級芯片包含：觸摸屏控制器，電源管理單元PMU、時(shí)鐘管理單元CMU、DVFS 控制模塊，精簡指令集處理器，片上總線、圖形單元、內(nèi)存控制器、輸入輸出接口模塊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在 于，所述的SoC系統(tǒng)級芯片包含的控制器、單元或者模塊采用IP核形式，以Verilog硬件描 述語言描述。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在 于，所述的SoC系統(tǒng)級芯片通過外接電源管理集成電路PMIC來管理SoC系統(tǒng)級芯片的功 耗。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在 于：所述的觸摸屏控制器與外接的觸摸屏相連接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在 于：所述步驟S3中操作系統(tǒng)運(yùn)行的DVFS算法所預(yù)測的工作電壓和系統(tǒng)頻率通過精簡指令 集處理器寫入DVFS控制模塊。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法， 其特征在于： 所述方法提升系統(tǒng)性能的調(diào)節(jié)順序依次為：用戶開始操作、系統(tǒng)性能指數(shù)高、提高系統(tǒng) 工作電壓、提高系統(tǒng)工作頻率、提升系統(tǒng)性能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至8任一所述的一種具有前瞻屬性的SoC動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方法， 其特征在于： 所述方法降低系統(tǒng)功耗的調(diào)節(jié)順序依次為：用戶停止操作、系統(tǒng)性能指數(shù)低、降低系統(tǒng) 工作頻率、降低系統(tǒng)工作電壓、降低系統(tǒng)功耗。
【文檔編號】G06F1/32GK104216502SQ201410430869
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】張義, 胡躍明, 陳安 申請人:華南理工大學(xué)