自適應(yīng)電壓頻率調(diào)整的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總的來說涉及半導(dǎo)體處理技術(shù)，更具體地，涉及自適應(yīng)電壓頻率調(diào)整的系 統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體處理技術(shù)繼續(xù)按比例縮小，這使得數(shù)量日益增加的中央處理單元（CPU)和 外圍設(shè)備能夠集成到一個系統(tǒng)。這樣的集成通常提供多種益處，諸如，在計算機服務(wù)器或 芯片上系統(tǒng)（SoC)內(nèi)的更多處理功率和在移動設(shè)備或蜂窩電話中的更多功能。例如，通過 集成在小封裝中的多個處理器內(nèi)核和多個外圍設(shè)備，蜂窩電話可以給最終用戶提供多種功 能，諸如語音呼叫、文本消息、多媒體應(yīng)用、有線和/或無線網(wǎng)絡(luò)、相機、全球定位系統(tǒng)（GPS) 等。為了滿足更多性能和更多功能的需求，系統(tǒng)設(shè)計者面對很多挑戰(zhàn)。一個挑戰(zhàn)是有效功 率管理。例如，蜂窩電話內(nèi)的多個處理器內(nèi)核和外圍設(shè)備通常由諸如電池的單個電源供電。 電池的容量通常受其尺寸限制，其尺寸又受蜂窩電話封裝的小形成因數(shù)的限制。因此，如何 有效地利用電池的功率變?yōu)檫@種系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種系統(tǒng)，包括：監(jiān)控單元；處理單元，每個處理 單元均鏈接至監(jiān)控單元；以及外圍單元，每個外圍單元鏈接至監(jiān)控單元。每個處理單元均被 配置成：通過監(jiān)控單元，將請求發(fā)送到至少一個外圍單元，并且隨后從至少一個外圍單元接 收響應(yīng)；以及監(jiān)控單元被配置成：測量和存儲響應(yīng)與相應(yīng)請求之間的延遲。
[0004] 優(yōu)選地，該系統(tǒng)進一步包括：存儲單元，包括一組計算機可讀指令。當(dāng)一組計算機 可讀指令由一個處理單元執(zhí)行時，使一個處理單元：存取存儲在監(jiān)控單元中的所述延遲； 至少部分地基于延遲計算系統(tǒng)的性能度量；以及使系統(tǒng)基于所述性能度量調(diào)整所述系統(tǒng)的 功率狀態(tài)。
[0005] 優(yōu)選地，功率狀態(tài)包括：系統(tǒng)的操作頻率的設(shè)定以及系統(tǒng)的電源電壓的設(shè)定。
[0006] 優(yōu)選地，該系統(tǒng)進一步包括耦合至監(jiān)控單元并且被配置成周期性地執(zhí)行以下步驟 的設(shè)備：存取存儲在監(jiān)控單元中的延遲；基于延遲計算系統(tǒng)度量；以及基于系統(tǒng)度量，使系 統(tǒng)調(diào)整系統(tǒng)的操作頻率、系統(tǒng)的電源電壓或者它們的組合。
[0007] 優(yōu)選地，以事務(wù)級建模（TLM)實現(xiàn)監(jiān)控單元。
[0008] 優(yōu)選地，外圍單元中的一個的類型為：定時器、有線網(wǎng)絡(luò)接口控制器、無線網(wǎng)絡(luò)接 口控制器、UART設(shè)備、DMA控制器、USB設(shè)備或顯示器。
[0009] 優(yōu)選地，監(jiān)控單元包括存儲單元以及執(zhí)行以下功能的控制邏輯：當(dāng)監(jiān)控單元檢測 到從一個處理單元到一個外圍單元的請求時，記錄第一時間；當(dāng)監(jiān)控單元檢測到來自一個 外圍單元的相應(yīng)響應(yīng)時，記錄第二時間；計算第一時間和第二時間之間的第一差值；以及 將存儲單元中的記錄更新為第一差值，其中，記錄與一個處理單元唯一地關(guān)聯(lián)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多內(nèi)核系統(tǒng)，包括：多個第一處理器內(nèi)核；多 個第二外圍設(shè)備，被配置成通過通信網(wǎng)絡(luò)從多個第一處理器內(nèi)核接收指令，并且將相應(yīng)響 應(yīng)發(fā)送至多個第一處理器內(nèi)核；業(yè)務(wù)量監(jiān)控設(shè)備，被配置成監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)上的指令和相應(yīng) 響應(yīng)，并且存儲用于至少一些指令和相應(yīng)響應(yīng)的記錄；以及存儲器，包括一組計算機可讀指 令。當(dāng)一組計算機可讀指令被多個第一處理器內(nèi)核中的一個執(zhí)行時，使系統(tǒng)：存取記錄；至 少部分地基于記錄評估策略；以及基于策略調(diào)整系統(tǒng)的操作條件。
[0011] 優(yōu)選地，操作條件是：系統(tǒng)的時鐘頻率、系統(tǒng)的電源電壓或它們的組合。
[0012] 優(yōu)選地，該多內(nèi)核系統(tǒng)進一步包括：耦合至一個處理器內(nèi)核的設(shè)備，并且設(shè)備控 制：一個處理器內(nèi)核的電源電壓、一個處理器內(nèi)核的操作頻率或它們的組合。
[0013] 優(yōu)選地，業(yè)務(wù)量監(jiān)控設(shè)備被附著至通信網(wǎng)絡(luò)，由此基本沒有給通信網(wǎng)絡(luò)增加等待 時間。
[0014] 優(yōu)選地，記錄被存儲在寄存器棧中，寄存器棧被配置成包括：多個條目；每個條目 都與一個處理器內(nèi)核唯一地關(guān)聯(lián)；以及每個條目都包括與一個處理器內(nèi)核與至少一個外圍 設(shè)備之間的指令和相應(yīng)響應(yīng)關(guān)聯(lián)的延遲。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種管理多內(nèi)核系統(tǒng)的功耗的方法，其中，多內(nèi)核 系統(tǒng)包括鏈接至外圍設(shè)備的處理器內(nèi)核，并且每個處理器內(nèi)核均被配置成以相應(yīng)的第一功 率狀態(tài)操作，并且被進一步配置成將指令發(fā)送到至少一個外圍設(shè)備并且從至少一個外圍設(shè) 備接收響應(yīng)，對于每個處理器內(nèi)核，該方法包括以下步驟：在采樣周期內(nèi)測量第一執(zhí)行時 間，其中，第一執(zhí)行時間是由相應(yīng)的處理器內(nèi)核發(fā)送的指令的聚集指令響應(yīng)延遲；至少基于 第一執(zhí)行時間和第一組用戶定義標(biāo)準(zhǔn)計算第一組度量；至少基于第一組度量和第二組用戶 定義標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測第二功率狀態(tài)；以及基于第二功率狀態(tài)，調(diào)整相應(yīng)的處理器內(nèi)核的操作條件。
[0016] 優(yōu)選地，測量所述第一執(zhí)行時間包括以下步驟：初始化計算機可存取存儲單元； 當(dāng)指令從相應(yīng)的處理器內(nèi)核發(fā)送至一個外圍設(shè)備時，記錄開始時間；當(dāng)針對所述指令的響 應(yīng)從一個外圍設(shè)備發(fā)送至相應(yīng)的處理器內(nèi)核時，記錄結(jié)束時間；計算從開始時間到結(jié)束時 間的延遲；將延遲添加至計算機可存取存儲單元；以及在采樣周期內(nèi)重復(fù)記錄步驟、計算 步驟以及添加步驟。
[0017] 優(yōu)選地，調(diào)整所述相應(yīng)的處理器內(nèi)核的操作條件包括：調(diào)整相應(yīng)的處理器內(nèi)核的 電源電壓；以及調(diào)整相應(yīng)的處理器內(nèi)核的操作頻率。
[0018] 優(yōu)選地，調(diào)整電源電壓為以下方式中的一種：增加電源電壓；減小電源電壓；以及 保持電源電壓基本不變。
[0019] 優(yōu)選地，調(diào)整所述操作頻率為以下方式中的一種：增加操作頻率；減小操作頻率； 以及所述操作頻率基本不變。
[0020] 優(yōu)選地，計算所述第一組度量包括以下步驟：通過從采樣周期中減去第一執(zhí)行時 間，計算第二執(zhí)行時間；計算第一性能指標(biāo)μ i作為第二執(zhí)行時間與采樣周期的比率；基于 第一組用戶定義標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的處理器內(nèi)核的第一功率狀態(tài)，獲取第二性能指標(biāo)μ 2;如下計 算性能損失Lp和能量損耗Le :如果μ μ 2，則Lp= μ r μ 2且LE=0,否則Lp=O且Le= μ 2- μ i ; 以及計算總損失1^，1^=<1\1^+(1-(1)\1^，其中，（1是用戶定義參數(shù)并且〇<(1<1。
[0021] 優(yōu)選地，該方法進一步包括：在預(yù)測步驟之前，對于N個采樣周期，重復(fù)測量步驟 和計算第一組度量的步驟，其中，N是用戶定義整數(shù)且N大于1 ;對于N個采樣周期中的每個 第i個采樣周期，計算加權(quán)總損失Wi :對于所有整數(shù)i e [1，N]，『=和，1 +(1-#)x/；，其 中，4是第i個采樣周期的總損失，β是用戶定義參數(shù)，〇< β < 1且<=0;對于N個采樣 周期的每個第j個采樣周期，計算概率N :對于所有整數(shù) ，w . V- ' 以及 選擇將由預(yù)測步驟使用的第m個采樣周期的第一組度量，其中，I < m < N并且第m個采樣 周期的概率Pm是所有概率P1至Pn中的最大概率。
[0022] 優(yōu)選地，該方法進一步包括：對至少兩個處理器內(nèi)核同時執(zhí)行測量、計算、預(yù)測以 及調(diào)整的步驟。
【附圖說明】
[0023] 當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)說明書書時，能最好地理解本公開。需強調(diào)的是，根據(jù) 行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實踐，多種特征未按比例繪制，并且僅用于說明目的。實際上，為了論述的清 楚起見，多種特征