动态电压控制方法与设备技术

提供了一种动态功率控制器，其确定处理器的一个时钟频率需求，并决定支持该时钟频率需求的电压需求。该动态功率控制器将处理器转换成由时钟频率需求和电压需求确定的功率状态。特别地，将电压需求指示的电压电平提供给该处理器，并且将频率需求指示的频率分布提供给处理器的时钟信号。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及减小处理器中的功率消耗，更具体地，涉及用于通过确定处理器的时钟频率需求和相应的电压需求而基于处理器的处理状态和/或计算需要，动态控制供给处理器的电压电平的方法和设备。
技术介绍
功率消耗和管理是处理器、数字设备、计算机系统等的开发者在设计中所关心的。在电池供电设备中，比如手机、便携式电脑、个人数字助理(PDA)以及其它便携和手持设备，功率消耗可能是决定设备必须重新充电和/或连到交流电源前所能使用的时间长短的一个重要因素。因此，功率消耗可以在很大程度上影响这些设备的使用。在某些计算机系统和/或数字设备中，功率控制能给出一种二进制的功率状态，其中，第一功率状态对应于空闲处理器，第二功率状态对应于活动处理器。然而，比如在数字设备的处理器中，可能存在多种具有计算需要的活动处理状态，这些计算需要要求不同级别的功率来支持处理状态。但是，传统的功率控制方法可能没有考虑处理器不同的功率需要。因此，根据处理器的计算需求，设备消耗的功率可能超过处理器计算任务和/或功能所需要的功率。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例包括在具有至少一个处理器的系统中动态功率控制的一种方法，该至少一个处理器包括至少一个能以多种频率操作的时钟信号。该方法包括以下步骤确定该至少一个处理器的一个时钟频率需求；确定支持该时钟频率需求的电压需求；按照该时钟频率需求操作该至少一个时钟信号；按照电压需求提供电压，以支持该至少一个处理器。根据本专利技术的另一个实施例包括一个处理器，该处理器包含至少一个能以多种频率操作的时钟信号。该处理器包括一个或多个钟控元件(clocked component)，其接收该至少一个时钟信号；和控制器，其连接至这些元件中的至少一个，以决定处理器的时钟频率需求，该控制器适于根据处理器的时钟频率需求决定电压需求，并且对到由时钟频率需求和电压需求定义的功率状态的转换进行排序。根据本专利技术的又一个实施例包括一个控制器，以动态控制到处理器的功率。该控制器包括多个寄存器，用来存储表示处理器时钟频率需求的信息；比较器，其连接至这多个寄存器，该比较器设计成根据存储在多个寄存器中的信息来确定电压需求；以及一个序列发生器，其连接至比较器，以接收电压电平信号，该序列发生器被设计成用来将处理器转换到由时钟频率需求和电压需求确定的功率状态。根据本专利技术的又一个实施例包括一个由至少一个处理器组成的低功率设备，该至少一个处理器带有多个可按多种时钟信号操作的钟控元件；一个为该至少一个处理器提供可变电压的电源；一个控制该多个时钟信号的频率的时钟控制器；一个连接到该电源和时钟控制器的动态功率控制器，该动态功率控制器用来监控该至少一个处理器，确定其时钟频率需求，并根据这个频率需求确定电压需求，该动态功率控制器被设计成将该电源和时钟控制器转换到由时钟频率需求和电压需求确定的功率状态。附图说明图1说明了一个示例处理器的不同子系统的一个框图；图2说明了向图1中所示处理器的不同元件产生和分配时钟信号的定时方案和控制；图3说明了处理器的示例时钟信号在不同操作模式下如何作为时间的函数而变化的图表；图4说明了根据本专利技术的一个实施例的具有动态功率控制功能的处理器；图5说明了根据本专利技术的一个实施例，为处理器提供动态功率控制的方法；图6说明了根据本专利技术的动态功率控制器的一个实施例；和图7说明了根据本专利技术的动态功率控制器的另一实施例。具体实施例方式很多设备中，尤其是由电池供电的设备，减少设备的处理器消耗多余功率的时间量是很有益处的。当可以以低功率状态执行处理器的计算任务、功能和操作和/或满足处理需要时，就认为处理器消耗了多余的功率。名词“处理器”一般指执行逻辑操作、计算任务、控制功能等的任何设备。一个处理器可以包括一个或多个子系统、元件、和/或其它处理器。典型的处理器包括不同的逻辑元件，这些逻辑元件使用时钟信号进行操作来锁存数据、推进和/或排序逻辑状态、同步计算与逻辑操作和/或提供其它定时功能。申请人观察到，一个设备的功率消耗与供给设备的处理器的电压的平方相关，并且与处理器工作的频率成比例。设备的功率消耗可以表示为PD＝cV2F(方程1) 这里V＝供给设备的电压(即Vdd与Gnd之差)F＝频率(例如设备的时钟频率)c＝由以V和F工作的电路所决定的常量此外，申请人也认识到，操作处理器所需要的电压可能是时钟频率或者正在提供并分配给处理器的频率的函数。相应地，一种减小设备功率消耗的方法就是动态调整提供给处理器的时钟信号的频率，以表现处理器的时钟频率需求。名称“时钟频率需求”一般指提供给处理器的时钟频率或时钟频率集，其是支持处理器的任务、功能和/或计算需求所必需的。一般来讲，频率低于时钟频率需求的一个或一组时钟信号不足以操作逻辑门、触发器、和时钟信号要供给的其它钟控电路和元件，也不足以在要求的时间量内完成任务，和/或不能执行处理器的一个或多个操作。如上所述，处理器要求的电压可能是提供并分配给处理器的时钟频率或时钟频率集(即时钟频率需求)的函数。同样，当处理器的计算需要低时，处理器可以具有降低的时钟频率需求。因此，支持时钟频率需求所必需的电压，即电压需求，也会相应降低。名称“电压需求”一般指提供给处理器来支持给定时钟频率需求的一个或多个电压电平。特别地，电压需求指示足以按照时钟频率需求驱动处理器的不同时钟信号而不引起钟控元件操作错误(例如存储器访问错误、定时违规、临界速度路径延时等)的一个电压值或者电平。尽管可能存在支持时钟频率需求的许多电压电平(例如超过某一最小电压的电压)，电压需求一般指更加接近满足时钟频率需求的电压电平。由于处理器的计算需要随时间变化，就有可能同时减小施加于处理器的时钟信号频率和电压电平(即处理器可以被转换到一种低功率状态)。因此，设备的功率消耗能被动态的调整为表示处理器的处理需求。相应地，本专利技术的一个具体实施例包括确定处理器的一个时钟频率需求，以及调整供给处理器的电压来支持确定的时钟频率需求。图1说明了一个示例处理器20的框图。处理器20可以例如在一个单半导体芯片上制造。处理器20包括一个数字信号处理器(DSP)子系统22、一个微控制器(MCU)子系统24、系统存储器28以及外围子系统26。处理器的不同子系统连到系统总线30，以在不同元件间通信和/或传输数据，比如操作数或指令、地址和/或控制信号等。DSP子系统22可以包括一个高速数字信号处理器。数字信号处理器的操作特征是实时执行、计算密集且经常时间危急的任务、和频繁的内存访问等。MCU子系统24例如可以执行多种控制功能、协调系统事件、执行系统软件等，并且可以以比DSP低的时钟频率执行。系统存储器28可以是片载存储器，比如RAM，它提供了被处理器20的不同子系统所共享的存储资源。外围子系统26可以包括处理器与片外设备或其它处理器通信所需要的多种接口和逻辑。例如，外围子系统26可以与片外功率管理芯片通信或访问片外存储器。此外，该外围子系统可以包含支持不同通信标准的接口，例如串行、红外数据联合(IrDA)、通用串行总线(USB)、SIM接口等。此处将使用图1中描述的处理器及其相似变型来图示或说明本专利技术的不同方面，但应注意，该处理器的元件和子系统在这里始终仅作为示例。专利技术并不在处理器实施例中元件的数量、类型或本文档来自技高网...

【技术保护点】
在包括至少一个处理器的系统中，且该处理器具有至少一个能在多个频率下工作的时钟信号，一种动态功率控制的方法，包括步骤：确定该至少一个处理器的一个时钟频率需求；确定支持该时钟频率需求的电压需求；根据该时钟频率需求操作该至少一个时钟信号；和根据该电压需求提供电压以支持该至少一个处理器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：帕勒比尔克，约恩瑟伦森，迈克尔艾伦，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[]