可调工作电压和时钟频率的DSP及其调节方法技术

本发明专利技术公开了一种数字信号处理器及其阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法。本发明专利技术的阵列处理器的工作电压和时钟频率调节方法通过将目标任务分解为对个子任务，再将子任务映射到各个数字信号处理器中，由各个数字信号处理器监测其所承载的任务量，并根据该任务量对其当前工作电压和时钟频率进行动态调节，从而降低电路的能耗消耗，并且当经过数字信号处理器调节后的工作时钟频率达到理想工作时钟频率时，且此时工作电源电压为能满足该理想工作时钟频率的最低电源电压，则不再进行调节，从而使得该阵列处理器的功耗消耗达到最低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路领域，尤其涉及一种可调工作电压和时钟频率的 DSP (Digital Signal Processing，DSP，数字信号处理)及其调节方法。
技术介绍
随着数字电路应用需求和系统规模的不断增大，在一些运算密集的复杂应用(如无线通信和数字媒体)中，单个处理器核已经不能满足应用的需求，单芯片上集成多个处理器单元的阵列处理器应运而生。随着工艺技术的不断进步，在深亚微米工艺条件下，单芯片上集成数十个乃至上百个处理器单元已经成为可能。北京大学深圳研究生院集成微系统实验室提出了一种阵列处理器结构(专利号 200810068127)，如图1所示。由于阵列处理器单芯片规模增大，同时采用先进的工艺技术， 工作在较高时钟频率下，其中的动态功耗和静态功耗问题都日趋严重。而数字集成电路的动态功耗与其工作时钟频率和工作电源电压密切相关；静态功耗与工作电源电压密切相关，所以在满足应用需求的前提下如何降低其工作时钟频率和工作电源电压成为关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的主要技术问题是，提供一种数字信号处理器、阵列处理器及其调节方法，在满足阵列处理器应用需求的前提下，对各信号处理器单元的工作电压和时钟频率进行动态调节，从而降低电路的功耗。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法，包括通过阵列处理器映射方法将目标算法映射到各个数字信号处理器；根据各个数字信号处理器中映射子任务的实时处理任务量和通信任务量，对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，产生并输出理想时钟频率的工作时钟信号和满足所述理想时钟频率的最小电源电压。进一步地，所述阵列处理器映射方法包括将算法分解成为互有数据关系的子任务；将子任务分配到功能单元中执行，形成互有通信关系的功能单元应用特征图；根据功能单元间的通信任务量将子任务映射到阵列处理器的各个数字信号处理器中。更进一步地，所述阵列处理器映射方法还包括根据子任务的算法，及相关子任务之间的通信关系，为数字信号处理器生成相应的指令代码；所述数字信号处理器根据所述指令代码进行相应的运算和通信。更进一步地，根据各个数字信号处理器中映射子任务的实时处理任务量和通信任务量对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，产生并输出理想时钟频率的工作时钟信号和满足所述理想时钟频率的最低电源电压的步骤，包括监测该数字信号处理器所承载子任务的实时处理任务量和通信任务量是否发生变化，如是，则根据所述实时处理任务量和通信任务量，实时计算所述数字信号处理器所需的理想时钟频率；根据所述理想时钟频率，对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，生成并输出理想时钟频率的工作时钟信号和满足所述理想时钟频率的最低电源电压。更进一步地，根据所述理想工作时钟频率，对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，并生成理想时钟频率的工作时钟信号和满足所述理想时钟频率的最低电源电压的步骤，包括根据低频时钟信号，以及实时时钟信号，计算当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值；判断所述当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值与所述理想时钟频率是否相等， 如否，则输出频率差值；根据所述频率差值产生控制工作电压进行维持或调整的控制信号；根据所述控制信号对输出的工作电压进行维持或者调整，并输出调节后生成的工作电压；将所述调节后生成的工作电压转换成相应的实时时钟信号，并输出，同时反馈所述实时时钟信号以进行循环调节，直至所述数字信号处理器的工作时钟频率达到理想时钟频率，则此时工作电源电压为能满足所述理想时钟频率的最低电源电压。一种数字信号处理器，包括任务监测单元，用于监测所述数据信号处理器所承载子任务的实时处理任务量和通信任务量是否发生变化，如果发生变化，则根据所述实时处理任务量和通信任务量计算所述数字信号处理器需要的理想时钟频率；工作电压动态调节单元，与所述任务监测单元相连，用于接收所述任务监测单元提供的理想时钟频率，并根据所述理想时钟频率对所述数字信号处理器当前的工作电压和时钟频率进行动态调节，产生并输出理想时钟频率的时钟信号和满足该理想时钟频率的最低工作电源电压；功能单元，与所述工作电压动态调节单元相连，用于根据所述工作电压动态调节单元输出的理想时钟信号和满足理想时钟频率的最低工作电源电压，进行相应的任务处理。进一步地，所述工作电压动态调节单元包括标准低频时钟、计数器、比较器、数字环路滤波器、电压调节模块和环形振荡器，其中，所述标准低频时钟与所述计数器相连，用于向所述计数器提供低频时钟信号；所述计数器与所述比较器相连，用于接收所述标准低频时钟提供的低频时钟信号，并根据所述低频时钟信号以及实时时钟信号，计算当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值，并发送至所述比较器；所述比较器与所述数字环路滤波器和任务监测单元相连，用于判断所述当前工作电压下瞬时工作时钟频率与所述任务监测单元计算的理想时钟频率是否相同，如否，则输出频率差值至所述数字环路滤波器；6所述数字环路滤波器与所述电压调节模块相连，用于根据所述频率差值，产生控制所述电压调节模块对工作电压进行维持或者调整的控制信号；所述电压调节模块与所述环形振荡器相连，用于根据所述控制信号，维持或者调整工作电压，并将调节后生成的工作电压输出给所述功能单元和所述环形振荡器；所述环形振荡器与所述计数器相连，用于通过复制所述功能单元内的关键路径， 将所述调节后生成的工作电压转换为相应的实时时钟信号，并将所述实时时钟信号输出给所述功能单元使用，同时反馈给所述计数器以计算当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值，从而进行循环调节，直至所述当前工作电压下瞬时工作时钟频率与所述任务监测单元计算的理想时钟频率相同，此时工作电源电压也为满足所述理想时钟频率的最低电源电压。更进一步地，所述功能单元包括至少两个寄存器，所述关键路径为所述两个寄存器之间，限制所述功能单元的最高工作时钟频率的组合逻辑延迟最大的路径。—种阵列处理器，包括目标任务映射单元、异步通信单元和电平转换单元，以及多个上述的数字信号处理器，所述异步通信单元与所述多个数字信号处理器相连，用于所述多个数字信号处理器之间进行数据通信；所述电平转换单元与电源和所述多个数字信号处理器相连，用于将向所述多个数字信号处理器提供工作电源；所述目标任务映射单元与所述多个数字信号处理器相连，用于将目标任务分解为子任务，并映射到所述多个数字信号处理器中；所述数字信号处理器用于根据各自承载子任务的处理任务量和通信任务量， 对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，并产生理想时钟频率的时钟信号和满足所述理想时钟频率的最小电源电压，并根据所述理想时钟信号和最小电源电压进行相应的任务处理。进一步地，所述目标任务映射单元包括目标任务分解模块，子任务分配模块和映射模块，其中，所述目标任务分解模块用于将所述目标任务分解为互有数据关系的子任务；所述子任务分配模块与所述目标任务分解模块相连，用于将所述目标任务分解模块分解的子任务分配到数字信号处理器的功能单元中，并形成互有通信关系的功能应用特征图；所述映射模块与所述子任务分配模块相连，用于根据所述功能单元间的通信任务量将所述子任务映射到所述阵列处理器的各个数字信号处理器中。本专利技术的有益效果是本专利技术的阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法通过根据各个数字信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
时钟频率的工作时钟信号和满足所述理想时钟频率的最小电源电压。１．一种阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法，其特征在于，包括：通过阵列处理器映射方法将目标算法映射到各个数字信号处理器；根据各个数字信号处理器中映射子任务的实时处理任务量和通信任务量，对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，产生并输出理想

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王腾，王新安，胡子一，谢峥，高双喜，张旭，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94