专利名称：可调工作电压和时钟频率的dsp及其调节方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，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。
背景技术：
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。
发明内容
本发明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，本发明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；
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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。本发明的有益效果是本发明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器承载的任务量，对各个数字信号处理器的工作电压和时钟频率进行动态调节，从而通过动态调节来降低电路的功耗，并且当数字信号处理器的工作时钟频率通过调节后，达到理想时钟频率，且此时工作电源电压为能满足该理想时钟频率的最低电源电压时，该阵列处理器的功耗消耗达到最低。本发明数字信号处理器，包括用于监测该数字信号处理器承载子任务的处理任务量和通信任务量的任务监测单元，并计算其理想时钟频率，以及根据该理想时钟频率对当前的工作电压和时钟频率进行调节的工作电压动态调节单元，以及根据调节后的生成的工作电压和时钟信号进行相应的任务处理的功能单元，从而使得本发明的数字信号处理器可以通过监测其承载的任务量动态地调节当前工作电压和时钟频率，以提供数字信号处理器工作所需的理想时钟频率和最低电源电压，进而使得基于本发明的数字信号处理器的阵列处理器，通过调节其数字信号处理器的工作电压和时钟频率，即能有效降低其能耗消耗。
图1为一种阵列处理结构的示意图；图2为本发明的DSP的一实施例的结构示意图；图3为本发明的工作电压动态调节单元的一实施例的结构示意图；图4为本发明的DSP的一实施例的整机示意图；图fe和图恥分别为本发明阵列处理器的一实施例的结构示意图和该阵列处理器的一个DSP与其他DSP之间的连接关系的一实施例的示意图。图6为本发明的阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法的一实施例的流程图；图7为本发明的阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法的步骤SlOl的一实施例的流程图；图8a、图8b和图8c分别为本发明的方法的一实施例中的通信任务图，应用特征图，以及将子任务映射到阵列处理器中相应的DSP的示意图；图9为本发明的阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法的步骤S103的一实施例的流程图；图10为本发明的阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法的步骤S1035的一实施例的流程图。
具体实施例方式下面通过具体实施方式
结合附图对本发明作进一步详细说明。由于在阵列处理器中，各个DSP单元承载的子任务不同，单个DSP单元承载子任务在不同时刻的处理任务量和通信任务量也不同，针对各个DSP单元，根据其承载任务量，动态地调节其工作电压和时钟频率，从而可有效降低阵列处理器的功耗消耗。因此，本发明针对此问题提供了一种可调工作电压和时钟频率的数字信号处处理器(DSP)、一种阵列处理器，以及一种阵列处理器的工作电压和时钟频率的调节方法。请参考图2和图4，为本实施方式的DSP的一实施例的结构示意图。本实施例的 DSP，包括任务监测单元1，与该任务监测单元1相连的工作电压动态调节单元2，以及与该工作电压动态调节单元2相连的功能单元3，其中，任务监测单元1用于监测该DSP映射子任务的实时处理任务量和通信任务量是否发生变化，如是则计算该DSP的理想时钟频率； 工作电压动态调节单元2，用于接收任务监测单元1提供的理想时钟频率，并根据该理想时钟频率，对该DSP当前的工作电压和时钟频率进行动态调节，产生理想时钟频率的工作时钟和满足该理想时钟频率的最低工作电源电压，并输出给功能单元3 ；功能单元3，则用于根据该工作电压动态调节单元2输出的调节后的理想工作时钟和最低工作电源电压，进行相应的任务处理。本实施方式的DSP包括通过任务监测单元1监测D该SP所承载的任务量来计算该 DSP工作时所需的理想时钟频率，其中任务量包括处理任务量和通信任务量，再通过工作电压动态调节单元2对该DSP的当前工作电压和时钟频率进行动态调节，从而有效地降低由该DSP组成的阵列处理器的功耗消耗，并且当经过工作电压动态调节单元2调节后的时钟频率达到理想时钟频率时，则生成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，进而使得该DSP的能耗达到最低。请参考图3和图4，为本实施方式的工作电压动态调节单元2的一实施例的结构示意图。本实施例的工作电压动态调节单元2包括标准低频时钟21、计数器22、比较器 23、数字环路滤波器24、电压调节模块25和环形振荡器沈，其中，标准低频时钟21与计数器22相连，用于向该计数器22提供低频时钟信号；计数器22与比较器23相连，用于接收该标准低频时钟21提供的低频时钟信号，并根据该低频时钟信号，计算当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值，并发送至比较器23 ；比较器23与数字环路滤波器M相连，用于将计数器22计算的当前工作电压下瞬时工作时钟频率，与任务监测单元1计算的理想时钟频率进行比较，并输出比较的频率差值至该数字环路滤波器M ；数字环路滤波器M与电压调节模块25相连，用于根据该频率差值，产生控制电压调节模块25对当前工作电压进行维持或者调整的控制信号，并输出至电压调节模块25 ；电压调节模块25与环形振荡器沈相连，用于根据该控制信号，维持或者调整工作电压，并将调整后生成的工作电压输出给功能单元3 和环形振荡器26 ；环形振荡器沈与计数器22相连，用于根据该电压调节模块25输出的工作电压转换为相应的实时时钟信号，并将该实时时钟信号输出给功能单元3使用，同时输出至计数器22，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，直至当前工作电压下瞬时工作时钟频率与任务监测单元1计算的理想时钟频率相同，此时工作电源电压也为满足理想时钟频率的最低电源电压。本实施方式中的工作电压动态调节单元2通过计数器22根据标准低频时钟21提供的低频时钟信号和环形振荡器26输出的实时时钟信号计算当前工作电压下的瞬时工作时钟频率数值，再由比较器23将该瞬时工作时钟频率数值与理想时钟频率进行比较，并输出比较的频率差值，再由数字环路滤波器M根据该频率差值产生相应的控制信号，控制电压调节模块25对该DSP当前的工作电压进行维持或者调整，并将调节后生成的工作电压输出给功能单元3，同时发送给环形振荡器26，由该环形振荡器沈将该工作电压转换为相应的实时时钟信号，并反馈给计数器22以计算当前工作电压下瞬时工作时钟频率数字，从而进行循环反馈调节，直至调节后的时钟频率达到理想时钟频率，即直至比较器23输出的频率差值为零时，则数字环路滤波器M产生维持当前工作电压的控制信号，则此时当前的工作电压即为满足理想时钟频率的最小电源电压，此时该DSP的能耗也达到最小。基于上述的可调工作电压和时钟频率的DSP，本实施方式还提供一种阵列处理器， 请参考图如和图恥分别为本实施方式的阵列处理器的结构示意图和该阵列处理器的一个 DSP200与其他DSP200之间的连接关系的示意图。本实施方式的阵列处理器，包括多个上述的DSP200，目标任务映射单元以及异步通信单元300和电平转换单元100，其中异步通信单元300与多个DSP200相连，用于多个DSP200之间进行数据通信；电平转换单元100与电源和多个DSP200相连，用于向多个DSP200提供工作电源；目标任务映射单元与多个DSP200 相连，用于将目标任务分解为子任务，并映射到多个DSP200中，各个DSP200则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，并产生理想时钟信号和满足该理想时钟频率的最小电源电压，并根据该理想时钟信号和最小电源电压进行相应的任务处理。本实施方式中的阵列处理器的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，目标任务分解模块用于将目标任务分解为互有数据关系的子任务；子任务分配模块与目标任务分解模块相连，用于将目标任务分解模块分解的子任务分配到各个DSP200的功能单元中，并形成互有通信关系的功能应用特征图；映射模块与子任务分配模块相连，用于根据功能单元间的通信任务量将子任务映射到该阵列处理器的各个 DSP200 中。本实施方式的阵列处理器，通过目标任务映射单元将目标任务分解为多个子任务，并映射到多个DSP200中，再由DSP200根据各自承载的任务量对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，其中任务量包括处理任务量和通信任务量，并产生理想时钟频率的时钟信号，以及满足该理想时钟频率的最小电源电压，再进行相应的任务处理，从而使得该阵列处理器的能耗达到最小。基于上述的阵列处理器以及可调工作电压和时钟频率的DSP，本实施方式还提供一种阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法，下面结合具体实施方式
和附图对其进行详细的说明。请参考图6，为本实施方式的阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法的一实施例的流程图。本实施方式的阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法，包括S101，通过阵列处理器映射方法将目标任务映射到各个DSP，并执行步骤S103。请参考图7，为本实施方式的步骤SlOl的一实施例的流程图。本实施方式的步骤 SlOl包括S1011，将目标任务分解为互有数据关系的子任务，得到相应的通信任务图。本实施方式中，数据关系指各子任务之间存在的数据交互的关系。在本实施方式的一种实施例中，由于子任务处于目标任务中的不同部分或者不同步骤，子任务A处理完的数据需要送给子任务B继续处理；或者子任务A处理的过程中，需要子任务B的中间结果；或者子任务A和子任务B需要共同从之前完成的某个子任务C读取数据，这样子任务A和子任务B之间就存在数据交互，即互有数据关系。本实施方式的方法的一实施例中，由目标任务分解模块将目标任务分解为互有数据关系的子任务t0，tl，t2，t3，t4和t5，从而得到如图8a所示的通信任务图，即子任务t0 处理完的数据发送给子任务tl，t2，t4继续处理；且子任务t4和t3需要共同从之前完成的子任务tl读取数据；子任务t4还需要从之前处理完的子任务t2读取数据；t3处理完的数据则发送给子任务t5。S1013，将分解后得到的子任务分配到功能单元中执行，形成互有通信关系的应用特征图。本实施方式的一实施例中，如图8a所示对于分解得到的子任务t0，tl，t2，t3，t4 和t5，根据已经到得到通信任务图，由子任务分配模块将各个子任务分别分配到功能单元 pe0,pel,pe2和pe3，得到相应的应用特征图，如图8b所示。其中，子任务t0分配到功能单元peO，子任务tl分配到功能单元pel，子任务t2、t3分配到功能单元pe2，子任务t4、t5 分配到功能单元pe3，且各子任务处理顺序为功能处理单元peO首先处理子任务t0，并将其输出送给功能单元pel和pe2 ；然后功能单元pel和pe2分别处理子任务tl和t2，功能单元pel将其输出送给功能单元pe2和pe3，功能单元pe2将其输出送给功能单元pe3，同时， 功能单元PeO将处理子任务t0后的输出传送给功能单元pe3 ；再者，功能单元pe3进行子任务t4的处理，并将其结果输出，功能单元pe2进行子任务t3的处理并将其结果传送给功能单元pe3 ；最后功能单元pe3进行子任务t5的处理并将其结果输出，如图8b应用特征图所示。S1015，根据功能单元之间的通信任务量将子任务映射到阵列处理器中的各个DSP中。本实施方式中，将子任务映射到各个DSP后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DSP单元生成相应的指令代码，各个DSP根据生成的指令代码进行相应的运算和通信。本实施方式的方法的一实施例中，由映射模块根据各功能单元之间的同堂通信任务量将子任务映射到各个DSP中。请参考图8a，通信任务量处理单元peO需要将数据发送给处理单元pel、pe2、pe3，处理单元pel需要接收处理单元peO的数据，并发送数据给处理单元pe2和pe3，处理单元pe2要接收处理单元peO和pel的数据，并两次将数据发送给处理单元pe3，处理单元pe3要接收处理单元pe0，pel，pe2的数据，也即每个处理单元都和其他三个处理单元通信。请参考图1，由于阵列处理器中任何两个DSP间都可以进行通信，每个DSP和上边、下边、左边、右边四个DSP可以直接进行通信，和其他DSP的通信要通过一个或者多个路由器R。则可以将处理单元映射到阵列处理器中临近位置的四个DSP中，因此， 请参考图8c，根据上述的各子任务之间的通信任务量，将子任务t0对应的处理单元peO映射到阵列处理器(0，3)位置的DSP中，将子任务tl对应的处理单元pel映射到阵列处理器 (0,2)位置的DSP中，将子任务t2和t3对应的处理单元pe2映射到阵列处理器(1，；3)位置的DSP中，将子任务t4和t5对应的处理单元pe3映射到阵列处理器(1, 位置的DSP中， 将各子任务映射到相应的DSP中后，并分别生成其运算和通信的指令代码，各个DSP则根据该指令代码来进行相应的运算和通信。其中，阵列处理器(0，3)位置的DSP和(0，2)、(1， 3)位置的DSP可直接通信；阵列处理器(0, 位置的DSP和(1, 位置的DSP可直接通信； 阵列处理器(1，3)位置的DSP和(1，2)位置的DSP可直接通信；阵列处理器(0，3)位置的 DSP和(1，2)位置的DSP可通过路由器R通信。S103，根据各个DSP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时钟信号和满足该理想时钟频率的最小电源电压。请参考图9，为本实施方式阵列处理器工作电压和时钟频率的调节方法的步骤 S103的一实施例的流程图。本实施方式的步骤S103包括S1031，监测该DSP所承载子任务的处理任务量和通信任务量是否发生变化，如是，则执行步骤S1033，否则继续监测。本实施方式中，由于在子任务处理的不同阶段，其执行的汇编指令中运算和访存等操作的密度不同，即处理任务量和通信任务量发生变化，可以通过统计或者预测的方法监测任务量的变化。按照目标任务应用实时性的要求，子任务的每个处理阶段必须在一定时间内完成，即当任务量变大时，将需要较高的理想工作时钟频率；任务量变小时，较低的理想工作时钟频率即可满足。该理想工作时钟频率可通过应用实时性需求和任务操作数计算获得。S1033，根据映射子任务的实时处理任务量和通信任务量，实时计算产生DSP所需的理想时钟频率。本实施方式的一实施例中，由DSP的任务监测单元1监测其所承载的子任务的实时处理任务量和通信任务量是否发生变化，如是则计算该DSP的理想时钟频率，否则继续监测。S1035，根据计算得到的理想时钟频率，对当前工作电压和时钟频率进行动态调节，生成理想时钟频率的时钟信号和满足该理想时钟频率的最低电源电压，并输出至功能单元3。本实施方式的一实施例中，由DSP的工作电压动态调节单元2对接收任务监测单元1提供的理想时钟频率，并根据该理想时钟频率，对该DSP当前的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工作时钟和满足该理想时钟频率的最低工作电源电压，并发送给功能单元3。请参考图10，为本实施方式的方法的步骤S1035的一实施例的流程图。本实施方式的步骤S1035包括S10351，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。本实施方式的一实施例中，由工作电压动态调节单元2的标准低频时钟21提供低频时钟信号，环形振荡器26根据当前工作电压转换为相应的实时时钟信号，再由计数器22 根据该标准低频时钟21提供的低频时钟信号和环形振荡器沈输出的实时时钟信号，计算当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值。S10353，将上述的当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值与计算得到的理想时钟频率进行比较，并输出频率差值。本实施方式中，该频率差值包括两者情况如果当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值与计算得到的理想时钟频率存在差异，即输出的频率差值不为零，则继续执行步骤 S10355a;如果当前工作电压下瞬时工作时钟频率数值与计算得到的理想时钟频率不存在差异，即输出的频率差值为零，则继续执行步骤S10355b。本实施方式的一实施例中，由比较器23将计数器22计算的当前工作电压下瞬时工作时钟频率，与任务监测单元1计算的理想时钟频率进行比较，如果两者存在差异，则输出的频率差值不为零，如果两者不存在差异，即当前工作电压下瞬时工作时钟频率达到理想时钟频率，则其输出的频率差值为零。S10355a，根据上述频率差值，产生控制对工作电压进行调整的调整控制信号，并执行步骤S10357a。本实施方式的一实施例中，由数字环路滤波器M根据比较器23输出的不为零的频率差值，生成相应的控制电压调节模块对工作电压进行调整的调整控制信号，并输出给电压调节模块25。S10355b，根据上述的频率差值，产生控制对工作电压进行维持的维持控制信号， 并执行步骤S10357b。本实施方式的一实施例中，由数字环路滤波器M根据比较器23输出的为零的频率差值，生成相应的控制电压调节模块对工作电压进行维持的维持控制信号，并输出给电压调节模块25。S10357a，根据上述的调整控制信号，对当前工作电压进行调整，并将调整后的工作电压输出至功能单元3，执行步骤S10359。S10357b，根据上述的维持控制信号，维持当前工作电压，将该工作电压输出给功能单元3，并结束。本实施方式的一实施例中，由电压调节模块25根据数字环路滤波器M输出的调整控制信号或者维持控制信号，对当前工作电压进行相应的调整或者维持，并将调整后或者维持的工作电压发送给功能单元3使用。本实施例中，当电压调节模块25对当前工作电压进行维持时，即当前工作电压满足理想时钟频率，因此不再对当前工作电压进行调整，直至DSP的任务监测单元1监测到其承载的任务量有变化，才再次重新进行调节。本实施例的电压调节模块25可以为开关型DC-DC(con direct current-direct current conversion，直流-直流变换)变换器。该开关型DC-DC变换器内部包含一个脉冲宽度调制器，它所产生的开关动作会通过一个功率型NMOS(N-charmel metal oxide semiconductor, N沟道金属氧化物半导体，N型MOS管)和一个功率型PMOS (P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体，P型MOS管)组成的反相器产生一个交流信号，再通过一个电容和电感组成的二阶低通滤波器，使交流信号的直流分量通过， 达到降低电压的目的。该控制信号控制脉冲宽度调制器的开关动作，实现不同频率和占空比的交流信号，即可得到不同大小的直流电压。当然本实施方式中的电压调节模块25也可以使用其他能够对电压进行相应的调节的模块。S10359，将调整后产生的工作电压转换成相应的工作实时时钟信号，提供给功能单元3使用，并反馈该实时时钟信号以进行循环调节，直至调节后的工作时钟频率达到理想时钟频率，则此时工作电源电压也为能满足理想时钟频率的最低电源电压。本实施方式的一种实施例中，由环形振荡器沈将电压调节模块25产生的工作电压转换成相应的实时时钟信号，提供给功能单元3使用，并将该实时时钟信号发送给计数器22以计算当前工作电压下瞬时时钟频率，从而形成反馈回路，对DSP的工作电压和时钟频率进行循环调节，直至该DSP的工作时钟频率达到理想工作时钟频率，即计数器22根据环形振荡器26转换的实时时钟信号计算得到的调整后的工作电压下的瞬时时钟频率数值与任务监测单元1计算得到的理想时钟频率相同，则此时，比较器23输出的频率差值为零， 则数字环路滤波器M产生维持当前工作电压的控制信号，则电压调节模块25对当前电压进行维持，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，不在对DSP 的工作电压和时钟频率进行调节，此时该阵列处理器的功耗消耗为最低。本实施方式的方法，通过将实际的工作时钟频率和理想时钟频率的比较，并根据比较的频率差值，生成相应的控制信号来控制对当前工作电压进行调整或者维持，再将调节后的工作电压转换为相应的实时时钟信号，即这时实际工作时钟频率也发生变化，并将该实时时钟信号进行反馈，从而形成反馈回路进行循环调节，即根据调节后的工作电压转换的实时时钟信号和低频时钟信号，计算调节后的工作电压下瞬时工作时钟频率数值，再
13将该调整后的工作电压下瞬时工作时钟频率和理想时钟频率进行比较，并根据比较的频率差值生成相应的控制信号，控制对工作电压和时钟频率继续调节，直至计算的瞬时工作时钟频率达到理想时钟频率，则不再对电源电压进行调节，工作时钟频率也稳定下来。本实施方式的方法通过形成一个反馈环路，对电路的工作电压和工作时钟频率进行循环调节，直至工作时钟频率达到理想工作时钟频率，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，从而有效降低了阵列处理器的功耗消耗，进而使得阵列处理器的能耗达到最小。 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
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。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，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。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，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。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，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。
6.一种数字信号处理器，其特征在于，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。
7.如权利要求6所述的数字信号处理器，其特征在于，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；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。
8.如权利要求7所述的数字信号处理器，其特征在于，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。
9.一种阵列处理器，其特征在于，包括目标任务映射单元、异步通信单元和电平转换单元，以及多个如权利要求6至8中任一项所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。
10.如权利要求9所述的阵列处理器，其特征在于，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。
全文摘要
本发明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。
文档编号G06F1/14GK102169357SQ20111009395
公开日2011年8月31日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年2月23日
发明者张旭, 王新安, 王腾, 胡子一, 谢峥, 高双喜 申请人:北京大学深圳研究生院