专利名称：基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机的性能功耗比优化技木，尤其涉及一种基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法和装置。
背景技术：
随着科技的发展，部分现代计算机其处理器由多个小的计算单元组成(每ー个小的计算单元称之为ー个处理器核)。这样的多核处理器实际上包含了多个可控的负载。例如，ー个8核的英特尔处理器，其内部就有8个核，每个核上运行的程序都不会固定，而且每个核都支持独立的频率和电压调节，即相当干8个动态负载。而性能功耗比是当今计算机的ー个关键衡量指标，对于计算机的处理器来说，每ー瓦的电能差异都可能导致性能的巨大差异。当然，在具备稳定而充足的市电的条件下，处理器对各个核间的电能的分配需求并不高。但对于基于可再生能源的计算机而言，在可再生能源(例如太阳能、风能、潮汐能)作为输入驱动下，由于能量供给可能经常出现较大波动，要想把宝贵的绿色能源最大的转化为计算机性能，除去汲取每ー瓦特的电能外，还需要最合理最优化的利用好每ー瓦特的电能，因此，如何恰当的分配电能，对于优化基于可再生能源的计算机的性能就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法和装置，以实现对基于可再生能源的多核计算机的性能功耗比进行优化。为达到上述目的，本发明一方面提供了一种基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法，包括以下步骤预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级；预先建立多核处理器的负载调控缓存区；所述负载调控缓存区用于存储每个处理器核的ID、每个处理器核的负载性能等级和每个处理器核的性能功耗比，且所述处理器核按照性能功耗比从高至低排序；预定义三个系统初始化变量头指针、尾指针和能耗关键字；所述头指针和所述尾指针用以索引所述负载调控缓存区，所述能耗关键字用以指示所述多核处理器当前的可再生能源的电能供给和负载需求情况；在任何ー个时刻，所述头指针指向满足条件(a)某一处理器核的负载等级未达到最高；(b)该处理器核是所有满足(a)条件的处理器核中性能功耗比最高的；在任何ー个时刻，所述尾指针指向满足条件(C)某一处理器核未休眠；(d)该处理器核是所有满足(C)条件的处理器核中性能功耗比最低的；系统初始化后，检查能耗关键字；根据检查结果判断可再生能源的电能供给是否充足；如果供给充足，读取当前头指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最高负载等级；如果达到最高负载等级，则判断所述当前头指针是否指向所述负载调控缓存区的末尾，如果未指向末尾，则将所述当前头指针的指向下移一位，然后再次读取当前头指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向末尾，则结束本次控制周期；如果未达到最高负载等级，则输出所述当前头指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；
如果供给不足，读取当前尾指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最低负载等级；如果达到最低负载等级，则判断所述当前尾指针是否指向所述负载调控缓存区的顶端，如果未指向顶端，则将所述当前尾指针的指向上移一位，然后再次读取当前尾指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向顶端，则结束本次控制周期；如果未达到最低负载等级，则输出所述当前尾指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；接收所述电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果，根据所述调整结果更新所述负载调控缓存区。本发明的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法，所述根据调整结果更新所述负载调控缓存区，具体包括根据所述调整结果更新每个处理器核的性能功耗比；将更新后的处理器核按照性能功耗比由高至低重新排序。本发明的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法，所述设定时间值为100毫秒。再一方面，本发明还提供了一种基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化装置，包括负载等级定义模块，用于预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级；缓存建立模块，用于预先建立多核处理器的负载调控缓存区；所述负载调控缓存区用于存储每个处理器核的ID、每个处理器核的负载性能等级和每个处理器核的性能功耗比，且每个处理器核按照性能功耗比从高至低排序；初始化变量定义模块，用于预定义三个系统初始化变量头指针、尾指针和能耗关键字；所述头指针和所述尾指针用以索引所述负载调控缓存区，所述能耗关键字用以指示所述多核处理器当前的可再生能源的电能供给和负载需求情況；在任何ー个时刻，所述头指针指向满足条件(a)某一处理器核的负载等级未达到最高；(b)该处理器核是所有满足(a)条件的处理器核中性能功耗比最高的；在任何ー个时刻，所述尾指针指向满足条件(C)某一处理器核未休眠；(d)该处理器核是所有满足(C)条件的处理器核中性能功耗比最低的；检测|吴块，用于在系统初始化后检查能耗关键子；判断模块，用于根据检查结果判断可再生能源的电能供给是否充足；调整模块，用于当所述判断模块判定所述可再生能源的电能供给充足时，读取当前头指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最高负载等级；如果达到最高负载等级，则判断所述当前头指针是否指向所述负载调控缓存区的末尾，如果未指向末尾，则将所述当前头指针的指向下移一位，然后再次读取当前头指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向末尾，则结束本次控制周期；如果未达到最高负载等级，则输出所述当前头指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；而当所述判断模块判定所述可再生能源的电能供给不足时，读取当前尾指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最低负载等级；如果达到最低负载等级，则判断所述当前尾指针是否指向所述负载调控缓存区的顶端，如果未指向顶端，则将所述当前尾指针的指向上移一位，然后再次读取当前尾指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向顶端，则结束本次控制周期；如果未达到最低负载等级，则输出所述当前尾指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整； 更新模块，用于接收所述电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果，根据所述调整结果更新所述负载调控缓存区。本发明的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化装置，所述更新模块包括接收子模块，用于接收所述电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果；性能功耗比更新子模块，用于根据所述调整结果更新每个处理器核的性能功耗比；排序更新子模块，用于将更新后的处理器核按照性能功耗比由高至低重新排序。本发明的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法中，预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级，预先建立多核处理器的负载调控缓存区，并预定义三个系统初始化变量头指针、尾指针和能耗关键字；头指针和尾指针用以索引负载调控缓存区，能耗关键字用以指示多核处理器当前的可再生能源的电能供给和负载需求情況；初始化后，通过检查能耗关键字获知可再生能源的电能供给情况，然后借助于负载调控缓存区计算出各个处理器核之间的最优电能分配方案，并将此方案作为输出反馈给外部的电源管理控制器，同时根据电源管理控制器反馈的调整结果更新负载调控缓存区，从而实现了对基于可再生能源的多核计算机的性能功耗比的优化。
图I为本发明一个实施例的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法中负载调控缓存区的体系结构示意图；图2为本发明一个实施例的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法的流程图；图3为本发明一个实施例的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化装置的结构框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述本实施例的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法中，要预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级，预先在系统启动时建立多核处理器的负载调控缓存区，并预定义三个系统初始化变量。其中，对于定义负载等级，比如对于支持Enhanced Intel SpeedStep技术的奔腾处理器,我们有6个不同的电压/频率可供选择，因此，用户就最多可以定义6个负载等级。结合图I所示，以8核的处理器为例，建立的负载调控缓存区用于存储每个处理器核的ID、每个处理器核的负载性能等级和每个处理器核的性能功耗比，且每个处理器核按照性能功耗比从高至低排序，对于每一个处理器核，12个字节的内存中有4B是存储处理器核的索引编号(即ID)，有4B用来存储对应编号处理器核的负载性能等级，所有性能等级初始化为最低等级1，最后4B用来存放该处理器核在上ー调控周期结束时的性能功耗比。而三个系统初始化变量为头指针F、尾指针R和能耗关键字E，其中，F和R是指针形变量，用以索引负载调控缓存区，在任何ー个时刻，头指针的指向满足条件(a)某一处理器核的负载等级未达到最高；(b)该处理器核是所有满足(a)条件的处理器核中性能功耗比最高的；在任何ー个时刻，尾指针的指向满足条件(c)某ー处理器核未休眠；(d)该处理器核是所有满足(c)条件的处理器核中性能功耗比最低的；而能耗关键字E是为了指示多核处理器当前的电能供给和负载需求情况而设定的整形数值，E=I表示供给大于负载，E = O表示供给小于负载。E的数值实时由操作系统获取并更新。
在系统初始化后，參考图2所示，本实施例的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化过程如下步骤SI，检查能耗关键字E。步骤S2，根据检查结果判断可再生能源的电能供给是否充足，如果充足则执行步骤S301及其以后步骤，否则执行步骤S311及其以后步骤。步骤S301，当电能供给充足时，读取当前头指针所指向的处理器核。步骤S302，判断该处理器核是否达到其最高负载等级。如果达到，则执行步骤S303，否则执行步骤S4。步骤S303，当该处理器核达到其最高负载等级时，进一歩判断当前头指针是否指向负载调控缓存区的末尾，如果是，则本次控制周期，否则，执行步骤S304。步骤S304，将当前头指针的指向下移一位，即头指针指向该处理器核的下一位处理器核，然后跳转执行步骤 S301。步骤S311，当电能供给不足时，读取当尾指针所指向的处理器核。步骤S312，判断该处理器核是否达到其最低负载等级。如果达到，则执行步骤S313，否则执行步骤S4。步骤S313，当该处理器核达到其最低负载等级时，进一歩判断当前尾指针是否指向负载调控缓存区的顶端，如果是，则本次控制周期，否则，执行步骤S314。步骤S314，将当前尾指针的指向上移一位，即尾指针指向该处理器核的上一位处理器核，然后跳转执行步骤S311。步骤S4，将未达到其最高负载等级处理器核的ID，或将未达到其最低负载等级处理器核的ID输出至外部的电源管理控制器。经过上述优化，这个输出的ID所对应的处理器核就是当前最需要调整的处理器核，其具体调整过程则由电源管理控制器控制完成，具体为电源管理控制器发送指令给对应ID的处理器核，以使得该处理器核连接的电压调控器(Voltage Regulation Module, VRM)的输出电压对应升高/降低I级)。我们知道，VRM的主要功能是将外部电源电压(市电/太阳能/或其他任何电源)转换成可供计算机的处理器利用的固定的电压。处理器的工作所需要的电压由VRM提供，VRM同时又受处理器的控制，由处理器生成对电压调控器的位控制信号被称为电压认证码(Voltage Identification,VID)，每一位不同的VID都将导致电压调控器输出特定的电压值。步骤S5，接收电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果，根据调整结果更新每个处理器核的性能功耗比。
步骤S6，将更新后的处理器核按照性能功耗比由高至低重新快速排序。參考图3所示，本实施例的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化装置包括负载等级定义模块31用于预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级；缓存建立模块32用于预先建立多核处理器的负载调控缓存区，该负载调控缓存区用于存储每个处理器核的ID、每个处理器核的负载性能等级和每个处理器核的性能功耗比，且每个处理器核按照性能功耗比从高至低排序；初始化变量定义模块33，用于预定义三个系统初始化变量头指针、尾指针和能耗关键字；头指针和尾指针用以索引负载调控缓存区，能耗关键字用以指示多核处理器当前的可再生能源的电能供给和负载需求情况；在任何ー个时刻，头指针指向满足条件(a)某一处理器核的负载等级未达到最高；(b)该处理器核是所有满足(a)条件的处理器核中性能功耗比最高的；在任何ー个时刻，尾指针指向满足条件(C)某一处理器核未休眠；(d)该处理器核是所有满足(C)条件的处理器核中性能功耗比最低的；检测模块34用于在系统初始化后检查能耗关键字；判断模块35用于根据检查结果判断可再生能源的电能供给是否充足；调整模块36用于当判断模块35判定可再生能源的电能供给充足时，读取当前头指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最高负载等级；如果达到最高负载等级，则判断当前头指针是否指向负载调控缓存区的末尾，如果未指向末尾，则将当前头指针的指向下移一位，然后再次读取当前头指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向末尾，则结束本次控制周期；如果未达到最高负载等级，则输出当前头指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；而当判断模块35判定可再生能源的电能供给不足时，读取当前尾指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最低负载等级；如果达到最低负载等级，则判断当前尾指针是否指向负载调控缓存区的顶端，如果未指向顶端，则将当前尾指针的指向上移一位，然后再次读取当前尾指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向顶端，则结束本次控制周期；如果未达到最低负载等级，则输出当前尾指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；更新模块37，用于接收电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果，根据调整结果更新负载调控缓存区；而更新模块37又包括接收子模块371用于接收电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果；性能功耗比更新子模块372用于根据调整结果更新每个处理器核的性能功耗比；排序更新子模块373用于将更新后的处理器核按照性能功耗比由高至低重新排序。由此可见，本实施例的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化装置可以是任何一个可编程的单片机或者微控制器，该可编程的单片机或者微控制器内执行上述建立的功能模块，并且，该可编程的单片机/微控制器具有与外部的电源管理控制器进行通信的功能，以达到电能优化的目的。当然，本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为ー个模块，也可以进ー步拆分成多个子模块。具体可根据需要而定。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进 行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法，其特征在于，包括以下步骤预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级；预先建立多核处理器的负载调控缓存区；所述负载调控缓存区用于存储每个处理器核的ID、每个处理器核的负载性能等级和每个处理器核的性能功耗比，且所述处理器核按照性能功耗比从高至低排序；预定义三个系统初始化变量头指针、尾指针和能耗关键字；所述头指针和所述尾指针用以索引所述负载调控缓存区，所述能耗关键字用以指示所述多核处理器当前的可再生能源的电能供给和负载需求情况；在任何一个时刻，所述头指针指向满足条件(a)某一处理器核的负载等级未达到最高；(b)该处理器核是所有满足(a)条件的处理器核中性能功耗比最高的；在任何一个时刻，所述尾指针指向满足条件(C)某一处理器核未休眠；(d)该处理器核是所有满足(C)条件的处理器核中性能功耗比最低的；系统初始化后，检查能耗关键字；根据检查结果判断可再生能源的电能供给是否充足；如果供给充足，读取当前头指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最高负载等级；如果达到最高负载等级，则判断所述当前头指针是否指向所述负载调控缓存区的末尾，如果未指向末尾，则将所述当前头指针的指向下移一位，然后再次读取当前头指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向末尾，则结束本次控制周期；如果未达到最高负载等级，则输出所述当前头指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器， 由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；如果供给不足，读取当前尾指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最低负载等级；如果达到最低负载等级，则判断所述当前尾指针是否指向所述负载调控缓存区的顶端，如果未指向顶端，则将所述当前尾指针的指向上移一位，然后再次读取当前尾指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向顶端，则结束本次控制周期；如果未达到最低负载等级，则输出所述当前尾指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器， 由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；接收所述电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果，根据所述调整结果更新所述负载调控缓存区。
2.根据权利要求I所述的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法，其特征在于，所述根据调整结果更新所述负载调控缓存区，具体包括根据所述调整结果更新每个处理器核的性能功耗比；将更新后的处理器核按照性能功耗比由高至低重新排序。
3.一种基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化装置，其特征在于，包括负载等级定义模块，用于预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级；缓存建立模块，用于预先建立多核处理器的负载调控缓存区；所述负载调控缓存区用于存储每个处理器核的ID、每个处理器核的负载性能等级和每个处理器核的性能功耗比， 且每个处理器核按照性能功耗比从高至低排序；初始化变量定义模块，用于预定义三个系统初始化变量头指针、尾指针和能耗关键字；所述头指针和所述尾指针用以索引所述负载调控缓存区，所述能耗关键字用以指示所述多核处理器当前的可再生能源的电能供给和负载需求情况；在任何一个时刻，所述头指针指向满足条件(a)某一处理器核的负载等级未达到最高；(b)该处理器核是所有满足(a)条件的处理器核中性能功耗比最高的；在任何一个时刻，所述尾指针指向满足条件(C)某一处理器核未休眠；(d)该处理器核是所有满足(C)条件的处理器核中性能功耗比最低的； 检测模块，用于在系统初始化后检查能耗关键字； 判断模块，用于根据检查结果判断可再生能源的电能供给是否充足； 调整模块，用于当所述判断模块判定所述可再生能源的电能供给充足时，读取当前头指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最高负载等级；如果达到最高负载等级，则判断所述当前头指针是否指向所述负载调控缓存区的末尾，如果未指向末尾，则将所述当前头指针的指向下移一位，然后再次读取当前头指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向末尾，则结束本次控制周期；如果未达到最高负载等级，则输出所述当前头指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整；而当所述判断模块判定所述可再生能源的电能供给不足时，读取当前尾指针所指向的处理器核，然后判断该处理器核是否达到其最低负载等级；如果达到最低负载等级，则判断所述当前尾指针是否指向所述负载调控缓存区的顶端，如果未指向顶端，则将所述当前尾指针的指向上移一位，然后再次读取当前尾指针所指向的处理器核进行下一次判断，如果指向顶端，则结束本次控制周期；如果未达到最低负载等级，则输出所述当前尾指针所指向的处理器核的ID至外部的电源管理控制器，由所述电源管理控制器对该ID所对应的处理器核的负载等级进行调整； 更新模块，用于接收所述电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果，根据所述调整结果更新所述负载调控缓存区。
4.根据权利要求3所述的基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化装置，其特征在 于，所述更新模块包括 接收子模块，用于接收所述电源管理控制器在进行调整后反馈的调整结果； 性能功耗比更新子模块，用于根据所述调整结果更新每个处理器核的性能功耗比； 排序更新子模块，用于将更新后的处理器核按照性能功耗比由高至低重新排序。
全文摘要
本发明公开了一种基于可再生能源的计算机的性能功耗比优化方法和装置，该方法中，预先根据多核处理器中每个处理器核的负载支持情况定义其负载等级，预先建立多核处理器的负载调控缓存区，并预定义三个系统初始化变量头指针、尾指针和能耗关键字；初始化后，通过检查能耗关键字获知可再生能源的电能供给情况，然后借助于负载调控缓存区计算出各个处理器核之间的最优电能分配方案，并将此方案作为输出反馈给外部的电源管理控制器，同时根据电源管理控制器反馈的调整结果更新负载调控缓存区，从而实现了对基于可再生能源的多核计算机的性能功耗比的优化。
文档编号G06F1/32GK102622078SQ20121001955
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者李涛, 李超 申请人:李涛, 李超