用于节能的方法和装置与流程

通过引用并入

本公开要求2016年1月4日提交的美国临时申请号62/274,530“selectionoflow-powermodeofcpucorebasedonvoltage,clockandtemperature”的权益，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术：

本文提供的背景技术描述是为了一般地呈现本公开的上下文的目的。当前指定的发明人的工作，在该背景技术部分中描述的工作的程度上以及在提交时可能不以其他方式作为现有技术限定的描述的各方面，既不明确地也不暗示地被承认作为抵触本公开的现有技术。

功率管理技术在电池供电设备中使用以延长电池寿命并减少充电周期。在示例中，电池供电设备包括具有活动模式和多个节能模式的中央处理单元(cpu)。cpu在不同的节能模式中具有不同的节能水平。当cpu空闲时，cpu进入节能模式中的一个以节省功率。

技术实现要素：

本公开的各方面提供了一种包括处理电路和功率模式控制电路的电路。处理电路被配置为具有在不同情形下具有不同节能效率的至少第一节能模式和第二节能模式。处理电路被配置为基于作为一个或多个操作参数的函数的阈值，来确定用于处理电路的节能模式。然后，功率模式控制电路被配置为从处理电路接收指示节能模式的信息，并且控制处理电路进入所确定的节能模式。

根据本公开的一个方面，处理电路被配置为基于阈值来确定所述节能模式，该阈值是电源电压、时钟频率和环境温度中的至少一个的函数。在示例中，处理电路被配置为根据电源电压、时钟频率和环境温度中的至少一个来确定目标驻留时间，并且将目标驻留时间与第一节能模式和第二节能模式相关联。例如，处理电路被配置为将预测的驻留时间与目标驻留时间作比较，并且当预测的驻留时间比目标驻留时间长时，确定第二节能模式。

在实施例中，功率模式控制电路包括功率开关电路，功率开关电路被配置为向处理电路提供可调节的电源电压；以及时钟门控电路，被配置为向处理电路提供门控时钟。时钟门控电路被配置为禁用门控时钟中的转换，并且功率开关电路被配置为保持针对处理电路的电源电压，以配置处理电路处于第一节能模式，并且功率开关电路被配置为关断针对处理电路的电源电压，以配置处理电路处于第二节能模式。

根据本公开的一个方面，处理电路是第一核心电路中的第一处理电路，并且功率模式控制电路是第一核心电路中的第一功率模式控制电路。电路还包括与第一核心电路类似配置的第二核心电路。

本公开的各方面提供了一种用于节能的方法。该方法包括存储阈值，该阈值是用于处理电路的多个操作参数中的一个的函数。该阈值与在不同情形下具有不同节能效率的第一节能模式和第二节能模式相关联。该方法还包括由处理电路基于阈值确定节能模式，向功率模式控制电路通知所确定的节能模式，以及控制处理电路进入所确定的节能模式。

本公开的各方面提供了一种装置。该装置包括存储器，存储器被配置为存储用于基于作为一个或多个操作参数的函数的阈值来确定节能模式的软件指令；以及处理单元，被配置为具有至少第一节能模式和第二节能模式。处理单元被配置为执行软件指令以基于阈值从至少第一节能模式和第二节能模式中选择节能模式，并且进入所确定的节能模式。

附图说明

将参考以下附图详细描述作为示例提出的本公开的各种实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1示出了根据本公开的实施例的电子设备100的框图；

图2示出了示出根据本公开的实施例的用于电子设备100的不同节能模式下的功耗的图200；以及

图3示出了概述根据本公开的实施例的过程300的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本公开的实施例的电子设备100的框图。电子设备100在特定操作参数下进行操作，诸如时钟频率f、电源电压v、环境温度t等。电子设备100使用多模式功率管理技术来管理功耗。根据多模式功率管理技术，电子设备100被配置为具有多个节能模式，该多个节能模式在不同情形下可以具有不同节能效率。此外，根据多模式功率管理技术，阈值参数被确定并且与节能模式相关联。电子设备100使用阈值参数来确定在特定情形下要进入的适当的节能模式。根据本公开的一方面，阈值参数中的至少一个是操作参数的函数。

电子设备100可以是任何适当的电子设备，诸如台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备、相机、视频记录器、传感器设备、监视器装置等。在实施例中，电子设备100是电池供电设备。在另一实施例中，电子设备100被插入墙上电源插座以接收功率。

根据本公开的一方面，电子设备100包括如图1所示耦合在一起的第一集成电路(ic)芯片110和第二ic芯片101。第一ic芯片110是处理芯片，诸如中央处理单元(cpu)芯片等。第二ic芯片101是配置为存储数据和软件代码的存储器ic芯片。

在实施例中，第一ic芯片110包括一个或多个独立核心121-124(例如，处理核心)。在实施例中，各个核心121-124独立地进行操作，并且能够同时执行相应的指令。在示例中，处理单元121-124具有相同的设计。在另一示例中，处理单元121-124具有不同的设计。

注意，第一ic芯片110包括其他适当的组件(未示出)，诸如高速缓存电路、存储器控制器电路、输入/输出(i/o)电路等。核心121-124与其他组件协同工作。例如，核心121经由其他组件访问第二ic芯片101，以从第二ic芯片101读取指令代码，并且执行该指令代码。在另一示例中，第二ic芯片101是可写入的，并且核心121经由其他组件访问第二ic芯片101，以将指令代码和/或数据写入第二ic芯片101。

第二ic芯片101能够是任何适当的存储器芯片，诸如动态随机存取存储器(dram)芯片、静态随机存取存储器(sram)、闪存芯片等。根据本公开的一方面，第二ic芯片101存储用于功率模式确定的指令代码105。指令代码105被配置为基于至少一个阈值参数tp来确定功率模式，所述至少一个阈值参数tp是诸如时钟频率f、电源电压v、环境温度t等的操作参数中的一个或多个的函数。

根据本公开的一方面，诸如核心121的核心单元被配置为具有在不同情况下具有不同功率效率的多个节能模式。在图1的示例中，核心121包括耦合在一起的处理电路130和功率模式控制电路140。处理电路130包括各种电路组件(未示出)，诸如用于算术和逻辑运算的算术逻辑单元(alu)、寄存器等。功率模式控制电路140控制处理电路130进入不同的功率模式。

在图1的示例中，功率模式控制电路140包括功率开关电路150、时钟门控电路160和控制逻辑(未示出)。在实施例中，功率开关电路150提供适当电压(v)和电流(i)的电源，并且时钟门控电路160向处理电路130提供门控时钟，以共同配置处理电路130具有三个操作模式中的一个，三个操作模式诸如活动模式、第一节能模式(例如，浅休眠模式)和第二节能模式(例如，深休眠模式)。

在实施例中，处理电路130包括将电源分配到处理电路130中的电路的局部配电网(未示出)。第一ic芯片110包括全局配电网(未示出)，用于将例如从第一ic芯片110的功率引脚接收的电源分配到核心121-124和其他电路。功率开关电路150包括配置为将局部配电网与全局配电网连接或断开的开关(未示出)。

在示例中，功率开关电路150包括作为开关的金属氧化物半导体(mos)晶体管。例如，mos晶体管的源极/漏极端子中的一个被连接到处理电路130中的局部配电网，并且mos晶体管的源极/漏极端子中的另一个被连接到全局配电网的电源轨。然后，mos晶体管的栅极端子接收功率控制信号(例如，c1)，并且功率控制信号控制mos晶体管以将电源轨与局部配电网连接或断开。在示例中，当功率控制信号(c1)具有相对高的电压(例如，大约为电源电压v的电平)时，mos晶体管被导通以接通电源；并且当功率控制信号(c1)具有相对低的电压(例如，大约为地电平)时，mos晶体管被截止以关断电源。

在实施例中，处理电路130包括局部时钟分配树(未示出)，用于将门控时钟分配给功率处理电路130中的电路。第一ic芯片110包括全局时钟分配树(未示出)，用于将例如从第一ic芯片110的时钟引脚接收的时钟或从第一ic芯片110上的锁相环(pll)电路输出的时钟信号分配到核心121-124和其他电路。时钟门控电路160包括逻辑门，诸如与逻辑门、与非逻辑门等。逻辑门将时钟控制信号(例如，c2)与由全局时钟分配树提供的时钟组合以生成门控时钟。在示例中，当时钟控制信号(c2)具有相对高的电压(例如，大约电源电压v的电平)时，与逻辑门组合时钟控制信号和全局时钟，以启用门控时钟中的转换；并且当时钟控制信号(c2)具有相对低的电压(例如，大约地电平)时，与逻辑门组合时钟控制信号和全局时钟以禁用门控时钟中的转换。

根据本公开的一方面，功率模式控制电路140被配置为向处理电路130提供电源和门控时钟，以将处理电路130配置处于三个功率模式中的一个。例如，当电源被接通并且启用门控时钟具有转换时，处理电路130处于活动模式。当电源被接通并且门控时钟被禁用没有转换时，处理电路130处于第一节能模式。第一节能模式也被称为浅休眠模式或待机模式。当电源被关断并且门控时钟被禁用而没有转换时，处理电路130处于第二节能模式。第二节能模式被称为深休眠模式。

根据本公开的一方面，第一节能模式和第二节能模式在不同的情形下具有不同的节能效率。在实施例中，当处于节能模式的驻留时间比阈值长时，第二节能模式提供比第一节能模式更多的节省的功率；然而，当驻留时间比阈值短时，第二节能模式提供比第一节能模式更少的节省的功率。

具体地，处理电路130耗费不同的时间(时延)来进入/退出不同的节能模式，并且通常，处理电路130耗费更多的时间进入/退出更深的节能模式(例如，更深的休眠模式)。在示例中，处理电路130耗费第一进入时延(t1n)以从活动模式进入第一节能模式，并且耗费第一退出时延(t1x)以退出第一节能模式并且恢复到活动模式。此外，处理电路130耗费第二进入时延(t2n)以从活动模式进入第二节能模式，并且耗费第二退出时延(t2x)以退出第二节能模式并且恢复到活动模式。

通常，第二进入/退出时延比第一进入/退出时延长得多。在示例中，为了从活动模式进入第一节能模式，时钟控制信号c2例如从相对高的电压改变为相对低的电压(例如，逻辑“1”到逻辑“0”)，并且时钟门控电路160禁用门控时钟中的转换。为了退出第一节能模式，时钟控制信号c2例如从相对低的电压改变为相对高的电压，并且时钟门控电路160启用门控时钟中的转换。在实施例中，电源保持接通，因此当转换被使能时，处理电路130在下一个时钟周期恢复操作。

此外，在示例中，为了从活动模式进入第二节能模式，处理电路130在断电之前执行特定操作。例如，处理电路130在断电之前将状态数据存储在片上存储器或片外存储器中。在示例中，为了退出第二节能模式并且返回到活动模式，局部配电网耗费时间来稳定，并且耗费时间来获取状态数据以恢复处理电路130。因此，在示例中，用于第二节能模式的第二进入/退出时延比用于第一节能模式的第一进入/退出时延长得多。

由于不同的进入/退出时延，第一节能模式和第二节能模式在不同的驻留时间下具有不同的节能效率。

图2示出了图示根据本公开的实施例的电子设备100的不同节能模式下的功耗的绘图200。在该示例中，绘图200示出了随时间的由电源提供给核心121的电流。

绘图200包括第一曲线210和第二曲线220。第一曲线210示出了当处理电路130进入并退出第一节能模式时的驻留时间(rt)期间电流随时间的变化。第二曲线220示出了当处理电路130进入和退出第二节能模式时的驻留时间期间电流随时间的变化。

具体地，在图2的示例中，由电源提供的电流具有多个电平。例如，当处理电路130活动时，诸如处于活动模式、在节能模式中的进入时延(例如，t1n、t2n)期间、在节能模式中的退出时延(例如，t1x、t2x)期间等，核心121具有相对大的电流电平，诸如图2中的正常电流ic0所示。当处理电路130在第一节能模式中稳定时，门控时钟中的转变被禁用，然而因为电源电压仍然被提供给处理电路130，所以核心121具有中间电流电平，诸如图2中的第一电流ic1所示。当处理电路130处于第二节能模式时，门控时钟中的转变被禁用，电源电压被切断，核心121具有相对低的电流电平，诸如图2中的第二电流ic2所示。

在示例中，在第一节能模式中的驻留时间rt期间的能量消耗(e1)根据等式1来计算

e1＝(ic0-ic1)×v×t1+ic1×v×rt等式1

其中t1表示用于第一节能模式的第一时延，并且是第一进入时延t1n和第一退出时延t1x的总和。

此外，在该示例中，在第二节能模式中的驻留时间rt期间的能量消耗(e2)根据等式2来计算

e2＝(ic0-ic2)×v×t2+ic2×v×rt等式2

其中t2表示用于第二节能模式的第二时延，并且是第二进入时延t2n和第二退出时延t2x的总和。

然后，根据等式3计算能量消耗差：

e2-e1＝(ic0-ic2)×v×t2-(ic0-ic1)×v×t1-(ic1-ic2)×v×rt等式3

注意，当驻留时间rt相对大时，根据等式3的能量消耗差能够小于零，因此第二节能模式节省更多功率；然而当rt相对小时，根据等式3的能量消耗差能够大于零，因此第一节能模式节省更多功率。

根据本公开的一方面，第一电流ic1和第二电流ic2的差是泄漏电流ileakage，正常电流ic0和第一电流ic1的差是活动电流iactive，并且正常电流ic0和第二电流ic2的差是活动电流iactive和泄漏电流ileakage的总和。

因此，在示例中，当根据等式4来估计目标驻留时间tr时：

tr＝((iactive+ileakage)×t2-iactive×t1)/ileakage等式4

根据本公开的一方面，活动电流iactive是电源电压v和时钟频率f的函数，并且泄漏电流ileakage是电源电压v和环境温度t的函数。因此，目标驻留时间tr是电源电压v、时钟频率f和环境温度t的函数。

在实施例中，目标驻留时间tr用于确定将进入的适当的节能模式。如图1示例所示，第二ic芯片101存储用于功率模式确定的指令代码105。指令代码使用作为电源电压v、时钟频率f和环境温度t的函数的阈值参数tp。在示例中，目标驻留时间tr被用作阈值参数。

注意，能够使用任何适当的技术来确定目标驻留时间tr。在示例中，等式4用于确定目标驻留时间tr。例如，处理电路130在当前操作条件下适当地测量活动电流iactive和泄漏电流ileakage，并且使用等式4来确定目标驻留时间tr。在另一示例中，目标驻留时间是针对操作参数的组合确定的，并且与操作参数相关联地被存储。因此，当确定操作参数时，能够确定相应的目标驻留时间。

在操作期间，处理电路130执行指令代码105以确定要进入的适当的节能模式。在实施例中，当核心121空闲时，处理电路130预测空闲时间。然后，处理电路130将空闲时间与目标驻留时间tr作比较。在示例中，当预测的空闲时间比目标驻留时间tr长时时，处理电路130确定进入第二节能模式。处理电路130向功率模式控制电路140提供用于指示第二节能模式的信息。因此，在示例中，功率开关电路150关断针对处理电路130的电源，并且时钟门控电路160禁用门控时钟中的转换。

在该示例中，当预测的空闲时间比目标驻留时间tr短时，处理电路130确定进入第一节能模式。处理电路130向功率模式控制电路140提供用于指示第一节能模式的信息。因此，在示例中，功率开关电路150保持针对处理电路130的电源被接通，并且时钟门控电路160禁用门控时钟中的转换。

注意，在实施例中，功率模式控制电路140包括配置为跟踪处于节能模式的时间的定时器。当处于节能模式的时间超过预测的空闲时间时，功率模式控制电路140唤醒处理电路130。例如，功率开关电路150接通针对处理电路130的电源，并且时钟门控电路160启用门控时钟中的转换以唤醒处理电路130。注意，功率模式控制电路140还响应于其他适当的触发器以唤醒处理电路130，使得处理电路130退出节能模式。

注意，在实施例中，多模式节能技术在核心级分别应用于其他核心122-124。在另一实施例中，多模式节能技术在芯片级用于第一ic芯片110。

图3示出了概述根据本公开的实施例的过程300的流程图。在示例中，过程300在电子设备100中由诸如核心121的核心单元执行。核心单元包括处理电路(例如，处理电路130)和功率模式控制电路(例如，功率控制电路140)。过程从s301开始并前进至s310。

在s310，核心单元进入活动模式。在活动模式中，功率开关电路150接通电源，并且时钟门控电路160启用门控时钟中的转换，因此处理电路130执行从例如第二ic101读取的指令代码。

在s320，处理电路基于电源电压v、时钟频率f和环境温度t来确定用于节能模式的目标驻留参数。在实施例中，目标驻留参数是预先确定的并且与电源电压v、时钟频率f和环境温度t相关联地被存储。当确定诸如电源电压v、时钟频率f和环境温度t的当前操作参数时，处理电路确定对应于当前操作参数的目标驻留参数。在另一实施例中，在当前操作参数下测量活动电流iactive和泄漏电流ileakage，并且处理电路130根据等式4计算目标驻留参数。

在s330，处理电路预测空闲时间。注意，处理电路能够使用任何适当的技术来预测空闲时间。

在s340，处理电路基于空闲时间和目标驻留参数来确定节能模式。在示例中，处理电路130将空闲时间与目标驻留时间tr作比较。当预测对空闲时间比目标驻留时间tr长时，处理电路130确定进入第二节能模式。当预测的空闲时间比目标驻留时间tr短时，处理电路130确定进入第一节能模式。

在s350，处理电路向功率模式控制电路提供用于指示所确定的节能模式的信息。在示例中，处理电路130向功率模式控制电路140提供多个控制位，诸如功率控制信号c1、时钟控制信号c2。

在s360，功率模式控制电路控制核心单元移进入节能模式。在示例中，功率开关电路150和时钟门控电路160根据控制信号c1和c2进行操作，以控制处理电路130以进入所确定的节能模式。例如，在示例中，为了进入第二节能模式，功率开关电路150关断针对处理电路130的电源，并且时钟门控电路160禁用门控时钟中的转换。为了进入第一节能模式，功率开关电路150保持针对处理电路130的电源被接通，并且时钟门控电路160禁用门控时钟中的转换。

在s370，核心单元从节能模式唤醒。在示例中，功率模式控制电路140包括配置为跟踪处于节能模式的时间的定时器。当处于节能模式的时间超过预测的空闲时间时，功率模式控制电路140唤醒处理电路130。例如，功率开关电路150接通针对处理电路130的电源，并且时钟门控电路160启用门控时钟中的转换以唤醒处理电路130。注意，其他适当的触发可以使得功率模式控制电路140唤醒处理电路130，使得处理电路130退出节能模式。然后，过程返回到s310。

当以硬件实现时，硬件可以包括离散组件、集成电路、专用集成电路(asic)等中的一个或多个。

尽管已经结合作为示例提出的本公开的具体实施例描述了本公开的各方面，但是可以进行对示例的替代、修改和变化。因此，本文所阐述的实施例旨在是说明性的而非限制性的。在不脱离下面阐述的权利要求的范围的情况下可以进行改变。