电子设备的功率管理方法

专利名称：电子设备的功率管理方法
电子设备的功率管理方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年9月四日提交的韩国专利申请No. 10-2009-0092126的优 先权，其公开的全部内容通过引用合并于此。技术领域
发明构思的实施例总体上涉及电子设备的功率管理。更具体地，发明构思的实施 例涉及在包括处理器的电子设备中动态控制功率管理的方法。
背景技术：
随着技术的进步，电子设备的计算能力不断提高。在许多设备中，计算能力的主要 来源为高频率微处理器。然而，因为高频率操作可以导致显著的功耗，所以许多电子设备具 有设计来根据设备使用而改变功耗的不同操作模式。例如，许多蜂窝电话具有待机模式，用 于当用户在某时间段中不向电话提供任何输入时禁能某些功能。
可以大致将电子设备的不同操作模式划分为被称为激活(active)模式和待机模 式的两类。激活模式包括例如当用户进行电话呼叫时由电话使用的业务模式，或者当应用 程序运行时由笔记本电脑使用的正常操作模式。待机模式包括例如在功耗降低、但仍有可 能响应于用户输入进行即时操作情况下的空闲模式，以及在禁止设备的许多功能、但可以 唤醒设备而无需进行完全重启情况下的睡眠模式。传统上，待机模式的每一种通过阻断给 电子设备的一些部件的电源来减小功耗。发明内容
发明构思的实施例提供了在电子设备中执行功率管理的方法。发明构思的实施例 还提供了利用该方法的装置。在某些实施例中，功率管理方法在电子设备从激活模式转换 为空闲模式之后执行对功率等级的缩放。这个可以在电子设备中增加处理器的操作稳定 性。
根据发明构思的实施例，提供了一种在包括处理器的电子设备中管理功耗的方 法。该方法包括通过将主时钟信号施加到处理器来启动设备的激活模式；以及与对处理 器的功率等级进行缩放相并行地启动设备的空闲模式。
在某些实施例中，对处理器的功率等级进行缩放包括基于处理器的工作负荷率来 调节处理器的主时钟信号的频率或主电源电压的幅度。
在某些实施例中，与对处理器的功率等级进行缩放相并行地启动空闲模式包括 在处理器完成处理任务之后，生成等级控制信号；以及在处理器完成处理任务之后，阻断主 时钟信号施加到处理器。
在某些实施例中，处理器被配置为执行用于生成等级控制信号的功率管理程序， 以及在由处理器生成等级控制信号之后，阻断主时钟信号施加到处理器。
在某些实施例中，由电压时钟提供器基于等级控制信号来调节主时钟信号的频率和主电源电压的幅度中的至少一个。
在某些实施例中，功率管理程序是由处理器的操作系统调用的子例程。
在某些实施例中，处理器被配置为生成指示处理器的激活模式或空闲模式的处理 器状态信号，以及在使处理器状态信号被无效以指示空闲模式之后，阻断主时钟信号施加 到处理器。
在某些实施例中，由功率管理单元基于处理器的工作负荷率来生成等级控制信 号，功率管理单元位于处理器的外部，并被配置为响应于处理器状态信号输出等级控制信 号，以及由电压时钟提供器基于从功率管理单元接收的等级控制信号来调节处理器的主时 钟信号的频率和主电源电压的幅度中的至少一个。
在某些实施例中，作为激活模式被维持参考时间的结果，对处理器的功率等级进 行缩放。
在某些实施例中，基于由系统定时器生成的多个中断来确定参考时间。
在某些实施例中，通过计算多个单位负荷率的平均值来测量处理器的工作负荷 率，其中每个单位负荷率指示每单位时间的处理器的工作负荷。
在某些实施例中，通过计算多个单位负荷率的加权平均值来测量处理器的工作负 荷率，其中每个单位负荷率指示每单位时间的处理器的工作负荷，以及向多个单位负荷率 中的较新(more recent)单位负荷率施加比多个单位负荷率中的较旧(less recent)单位 负荷率大的权重。
在某些实施例中，通过位于处理器外部的工作负荷检测器来生成处理器的工作负荷率。
在某些实施例中，通过由处理器的操作系统调用的子例程来生成处理器的工作负荷率。
在某些实施例中，在激活模式被维持参考时间的情况下，由位于处理器外部的中 断控制器生成功率等级中断信号，以及响应于该功率等级中断信号而对处理器的功率等级 进行缩放。
在某些实施例中，基于从系统定时器提供的多个中断和处理器状态信号来生成功 率等级中断信号，其中处理器状态信号指示处理器的激活模式或空闲模式。
根据发明构思的另一实施例，提供了一种具有激活模式和空闲模式的电子设备。 该设备包括处理器，根据主时钟信号和主电源电压操作；以及电压时钟提供器，向处理器 提供主时钟信号和主电源电压，以及通过减小主时钟信号的频率或主电源电压的幅度，来 在电子设备从激活模式转换为空闲模式的期间，对电子设备的功率等级进行缩放。
在某些实施例中，电子设备还包括开关，在电子设备从激活模式转换为空闲模式 的期间，将主时钟信号从处理器断开。
根据发明构思的另一实施例，提供了一种操作电子设备的方法，该电子设备包 括处理器以及向处理器提供主时钟信号和主电源电压的电压时钟提供器。该方法包括 在处理器上执行处理任务；当完成处理任务时，在处理器上执行功率管理程序以激励 (actuate)等级控制信号和处理器状态信号；响应于处理器状态信号的激励，操作开关以 中断将主时钟信号提供到处理器；以及响应于等级控制信号并与开关的操作相并行地，操 作电压时钟提供器以减小主时钟信号的频率或主电源电压的幅度。
在某些实施例中，在处理器的操作系统的软件例程中实现功率管理程序。


附示了发明构思的选择的实施例。在附图中，同样的附图标记指示同样的特 征。
图1是图示根据发明构思的实施例的在电子设备中执行功率管理的方法的流程 图。
图2是图示根据发明构思的实施例的在电子设备的功率等级缩放(scaling)操作 中电压改变的滞后示意图。
图3是图示根据发明构思的实施例的在功率管理方法中使用的功率等级的示意 图。
图4是图示根据发明构思的实施例的执行功率管理的电子设备的框图。
图5是图示根据发明构思的实施例的在图4的设备中执行功率管理的方法的流程 图。
图6是图示根据发明构思的实施例的执行功率管理的电子设备的框图。
图7是图示根据发明构思的实施例的在图6的设备中执行功率管理的方法的流程 图。
图8是图示根据发明构思的实施例的在图6的设备中的功率管理单元的框图。
图9是图示在图8的功率管理单元中生成输出控制信号的电路的示意图。
图10是图示根据发明构思的实施例的在电子设备中执行功率管理的方法的时序 图。
图11是图示根据发明构思的另一实施例的在电子设备中执行功率管理的方法的 时序图。
图12是图示根据发明构思的实施例的在图6的设备中的功率管理单元的电路图。
图13是根据发明构思的实施例的在功率管理方法中功率等级改变的时序图。
图14是根据发明构思的实施例的在图6的设备中的电压时钟提供器的示意图。
图15是用于描述根据发明构思的实施例的功率管理方法的效果的示意图。
具体实施方式
在下面参考相应附图描述发明构思的实施例。这些实施例被呈现为教导例子，并 且不应该被解释为限制发明构思的范围。
在之后的描述中，术语第一、第二、第三等用于描述各种元件。然而，不应该由这些 术语限制所描述的元件，因为将它们仅仅用来在元件之间进行区分。从而，在下面讨论的第 一元件可以被称为第二元件而不脱离发明构思的教导。如在此使用的，术语“和/或”包括 一个或多个相关联列出的项的任何和所有组合。
在元件被称为与另一元件“相连”或“耦连”的情况下，它可以直接与另一元件相 连或耦连，或者可以出现中间元件。相反，在元件被称为与另一元件“直接相连”或“直接耦 连”的情况下，没有中间元件出现。应该以类似的方式来解释用于描述元件之间关系的其他 词(例如，“在......之间”相对于“直接在......之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等)。
在此使用的术语仅仅是为了描述特定例子实施例的目的，而不试图限制发明构 思。如在此使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也试图包括复数形式，除非上下文清楚 地指示相反情况。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在该说明说中使用时，指定 所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的出现，但是没有排除一个或多个其他特征、 整数、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的出现或添加。
除非进行别的定义，在此使用的所有术语(包括科技术语)具有与本发明构思所 属技术领域的技术人员公知的含义相同的含义。将理解的是，诸如在普遍使用的字典中定 义的术语之类的术语应该被解释为具有与在相关技术领域的上下文中的它们的含义相一 致的含义，并且将不以理想或过度正式的意义来解释，除非在此明确这样表示。
总体上，发明构思的实施例提供了通过以更低频率操作或者在待机模式中操作电 压来节约功率的电子设备。某些实施例合并了用于在存在可变操作频率和电压时稳定设备 操作的技术。
图1是图示根据发明构思的实施例的在电子设备中执行功率管理的方法的流程 图。在下面的描述中，将用圆括号(SXXX)指示示例的方法步骤。
在图1的方法是在包含处理器的电子设备中执行的。该处理器接收主时钟信号， 该主时钟信号具有按照电子设备的不同操作模式而变化的频率和电压电平。
参考图1，通过将主时钟信号施加到处理器来启动或初始化电子设备的激活模式 (S100)。通过缩小处理器的功率等级来启动空闲模式(S200)。在操作模式从激活模式改变 为空闲模式之后，缩小功率等级。这种缩小功率等级通常是通过降低主时钟信号的频率或 电压电平来完成的。这种缩放还可能产生电压电平和/或频率的不稳定状态。
当检测到处理器的工作负荷率下降到第一阈值之下时，电子设备从激活模式转换 为空闲模式。当检测到处理器的工作负荷率上升到预定阈值之上时，电子设备从空闲模式 转换为激活模式。如将参考图2描述的，第一阈值可以比第二阈值低。
处理器的工作负荷率或负荷率可以被定义为处理器的当前工作负荷W。与处理器 的最大工作负荷Wmax之比。换言之，工作负荷率&可以被表达为等式Rw = W。/Wmax。处理器 的空闲率可以被定义为最大工作负荷Wmax和当前工作负荷Wc之差与最大工作负荷Wmax之 比。换言之，空闲率R1可以被表达为等式R1= (Wmax-Wc)/Wfflaxt5因此，工作负荷率和空闲率 之和是1。可以按要求非周期性地测量工作负荷率，或者可以以特定间隔来周期性地测量工 作负荷率以确定操作模式。
在下面的描述中，电子设备的功率等级指示设备的功耗的比例。例如，可以通过改 变设备的主时钟信号的频率或者设备的主电源电压的幅度来调节功率等级。在不同的功率 等级处，处理器可以用不同的功耗并以不同的速度来执行相同的处理任务。
特定信号的大部分功耗发生在当该信号被切换时，例如当它从逻辑高转换为逻辑 低时以及相反情况。因此，当主时钟信号的频率增加时，处理器的功耗增加。所以，当与相 应处理器的工作负荷率相比、电子设备的操作频率和/或电源电压高时，电子设备的功耗 可能不必要地高。
如上所述，可以通过调节处理器的主时钟信号的频率和主电源电压的幅度来执行 对功率等级的缩放。当主时钟信号的频率增加时，可以要求主电源电压增加以支持诸如晶 体管之类的元件的切换速度。因此，当时钟信号的频率增加时，可以将施加到处理器的电源电压增加相当的量。通常，当电源电压增加时，功耗相应增加。
当改变电源电压的幅度和时钟信号的频率时，电压调节器和锁相环(PLL)可以要 求用于稳定电压和频率的时间间隔。在功率管理的一些方法中，当操作模式从空闲模式转 换为激活模式时或在激活模式期间，对功率等级进行缩放。在该转换期间，由于多个原因中 的任何一个，处理器的操作可能变得不稳定。例如，由于印刷电路板(PCB)的设计错误和生 成错误、功率管理集成电路(PMIC)的缺陷、以及由在从空闲模式到激活模式的唤醒转换期 间电流突然增加引起的暂时不稳定性，电压或频率可能变得不稳定。因此，在发明构思的某 些实施例中，通过在从激活模式到空闲模式的转换时间中执行对功率等级的缩放而在空闲 模式中允许出现电压和/或频率的不稳定状态，来实现操作的稳定性。
图2是图示根据发明构思的实施例的在电子设备的功率等级缩放操作中电压改 变的滞后示意图，以及图3是图示根据发明构思的实施例的在执行功率管理的方法中使用 的功率等级的示例的示意图。
在图2和3的实施例中，通过动态电压与频率缩放(DVFS)来执行功率等级缩放。 DVFS是根据处理器的操作状态动态改变电压和/或频率的方法。如图2所示，可以根据滞 后方案来执行DVFS。
在图2中，标记“上升”(UP)指示当处理器的工作负荷率上升到向上参考值Ru之 上时、将功率等级从相对低等级L(n+1)增大到相对高等级L(n)。例如，在与当前工作负荷 相比、处理器的速度为低的情况下，可以执行该增大。可以通过提高时钟信号的频率来实现 所增大的功率等级。
在图2中，标记“下降”(DOWN)指示当处理器的工作负荷率下降到向下参考值Rd 时、将功率等级从相对高等级L(η)减小到相对低等级L(η+1)。例如，在与当前工作负荷相 比、处理器的速度为高的情况下，可以执行该减小。可以通过减小时钟信号的频率来实现所 减小的功率等级。
通过将向下参考值Rd设置为比向上参考值Ru小来实现图2的滞后方案。当向上 参考值和向下参考值之差增加时，对于工作负荷值相对更宽的范围，功率等级倾向于保持 不变。另一方面，当向上参考值和向下参考值之差减小时，功率等级可以更频繁地改变。换 言之，当向上参考值Ru和向下参考值Rd之差增加时，处理器的操作稳定性可以提高、同时 功耗增加，以及当向上参考值Ru和向下参考值Rd之差减小时，由于功率等级更频繁的改 变，处理器的性能可能降低。从而，可以基于功耗和处理器的特性来确定向上参考值Ru和 向下参考值Rd。
图3图示了在电子设备中处理器的主电源电压的示例幅度和主时钟信号的示例 频率。这些频率和幅度分别相应于功率等级L(O)至U4)。可以将这些频率和幅度施加到 诸如如图4所示的设备中，
根据处理器的功能和类型，可以各式各样地改变功率等级的数量、与每个功率等 级相应的主电源电压的幅度和主时钟信号的频率。如图3所示，可以将功率等级子划分为 两个或多个等级，并且可以通过逐步提高或降低功率等级来执行功率等级缩放。
图4是图示根据发明构思的实施例的执行功率管理的电子设备的框图。
参考图4，设备10包括处理器110、中断控制器120、系统定时器130、电压时钟提 供器140和输入输出(I/O)单元150。
设备10可以采取各种各样的形式，例如移动通信手持机或计算系统。虽然未在图 4中示出，但是设备10还可以包括存储器、内置电池或另一外围设备。I/O单元150包括诸 如键盘、触摸板等的输入设备、诸如显示器、扬声器等的输出设备以及I/O接口。
处理器110可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、微控制器、存储 器控制器、或者执行诸如算术计算、存储器存取操作等各种操作的任意控制器(arbitrary controller)。处理器110从电压时钟提供器140接收主时钟信号MCLK和主电源电压MVDD， 并与主时钟信号MCLK相同步地操作。处理器110具有诸如参考图1和2描述的激活模式 和空闲模式。
中断控制器120响应于来自系统定时器130的第一中断ITRl和来自I/O单元150 的第二中断ITR2生成唤醒中断WITR。周期性地激活第一中断ITR1，并响应于诸如来自键 盘或触摸板的输入之类的特定事件来激活第二中断ITR2。
当在空闲模式中激活唤醒中断WITR时，启动处理器110的激活模式。处理器110 激活处理器状态信号ST来启动激活模式，响应于处理器状态信号ST的激活而接通开关 111，然后将主时钟信号MCLK施加到处理器110。虽然图4图示了处理器110外部的开关 111，但是也可以将开关111嵌入到处理器110中。
在处理任务完成之后，处理器110进入空闲模式。处理器110通过执行功率管理 程序来生成等级控制信号LCTR以启动空闲模式。在某些实施例中，功率管理程序包括由操 作系统(0 调用并由处理器110执行的子例程。处理器110在生成等级控制信号LCRT之 后使处理器状态信号ST无效。响应于处理器状态信号ST的无效，关断开关111，以阻断主 时钟信号MCLK施加到处理器110。
处理器110外部的电压时钟提供器140响应于来自处理器110的等级控制信号 LCTR，调节施加到处理器110的主时钟信号MCLK的频率和主电源电压MVDD的幅度中的至 少一个。因此，设备10通过在将激活模式改变为空闲模式时执行功率等级的缩放，允许在 空闲模式中出现电压和/或频率的不稳定状态。这可以提高处理器110的操作稳定性。
在某些替代实施例中，执行处理器110的功率等级缩放而不管到空闲模式的转 换，其中长于参考时间来维持激活模式。在这些实施例中，如果处理器状态信号ST长于参 考时间维持被激活，则中断控制器120激活提供给处理器110的功率等级中断PITR。当在 激活模式期间激活功率等级中断PITR时，处理器110通过执行上述功率管理程序来生成等 级控制信号LCTR，然后电压时钟提供器140响应于等级控制信号LCTR来调节主时钟信号 MCLK的频率和主电源电压MVDD的幅度中的至少一个。例如，根据从系统定时器130提供的 多个中断，可以确定参考时间。
当激活处理器状态信号ST时，中断控制器120计数来自系统定时器130的第一中 断ITRl的激活数量，然后在计数的数量达到参考值的情况下，中断控制器120激活功率等 级中断PITR。在处理器被维持在激活模式中而没有进入空闲模式的情况下，需要提高主时 钟信号MCLK的频率和/或主电源电压MVDD的幅度。即使处理器处在激活模式中，也可以缩 放功率等级来阻止由于过度负荷引起的处理器110的故障，而不管它是否进入空闲模式。
图5是图示根据发明构思的实施例的由图4的设备执行的功率管理的方法的流程 图。
激活模式指示处理器110运行的状态，例如当它执行处理任务时。空闲模式指示处理器110不运行的状态，例如当它等待唤醒中断时。在空闲模式中从处理器110阻断主 时钟信号MCLK以减小功耗。
当处理任务完成时(S211 =是)，处理器110通过执行功率管理程序来生成等级控 制信号LCTR(S2U)。处理器110在从处理器110生成等级控制信号LCTR之后使处理器状 态信号ST无效(S213)，并通过响应于处理器状态信号ST关断开关111来阻断主时钟信号 MCLK施加到处理器110(S214)。同时，并行于阻断主时钟信号MCLK，电压时钟提供器140响 应于从处理器110生成的等级控制信号LCTR，调节主时钟信号MCLK的频率和主电源电压 MVDD的幅度中的至少一个(S215)。
当在空闲模式中出现唤醒中断时(S110 =是)，处理器110激活处理器状态信号 ST，然后通过响应于处理器状态信号ST接通开关111，将主时钟信号MCLK施加到处理器 110(S120)。
在图5的方法中，当启动空闲模式时缩放功率等级。具体来讲，在处理器110完成 处理任务之后，通过生成等级控制信号LCTR来缩放功率等级，然后阻断主时钟信号MCLK施 加到处理器110。因此，通过允许电压和/或频率的不稳定状态出现在空闲模式中，可以保 持操作稳定性。
图6是图示根据发明构思的另一实施例的执行功率管理的设备的框图。
参考图6，设备20包括处理器210、中断控制器220、系统定时器230、电压时钟提 供器Mo、I/O单元250、工作负荷检测器260和功率管理单元270。
设备20可以采用多种形式，例如移动通信手机或计算系统，虽然未在图6中示出， 但是设备20还可以包括存储器、内置电池和其他外围设备。I/O单元250包括诸如键盘、触 摸板等的输入设备、诸如显示器、扬声器等的输出设备以及I/O接口。
处理器210可以是CPU、DSP、微处理器、存储器控制器或者能够执行诸如算术计 算、存储器存取操作等各种操作的多种其他类型的任何控制器。处理器210从电压时钟提 供器240接收主时钟信号MCLK和主电源电压MVDD，并同步于主时钟信号MCLK来操作。
中断控制器220响应于来自系统定时器230的第一中断ITRl和来自I/O单元250 的第二中断ITR2生成唤醒中断WITR。第一中断ITRl是周期性激活的信号，以及第二中断 ITR2是响应于诸如通过键盘或触摸板接收的输入之类的特定事件而激活的信号。
当在空闲模式中激活唤醒中断WITR时，启动处理器210的激活模式。处理器210 激活用于启动激活模式的处理器状态信号ST，当激活处理器状态信号ST时接通开关211， 然后将主时钟信号MCLK施加到处理器210。虽然图6图示了处理器210外部的开关211， 但是还可以将开关211嵌入到处理器210中。
在完成处理任务之后，处理器210进入空闲模式。在图4的实施例中，基于由处理 器110执行的功率管理程序来生成等级控制信号LCTR。从而，在从处理器110生成等级控 制信号LCTR之后，阻断主时钟信号MCLK。另一方面，在图6的实施例中，处理器210外部的 功率管理单元270生成用于改变功率等级的等级控制信号LCTR。从而，图6的处理器210 一旦完成处理任务就立即使处理器状态信号ST无效。响应于处理器状态信号ST的无效， 关断开关211，以阻断主时钟信号MCLK施加到控制器210。
工作负荷检测器260通过监视处理器210的工作状态来检测工作负荷率。例如， 工作负荷检测器260可以以周期间隔检测处理器210的工作负荷，并在每个间隔提供单位负荷率Ui。可以以各种方式实现工作负荷检测器沈0以提供处理器210的工作负荷率或空闲率。
功率管理单元270接收从工作负荷检测器260提供的工作负荷率Ui，并生成等级 控制信号LCTR以改变处理器210的功率等级。
功率管理单元270可以是被实现为处理器外部的硬件的物理部件，或者功率管理 单元270的至少一些部分可以被集成到其他部件中。例如，功率管理单元270可以是处理 器210的一部分，或者它可以被实现在与图4的实施例相似的处理器210中的功率管理程 序中。当功率管理单元270的至少一些部分被实现为软件时，可以将功率管理单元270以 可执行代码的形式存储在存储器中，并且可以通过代码来缩放功率等级。如上所述，当在处 理器210的OS的控制下执行与功率管理单元270相应的功率管理程序时，可以将它实现为 由OS调用的子例程。
在某些实施例中，当处理器状态信号ST被无效时，功率管理单元270生成功率等 级控制信号LCTR以改变功率等级。响应于来自功率管理单元270的等级控制信号LCTR，电 压时钟提供器240调节施加到处理器210的主时钟信号MCLK的频率和主电源电压MVDD的 幅度中的至少一个。从而，当将激活模式改变为空闲模式时，通过执行功率等级的缩放，设 备20允许电压和/或频率的不稳定状态出现在空闲模式中。所以，可以保持处理器的操作 稳定性。
在某些替代实施例中，当长于参考时间维持激活模式时，可以执行处理器210的 功率等级缩放而不管到空闲模式的转换。当处理器状态信号ST长于参考时间保持被激活 时，中断控制器220可以激活提供给功率管理单元270的功率等级中断PITR。当在激活模式 期间激活功率等级中断PITR时，功率管理单元270响应于功率等级中断PITR生成等级控 制信号LCTR，然后电压时钟提供器240响应于等级控制信号LCTR来调节主时钟信号MCLK 的频率和主电源电压MVDD的幅度中的至少一个。从而，在处理器被维持在激活模式中而没 有进入空闲状态的情况下，可以缩放功率等级来阻止由于过热或其他形式的工作过度负荷 而引起的处理器210的故障。
图7是图示根据发明构思的实施例的在图6的设备中执行功率管理的方法的流程 图。
在图7的实施例中，激活模式指示处理器210正在运行的状态，或者换言之，处理 器210正在执行处理任务的状态。空闲模式指示处理器210没有运行的状态，或者换言之， 处理器210等待唤醒中断的状态。在空闲模式中，从处理器210阻断主时钟信号MCLK以减 小功耗。
当完成处理任务时(S221 =是)，处理器210使处理器状态信号ST无效(S222)， 然后响应于处理器状态信号ST而关断开关211。因此，阻断主时钟信号MCLK施加到处理器 210 (S223)。同时，并行于阻断主时钟信号MCLK，在处理器状态信号ST被无效的情况下，功 率管理单元270生成等级控制信号LCTR来调节处理器210的功率等级(S224)。然后，响 应于来自功率管理单元270的等级控制信号LCTR，电压时钟提供器240调节提供给处理器 210的主时钟信号MCLK的频率和电源电压MVDD的幅度中的至少一个(S225)。
在唤醒中断出现于空闲模式中的情况下(S110 =是)，处理器210激活处理器状 态信号ST，然后通过响应于处理器状态信号ST接通开关211，将主时钟信号MCLK施加到处理器210(S120)。从而，响应于空闲模式而缩放功率等级，在处理器210完成处理任务之后 生成等级控制信号LCTR，然后从处理器210阻断主时钟信号MCLK。通过在启动空闲模式时 执行功率等级缩放来允许电压和/或频率的不稳定状态出现在空闲模式中，保持了处理器 210的操作稳定性。
图8是图示根据发明构思的实施例的在图6的设备中的功率管理单元的框图。
参考图8，功率管理单元270包括计算单元271、比较单元272和状态机273。
计算单元271接收由工作负荷检测器260提供的单位工作负荷率Ui，然后通过计 算单位工作负荷率Ui的平均数来输出当前工作负荷率Ai。比较单元272分别将当前工作 负荷率Ai与向上参考值Ru和向下参考值Rd相比较。然后，比较单元272生成指示应该向 上还是向下移动功率等级的比较信号CMP。将比较信号CMP存储在状态机273中，并且状态 机273响应于定时控制信号LCTR_0UT来将等级控制信号LCTR输出给电压时钟提供器M0。 当功率管理单元270被实现为软件时，状态机273可以是处理器210内部或外部的寄存器。 在其他实施例中，可以省略状态机273，并且可以将比较信号CMP作为等级控制信号LCTR直 接提供给电压时钟提供器M0。
图9是图示在图8的功率管理单元中生成输出控制信号的电路的示意图。
图9的电路可以被实现在功率管理单元270中或中断控制器220中。在处理器状 态信号ST被无效的情况下，脉冲生成器274激活脉冲信号PS。或门电路(OR-gate) 275通 过将脉冲信号PS和以脉冲信号的形式激活的功率等级中断PTRI进行或操作来生成定时控 制信号LCTR_0UT。如将参考图10描述的，响应于功率等级中断PITR的激活，也就是在激活 模式维持长于参考时间的情况下或者在处理器状态信号ST被无效、同时启动空闲状态的 情况下，可以激活定时控制信号LCTR_0UT。功率管理单元270响应于定时控制信号LCTR_ OUT来向电压时钟提供器240输出等级控制信号LCTR。结果，有可能控制定时，由此来调节 主时钟信号MCLK的频率和/或主电源电压MVDD的幅度。
图10是图示根据发明构思的实施例的在电子设备中执行功率管理的方法的时序 图。
参考图10，来自系统定时器230的第一中断ITRl包括在时间tl、t5、t7和t9处 周期生成的脉冲。来自I/O单元250的第二中断ITR2包括在特定事件发生时的时间t3处 的脉冲。例如，特定事件可以是通过键盘或触摸板的来自用户的输入。中断控制器320响 应于第一中断ITRl和第二中断ITR2生成唤醒中断WITR。
唤醒中断WITR指示处理器210的唤醒时间。例如，中断控制器220通过在第一中 断ITRl和第二中断ITR2上执行或操作来生成唤醒中断WITR。唤醒中断WITR包括在时间 tl、t3、t5、t7和t9处生成的脉冲。
处理器210响应于唤醒中断WITR的脉冲而将其操作状态从空闲模式改变为激活 模式。例如，在启动激活模式时，例如在时间tl、t3、t5、t7和t9处，可以将处理器状态信 号ST从逻辑低电平激活到逻辑高电平。
响应于处理器状态信号ST的激活，接通开关211，然后将主时钟信号MCLK施加到 处理器210。响应于处理器210完成处理任务，使处理器状态信号ST从逻辑高电平无效到 逻辑低电平，然后，响应于处理器状态信号ST的下降沿，激活定时控制信号LCTR_0UT。以脉 冲的形状激活定时控制信号LCTR_0UT，并且它包括在启动激活模式时即在时间t2、t4、t6和伪处生成的脉冲。
电压时钟提供器240接收响应于定时控制信号LCTR_0UT提供的等级控制信号 LCTR，然后调节主时钟信号MCLK的频率和/或主电源电压MVDD的幅度。
虽然未在图10中示出，但是将参考图13来更详细描述等级控制信号LCTR。虽然 未在图10中示出，但是除了如图2所示的主电源电压MVDD的幅度之外，还可以改变主时钟 信号MCLK的频率。
在图10的实施例中，在操作模式从激活模式转换为空闲模式时对处理器210的功 率等级进行缩放的情况下，功率等级在时间t2处保持相同，在时间t4处增大到较高等级， 在时间t6减小到较低等级，在时间伪处再次减小到较低等级，并且在时间tlO处增大到较 高等级。因此，在图10的方法中，当将操作模式从激活模式转换为空闲模式时，缩放功率等 级，其可以允许电压和/或频率的不稳定状态发生在空闲模式中，并且可以增强处理器210 的操作稳定性。
图11是图示根据发明构思的另一实施例的执行功率管理的方法的时序图。
在图11的实施例中，在激活模式被维持长于参考时间TR的情况下，对处理器210 的功率等级进行缩放而不管到空闲模式的转换。
响应于第一中断ITR1，在时间tll、tl3、tl5、t20和t22处启动激活模式，并且在完 成处理任务之后在时间〖12、丨14、丨19、丨21和〖23处启动空闲模式。如上面参考图10所述 的，处理器状态信号ST的逻辑高电平指示激活模式，而逻辑低电平指示空闲模式。在时间 tl2、tl4、tl9、t21和t23处，脉冲信号PS和定时控制信号LCTR_0UT具有脉冲。响应于包 括在定时控制信号LCTR_0UT中的脉冲，将等级控制信号LCTR施加到电压时钟提供器M0， 因此在操作模式从激活模式转换为空闲模式的情况下，对功率等级进行缩放。
在激活模式被维持长于参考时间TR的情况下，中断控制器220激活功率等级中断 PITR。例如，这种情况可以发生于在处理器状态信号ST的激活被维持长于参考时间TR的 情况下。如图11所示，功率等级中断PITR包括时间tl7处的脉冲，该脉冲在激活模式的持 续期超过参考时间TR时生成。另外，从或门275生成的定时控制信号LCTR_0UT包括在激 活模式期间的时间tl7处的脉冲以及在启动空闲模式情况下的时间tl2、tl4、tl9、t21和 t23处的脉冲。
因为响应于定时控制信号LCTR_0UT中的脉冲而将等级控制信号LCRT提供给电压 频率提供器M0，所以当激活模式被维持长于参考时间TR时，可以对功率等级进行缩放。因 此，当操作模式从激活模式转换为空闲模式时，可以通过执行功率等级缩放来维持处理器 210的操作稳定性。还可以在激活模式期间在处理器210上执行功率等级缩放，以阻止由于 过度负荷引起的处理器210的故障。
在一些实施例中，基于从系统定时器230提供的多个中断也就是包括在第一中断 ITRl中的多个脉冲来确定参考时间TR。中断控制器220在处理器状态信号ST的激活期间 对来自系统定时器230的第一中断ITRl的激活的数量进行计数，然后在计数的数量达到参 考值时，中断控制器220激活功率等级中断PITR。
图12是图示根据发明构思的实施例的在图6的设备中的功率管理单元的电路图。
在图12的实施例中，功率管理单元270包括计算单元271、比较单元272和状态机 273。
计算单元271接收单位负荷率Ui。每个单位负荷率指示每单位时间处理器210的 工作负荷。计算单元271通过计算单位负荷率的平均值来测量当前工作负荷率Ai，并输出 当前工作负荷率Ai。
计算单元271包括多个缓冲器41、42、43和44、多个放大器51、52、53、54、55、多个 加法器61、62、63、64以及除法器71。单位负荷率Ui包括以连续顺序基于来自处理器210的工作负荷计算的负荷率Ul、U2.......Uk0缓冲器41、42、43、44可以包括各种类型的任何存储介质。例如，缓冲器41、42、43、44可以是寄存器或者匹配于特定地址的存储器的特 定空间。缓冲器41、42、43、44可以包括串联的延迟器。延迟器可以存储来自前一级(stage ahead)的单位负荷率Uj，并在规则延迟时间之后将它作为下一顺序Uj+1输出给下一级。可 以通过充当移位寄存器的锁存器来实现缓冲器41、42、43、44。
放大器51、52、53、54、55形成放大单元，分别放大并输出在缓冲器41、42、43、44中 各级的各个单位负荷率。可以相同或不同地设置每个放大器的增益。例如，为了将更大的 权重应用到之后的单位负荷率，在第一级中放大器的增益可以最大，当它前进到下一级时 减小，并在最后一级达到最小值。
加法器61、62、63、64将前一级的输出与当前级中放大器的输出相加。每个加法器 计算来自之前级放大器的输出之和。除法器71通过将最后一个放大器64的输出除以放大 器的增益之和来生成当前工作负荷率Ai。
通过分别将当前工作负荷率Ai与向上参考值Ru和向下参考值Rd相比较，比较单 元272生成指示增加处理器210的功率等级还是降低该功率等级的比较信号CMP。
比较单元272包括第一比较单元81和第二比较单元82。第一比较单元81将当前 工作负荷率Ai与向上参考值Ru相比较，并生成在当前工作负荷率Ai大于向上参考值Ru 情况下被激活的第一比较信号MP1。第二比较单元82将当前工作负荷率Ai与向下参考值 Rd相比较，并生成在当前工作负荷率Ai小于向下参考值Rd情况下被激活的第二比较信号 CMP2。
将比较信号CMPl和CMP2存储在状态机273中，并且状态机273响应于定时控制 信号LCTR_0UT而提供用于电压时钟提供器240的等级控制信号LCTR。例如，等级控制信号 LCTR包括等级向上信号LV_UP和等级向下信号LV_DN。等级向上信号LV_UP的激活指示应 该增加功率等级，以及等级向下信号LV_DN的激活指示应该减小功率等级。可以以脉冲的 形状激活等级向上信号LV_UP和等级向下级信号LV_DN。
当以软件实现功率管理单元270时，状态机273可以是处理器210内部或外部的 寄存器。在一些实施例中，省略状态机273，并将比较信号CMP1、CMP2作为等级控制信号 LCTR直接提供给电压时钟提供器M0。
图13是图示根据发明构思的实施例的在功率管理方法中功率等级改变的时序 图。
如上所述，定时控制信号LCTR_0UT包括在时间t21、t22、t23、t24、t25处的脉冲。 另外，如上面参考图10和11所解释的，定时控制信号LCTR_0UT中的脉冲指示在空闲模式 被启动或者激活模式被维持长于参考时间TR的情况下的时间。虽然图13仅仅图示了主电 源电压MVDD的幅度的改变，但是可以将主时钟信号MCLK的频率与如参考图2所述的主电 源电压MVDD —起改变。
在图13的示例中，当以脉冲的形式激活等级向上信号LV_UP时，在时间t21处将 功率等级提高一个等级，并且当等级向上信号LV_UP和等级向下信号LV_DN都被无效时，在 时间t22处功率等级保持相同。当激活等级向下信号LV_DN时，在时间t23和etM处降低 功率等级。
图14是图示根据发明构思的实施例的在图6的设备中的电压时钟提供器MO的 示例的示意图。
参考图14，电压时钟提供器240包括电压控制单元400和时钟控制单元500。
电压控制单元400包括参考电压生成器410和调节器(regulator) 420。将等级控 制信号LCTR施加到参考电压生成器410，然后参考电压生成器410根据等级控制信号LCTR 来调节参考电压，并将参考电压提供给调节器420。调节器420将所调节的参考电压与主电 源电压MVDD相比较，并向处理器210输出具有与等级控制信号LCTR相应的幅度的电源电 压 MVDD。
在一些实施例中，时钟控制单元500包括PLL。在这样的实施例中，将来自功率管 理单元270的等级控制信号LCTR施加到分频器550，并且分频器550通过基于与等级控制 信号LCTR相应的分频比例对主时钟信号MCLK进行分频，来生成所分频的时钟信号。
相位/频率检测器510将参考时钟信号RCLK与来自分频器550的所分频的时钟信 号相比较，并基于比较来生成向上/向下信号。电荷泵520基于向上/向下信号生成控制 电压。压控振荡器540响应于由环路滤波器530滤波的控制电压来生成主时钟信号MCLK， 并将主时钟信号MCLK提供给处理器210。
可以通过调节参考电压生成器410的输出和/或分频器550的分频比例来修改主 电源电压MVDD的幅度和/或主时钟信号MCLK的频率。因此，可以通过调节等级控制信号 LCTR来改变功率等级。
图15是用于描述根据发明构思的实施例的在电子设备中功率管理方法的效果的 示意图。
针对在时间t31处将功率等级降低到较低等级以及在时间t33处将功率等级增加 到较高等级的情况下的示例，图15的示意示了主电源电压MVDD和操作电流IVDD。在 主电源电压MVDD的幅度和/或主时钟信号MCLK的频率改变的情况下，在电压和电流稳定 之前暂时出现不稳定状态，如图15所示。在发明构思的某些实施例中，当在时间t31和t33 处操作模式转换为空闲模式时、而不在时间t32处转换为激活模式之后，对功率等级进行 缩放。因此，允许电压和/或频率的不稳定状态发生在空闲模式中而不在激活模式中，从而 保持了电子设备的操作稳定性。
前面的描述是对实施例的说明，而不被解释为对其的限制。虽然描述了一些实施 例，但是本领域技术人员将很容易想到在实施例中有可能进行许多修改而实质上不脱离发 明构思的优点和新颖教导。因此，试图将所有这样的修改包括在权利要求中限定的发明构 思的范围内。
权利要求
1.一种在包括处理器的电子设备中管理功耗的方法，所述方法包括通过将主时钟信号施加到所述处理器，来启动所述设备的激活模式；以及与对所述处理器的功率等级进行缩放相并行地启动所述设备的空闲模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述处理器的功率等级进行缩放包括基于所述 处理器的工作负荷率，调节所述处理器的主时钟信号的频率或主电源电压的幅度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中与对所述处理器的功率等级进行缩放相并行地启 动所述设备的空闲模式包括在所述处理器完成处理任务之后，生成等级控制信号；以及在所述处理器完成所述处理任务之后，阻断所述主时钟信号施加到所述处理器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述处理器被配置为执行用于生成所述等级控制 信号的功率管理程序，以及其中在由所述处理器生成所述等级控制信号之后，阻断所述主时钟信号施加到所述处 理器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中由电压时钟提供器基于所述等级控制信号调节主 时钟信号的频率和主电源电压的幅度中的至少一个。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述功率管理程序是由所述处理器的操作系统调 用的子例程。
7.根据权利要求3所述的方法，其中所述处理器被配置为生成指示所述处理器的激活 模式或空闲模式的处理器状态信号，以及其中在使所述处理器状态信号无效以指示所述空闲模式之后，阻断所述主时钟信号施 加到所述处理器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中由功率管理单元基于所述处理器的工作负荷率生 成所述等级控制信号，其中所述功率管理单元位于所述处理器的外部，并被配置为响应于所述处理器状态信 号而输出所述等级控制信号，以及其中由电压时钟提供器基于从所述功率管理单元接收的所述等级控制信号而调节所 述处理器的主时钟信号的频率和主电源电压的幅度中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的方法，其中作为所述激活模式被维持参考时间的结果而对所 述处理器的功率等级进行缩放。
10.根据权利要求9所述的方法，其中基于由系统定时器生成的多个中断确定所述参 考时间。
11.根据权利要求2所述的方法，其中通过计算多个单位负荷率的平均值来测量所述 处理器的工作负荷率，其中每个单位负荷率指示每单位时间的所述处理器的工作负荷。
12.根据权利要求2所述的方法，其中通过计算多个单位负荷率的加权平均值来测量 所述处理器的工作负荷率，其中每个单位负荷率指示每单位时间的所述处理器的工作负 荷，以及向所述多个单位负荷率中的较新单位负荷率施加比所述多个单位负荷率中的较旧 单位负荷率大的权重。
13.根据权利要求2所述的方法，其中通过位于所述处理器外部的工作负荷检测器生 成所述处理器的工作负荷率。
14.根据权利要求2所述的方法，其中通过由所述处理器的操作系统调用的子例程生 成所述处理器的工作负荷率。
15.根据权利要求9所述的方法，其中在所述激活模式被维持所述参考时间的情况下， 由位于所述处理器外部的中断控制器生成功率等级中断信号，以及其中响应于所述功率等级中断信号来对所述处理器的功率等级进行缩放。
16.根据权利要求15所述的方法，其中基于从系统定时器提供的多个中断以及处理器 状态信号来生成所述功率等级中断信号，其中所述处理器状态信号指示所述处理器的所述 激活模式或所述空闲模式。
17.一种具有激活模式和空闲模式的电子设备，该设备包括 处理器，根据主时钟信号和主电源电压来操作；以及电压时钟提供器，向所述处理器提供所述主时钟信号和所述主电源电压，以及通过减 小所述主时钟信号的频率或所述主电源电压的幅度，来在所述电子设备从所述激活模式转 换为所述空闲模式的期间，对所述电子设备的功率等级进行缩放。
18.根据权利要求17所述的电子设备，还包括开关，在所述电子设备从所述激活模式 转换为所述空闲模式的期间，将所述主时钟信号从所述处理器断开。
19.一种操作电子设备的方法，该电子设备包括处理器以及向所述处理器提供主时钟 信号和主电源电压的电压时钟提供器，所述方法包括在所述处理器上执行处理任务；当完成所述处理任务时，在所述处理器上执行功率管理程序以激励等级控制信号和处 理器状态信号；响应于所述处理器状态信号的激励，操作开关以中断所述主时钟信号提供到所述处理 器；以及响应于所述等级控制信号并与所述开关的操作相并行地，操作所述电压时钟提供器以 减小所述主时钟信号的频率或所述主电源电压的幅度。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在所述处理器的操作系统的软件例程中实现所述功率管理程序。
全文摘要
电子设备通过在激活模式和空闲模式之间切换来执行功率管理。通过将主时钟信号施加到电子设备内的处理器而启动激活模式。与缩小处理器的功率等级相并行而启动空闲模式。
文档编号G06F1/32GK102033599SQ20101029898
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月29日 优先权日2009年9月29日
发明者朴钟来 申请人:三星电子株式会社