一种CPU功耗管理装置的制作方法

本发明涉及功耗控制技术领域，尤其涉及一种cpu功耗管理装置。

背景技术：

目前，电子产品的市场消费需求推动技术发展，使得电子产品的cpu运算速度越来越快，而封装越来越小，导致cpu的功耗成为技术发展的瓶颈，功耗较大使得cpu温度较高，从而影响cpu的稳定性，因此cpu功耗管理变得尤其重要。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种cpu功耗管理装置，能够自动管理cpu功耗，提高cpu的稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种cpu功耗管理装置，包括监测模块、控制模块、adc/dac模块和供电模块；

所述监测模块用于每隔预设时间获取cpu的实时状态信息；所述实时状态信息包括cpu的最低工作电压、负载电流、cpu所处的环境温度以及cpu的内核温度；

所述控制模块用于根据所述实时状态信息生成相应的电压控制信号发送至所述adc/dac模块；所述控制模块还用于根据所述实时状态信息生成相应的频率控制信号发送至所述供电模块；

所述adc/dac模块用于根据接收到的所述电压控制信号调节所述供电模块的输出电压；其中，所述输出电压为cpu的工作电压；

所述供电模块用于根据接收到的所述频率控制信号调节工作频率；所述供电模块还用于为cpu提供电能。

进一步地，所述控制模块具体用于根据所述实时状态信息和预设的工作参数表获取cpu的当前最优工作电压，并根据所述当前最优工作电压生成所述电压控制信号发送至所述adc/dac模块。

进一步地，所述控制模块具体用于根据所述实时状态信息和预设的工作参数表获取所述供电模块的当前最优工作频率，并根据所述当前最优工作频率生成所述频率控制信号发送至所述供电模块。

进一步地，所述监测模块和所述控制模块集成在cpu内部。

进一步地，所述供电模块为电压转换器。

进一步地，所述装置还包括时钟模块和锁相环模块；

所述控制模块具体用于根据所述实时状态信息获取所述供电模块的当前最优工作频率；

所述时钟模块和所述锁相环模块用于根据所述当前最优工作频率生成相应的同步时钟信号发送至所述供电模块；其中，所述同步时钟信号为所述频率控制信号。

进一步地，所述时钟模块为时钟振荡器。

进一步地，所述时钟模块和所述锁相环模块集成在cpu内部。

与现有技术相比，本发明实施例提供了一种cpu功耗管理装置，通过监测模块每隔预设时间获取cpu的实时状态信息；通过控制模块根据cpu的实时状态信息分别生成相应的电压控制信号发送至adc/dac模块以及生成相应的频率控制信号发送至供电模块；adc/dac模块根据接收到的电压控制信号调节供电模块的输出电压，该输出电压为cpu的工作电压；供电模块根据接收到的频率控制信号调节工作频率；供电模块用于为cpu提供电能；能够通过cpu工作电压和供电模块工作频率的调节自动管理cpu功耗，从而提高cpu的稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的一个优选实施例的结构框图；

图2是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的另一个优选实施例的结构框图；

图3是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的电压调节原理框图；

图4是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的频率调节原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种cpu功耗管理装置，参见图1所示，是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的一个优选实施例的结构框图，所述装置包括监测模块100、控制模块200、adc/dac模块300和供电模块400；

所述监测模块100用于每隔预设时间获取cpu的实时状态信息；所述实时状态信息包括cpu的最低工作电压、负载电流、cpu所处的环境温度以及cpu的内核温度；

所述控制模块200用于根据所述实时状态信息生成相应的电压控制信号发送至所述adc/dac模块300；所述控制模块200还用于根据所述实时状态信息生成相应的频率控制信号发送至所述供电模块400；

所述adc/dac模块300用于根据接收到的所述电压控制信号调节所述供电模块400的输出电压；其中，所述输出电压为cpu的工作电压；

所述供电模块400用于根据接收到的所述频率控制信号调节工作频率；所述供电模块400还用于为cpu提供电能。

具体的，在cpu运行期间，通过监测模块每隔预设时间(可根据实际需要进行设置)监测获得cpu的实时状态信息，该实时状态信息包括当前cpu正常运行所需的最低工作电压、cpu的实时负载电流、cpu当前所处的环境温度以及cpu当前的内核温度；通过控制模块根据获得的cpu的实时状态信息分别生成相应的电压控制信号发送至adc/dac模块、生成相应的频率控制信号发送至供电模块；adc/dac模块根据接收到的电压控制信号对供电模块的输出电压进行调节，供电模块为cpu提供电能，供电模块的输出电压即为cpu的工作电压，从而实现对cpu的工作电压的调节；供电模块根据接收到的频率控制信号调节供电模块自身的工作频率。

需要说明的是，监测模块包括大量的不同电路的ringoscillators，一般由传感器，数据采集，数据处理，诊断电路组成，通过这些电路组成部分，监测模块可以获取cpu的实时状态信息，也就是在保证cpu性能的前提下所需要的cpu的最低工作电压、cpu的负载数据、cpu所处的环境温度以及cpu的内核温度等状态信息。

另外，不同的cpu由于制程工艺的差别、所处的环境温度差别、负载差别等，导致实际工作时cpu所需的供电电压会有微小差别，对于供电电流比较大的电源，如果能实现在满足性能的前提下降低工作电压，对cpu的功耗会有所优化。

由于改变cpu本身的工作频率会对整机的稳定性影响较大，因此本发明实施例只更改给cpu供电的供电模块(例如dc芯片)的工作频率；调节dc芯片的工作频率，为达到两个目的：(1)dc芯片在不同的工作频率下，电压效率是不一样的，例如负载较轻时，可以工作在较低频率，这时可以进入轻载高效模式，通过这种方法，dc芯片的转化效率可以得到智能调节，通过调节给cpu供电的dc芯片的转化效率，可以优化整板功耗；(2)dc芯片会对其他临近电路产生一定的干扰，对一些模拟产品特别是对于工作频率在dc芯片附近时会干扰增大，此时通过调节dc芯片的工作频率，避开这个干扰的频率，可以达到优化性能的目的。

本发明实施例所提供的一种cpu功耗管理装置，能够根据cpu的实时状态信息自动对cpu的工作电压进行调节，在保证能够正常运行的基础上，使得cpu的工作电压尽可能低，降低cpu功耗，同时，还能够根据cpu的实时状态信息自动对cpu的供电模块的工作频率进行调节，降低供电模块对临近电路特别是工作频率在供电模块的工作频率附近的电路产生的干扰，优化cpu性能，从而通过cpu工作电压和供电模块工作频率的自动调节实现了cpu功耗的自动管理，提高了cpu的稳定性。

作为优选方案，所述控制模块具体用于根据所述实时状态信息和预设的工作参数表获取cpu的当前最优工作电压，并根据所述当前最优工作电压生成所述电压控制信号发送至所述adc/dac模块。

作为优选方案，所述控制模块具体用于根据所述实时状态信息和预设的工作参数表获取所述供电模块的当前最优工作频率，并根据所述当前最优工作频率生成所述频率控制信号发送至所述供电模块。

具体的，结合上述实施例，不同的cpu芯片上板以后，由于芯片制程工艺不同，所处的环境温度不同，负载不同，实际需要的最低工作电压需求不同，也就是说，同一块硬件，处于不同的环境温度，连接不同的负载，所需要的最低工作电压都不一样；监测模块通过内部组成单元可以获取到cpu的实时状态信息，控制模块通过根据cpu的实时状态信息，结合内部软件算法进行查表(软件里面有维护的预先设置的工作参数表)，确定各参数处于哪个区间范围，电压需求最低多少，从而算出cpu的当前最优工作电压(即cpu当前正常工作所需的最低电压)和供电模块的当前最优工作频率，并根据cpu的当前最优工作电压生成相应的电压控制信号发送至adc/dac模块，根据供电模块的当前最优工作频率生成相应的频率控制信号发送至供电模块，使得adc/dac模块根据电压控制信号控制为cpu供电的供电模块，调节供电模块的输出电压到当前最优工作电压，使得供电模块根据频率控制信号调节供电模块自身的工作频率。

需要说明的是，cpu所处的环境温度越高，工作电压可以越低；cpu的负载越低，工作电压可以越低，供电模块的工作频率也可以调低；芯片制程上(晶圆做出芯片时，不同位置做出来的芯片会有差异，处于晶圆中间位置的芯片性能好于边角的)越好，工作电压可以越低。

作为优选方案，所述监测模块和所述控制模块集成在cpu内部。

可以理解的，cpu本身可以作为控制模块进行数据处理，并且随着芯片技术的发展，监测模块一般都会直接集成在cpu内部。

作为优选方案，所述供电模块为电压转换器。

可以理解的，供电模块用于为cpu提供工作电压，可以是电压转换器，例如常用的dc芯片，假设电源适配器提供12v电压供电，而cpu需要1.0v、3.3v电压供电，可以通过dc-dc转换芯片将12v电压转换为cpu所需的1.0v、3.3v电压。

在另一个优选实施例中，参见图2所示，是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的另一个优选实施例的结构框图，所述装置还包括时钟模块500和锁相环模块600；

所述控制模块200具体用于根据所述实时状态信息获取所述供电模块400的当前最优工作频率；

所述时钟模块500和所述锁相环模块600用于根据所述当前最优工作频率生成相应的同步时钟信号发送至所述供电模块400；其中，所述同步时钟信号为所述频率控制信号。

具体的，结合上述实施例，控制模块根据cpu的实时状态信息通过内部算法计算出给cpu供电的供电模块的当前最优工作频率，时钟模块和锁相环模块则根据供电模块的当前最优工作频率生成相应的同步时钟信号发送至供电模块，该同步时钟信号即为上述频率控制信号，使得供电模块根据同步时钟信号调节供电模块自身的工作频率。

需要说明的是，通过时钟模块和锁相环模块输出特定频率的同步时钟信号，此时供电模块需要支持时钟输入的控制模式，使得供电模块可以通过接收到的特定频率的同步时钟信号将工作频率调节到合适值。

作为优选方案，所述时钟模块为时钟振荡器。

作为优选方案，所述时钟模块和所述锁相环模块集成在cpu内部。

可以理解的，随着芯片技术的发展，时钟模块和锁相环模块一般都会直接集成在cpu内部，即cpu内部有时钟振荡器和锁相环电路，通过这些电路模块，芯片可以输出不同频率的时钟，并且锁相环电路可以起到稳定输出频率的作用。

参见图3所示，是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的电压调节原理框图，结合上述实施例，对供电模块(dc芯片)的输出电压的调节过程进行具体说明：

图3中右边的adc/dac模块通过电阻rdac接入cpu的供电模块，即dc芯片，根据基尔霍夫电流定律有ia+im＝ib，由于vfb为dc芯片的参考电压，根据dc芯片特性，vfb不会变，rbot选定以后，ib不会变，当vm电压升高时，im增加，根据ia+im＝ib，此时ia会减小，同时结合vout1＝vfb+ia*rtop，相应vout1会降低，即dc芯片的电压vout降低。

需要说明的是，adc/dac模块是数字信号和模拟信号相互转换会用到的，例如，给cpu供电的adc/dac模块是1.8v，adc/dac模块是10bit的，那么adc可以输出控制电压精度为1800/1024，其中，1024是2的10次方，大约为1.76mv。上电启动后，adc/dac模块会首先从高到低遍历0～1023个档位(从算法及效率角度考虑，可能会以5％为步进，这样只需要20次)，统计出每个dac输出不同电压时需要设置的寄存器值(数字值)，在获取到cpu可以工作所需的最低工作电压以后，通过adc/dac模块刚才遍历的尝试维护的表格，就知道如何去设置dac寄存器，从而输出这个最低工作电压，实现电压调节。

通过adc/dac模块可以实现对电压的分布调节，不同位数的adc/dac模块可以达到不同的控制精度。

参见图4所示，是本发明提供的一种cpu功耗管理装置的频率调节原理框图，结合上述实施例，对供电模块(dc芯片)的工作频率的调节过程进行具体说明：

上电启动后，通过监测模块获取参数信息；cpu根据参数信息和软件算法及查表可以得出cpu的最低工作电压和外部dc芯片的工作频率(由于整板dc芯片可以不止1路，cpu可以输出多路不同的时钟频率，对接不同的dc芯片，图4所示第二路为可选)；cpu的工作电压通过adc/dac模块去调节，这里不再赘述；cpu内部的锁相环和时钟模块可以输出特定频率的时钟clk_ref，即外部dc芯片的工作频率值；外部dc芯片需要支持时钟输入控制模式，通过cpu提供过来的时钟，dc芯片的工作频率被调节到合适值；图4中cpu和dc芯片中间串接的电阻起到限流调压的作用，可以根据实际情况调节阻值。

综上，本发明实施例所提供的一种cpu功耗管理装置具有如下有益效果：

(1)相对于传统单一固定供电电压系统，可以降低cpu功耗，提高cpu稳定性，节约能源；例如不用本发明实施例提供的技术方案，所有iccore电压能正常工作的电压需要设置在1.0～1.05v，但是使用本发明实施例提供的技术方案，iccore可以根据芯片制程(好的芯片工作电压可以比差的芯片工作电压低)、环境温度(高温工作电压可以降低)、动态负载(负载低，电压可以降低)等，使工作电压可以在0.85～0.93v之间进行动态调整，由于core电压较大，可以明显降低cpu功耗；

(2)控制过程自动调节，无需人工干预；

(3)调节外部dc芯片的工作频率，对不同负载，采用不同的工作频率，保持dc芯片的转换效率；同时对于一些频率比较敏感的系统，例如存在某个特定频率干扰时，可以调节dc工作频率，使其不再此范围，优化性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。