[发明专利]基于Android系统的嵌入式GPU动态调频方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于Android系统的嵌入式GPU动态调频方法及装置。

背景技术

随着移动互联网技术的发展，移动终端，例如，手机、平板电脑、电子书等已经越来越深入人们的生活。目前，电池容量是制约移动终端发展的一个重要因素，因此低功耗技术对提高移动终端的可用性至关重要。

功耗分为静态功耗和动态功耗，其中动态功耗根据公式P_dynamic=λCV²f计算得出，式中P_dynamic代表动态功耗，λ为常数，C为负载电容，V为供电电压，f为工作频率。从公式中可以看出，在负载电容一定的情况下，动态功耗与供电电压的平方成正比，与工作频率成正比。

动态电压频率调整（Dynamic Voltage and Frequency Scaling，DVFS）是降低动态功耗的常用方法。该方法根据处理器所运行的任务对计算能力的不同需求，动态调节处理器的工作频率和电压从而达到节能的目的，其中，电压与频率是固定的对应关系，频率越高，需要的电压也越高。DVFS可以基于硬件或软件来实现。针对CPU和桌面图形处理器（Desktop Graphic Processing Unit）的各种DVFS方法已经屡见不鲜。

嵌入式图形处理器（Embedded Graphic Processing Unit，为简便记，本文中出现的GPU均指嵌入式图形处理器）设计公司并不直接从事芯片生产，而是将GPU架构授权给系统级芯片（System on Chip，SOC）设计公司。GPU的工作频率和工作电压根据SOC的制造工艺、设计目标等有所不同，工作频率还与系统时钟模块的设计有关。GPU的性能除了与工作频率有直接的关系外，还受到CPU、内存、总线带宽等因素的影响，因此即使两款SOC采用了相同的GPU架构，GPU性能也不完全相同。综上所述，GPU动态调频的实现与SOC的具体设计密切相关，因此目前GPU设计公司既没有在硬件上也没有在软件上提供DVFS功能。

如果GPU始终以固定的频率运行，会出现两种情况：对于低复杂度的任务，GPU运行在高频，性能过剩，造成功耗的浪费；对于高复杂度的任务，如果GPU没有运行在足够高的频率，又会造成性能不足。

目前已有两种调整GPU频率的优化策略，一种是在系统设置中增加性能模式选项，例如低功耗模式、正常模式、高性能模式，由用户手动选择不同的模式来切换GPU的运行频率；另外一种是在GPU驱动中判断应用程序的名字来选择GPU的运行频率。第一种方法的缺点是，用户在对应用程序缺乏先验知识的情况下，无法判断使用哪种性能模式。第二种方法的缺点是，GPU驱动无法针对所有的应用程序做出正确的判断。而且实际中某一个应用程序对于GPU的性能需求也是不断在变化的，将GPU固定在某个频率运行，依然会出现性能过剩或性能不足的情况。以上两种方法都并没有真正做到动态地根据应用对GPU的性能需求去调整GPU频率。

发明内容

本发明提供一种基于Android系统的嵌入式GPU动态调频方法，包括：S1、获取GPU的N个工作频率点f_i，i＝1，2，...，N；S2、计算每个工作频率点的平均性能上限S3、每隔一时段T统计时段T内GPU工作时间T_working所占比例，根据公式L=100%*α*T_working/T，α为硬件利用效率，计算出负载百分比L，根据公式计算出第n个时段T内GPU负载W[n]；S4、根据公式计算第n+1个时段的预测GPU负载W[n+1]，其中h[k]为预测系数，0≤h[K-1]<h[K-2]...<h[0]<1且S5、设定一性能门限值β，将预测GPU负载W[n+1]与i＝1，2，…，N依次进行比较，当时终止比较并设定下一时段GPU工作在工作频率点为f_i，其中0<β<1且i=1，2，…，N-1。