[发明专利]基于周期性查询和中断的处理器功耗动态管理系统及方法

说明书

本发明涉及计算机体系结构与处理器微结构技术领域，具体为基于周期性查询和中断的处理器功耗动态管理系统及方法。一种基于周期性查询和中断的处理器功耗动态管理系统，包括温度电压传感器，用于获取微处理器实时工作电压与温度；电源管理模块，用于获取微处理器实时电流数据；CPU内核，用于获取微处理器实时负载信息；动态调频电路，用于动态调节微处理器工作频率；智能微控制器，用于通过温度电压传感器、电源管理模块、CPU内核、动态调频电路对微处理器功耗进行动态管理与控制。本申请以较低的硬件开销支持基于周期性查询方式实时获得芯片负载与功耗信息，硬件采用中断方式根据PDM策略自动动态调节芯片工作频率，提高了微处理器能效比。

技术领域

本发明涉及计算机体系结构与处理器微结构技术领域，具体为基于周期性查询和中断的处理器功耗动态管理系统及方法。

背景技术

随着半导体工艺的飞速发展，微处理器芯片集成规模与工作频率不断提高，导致芯片功耗急剧增长，对芯片的散热、能耗与可靠性等带来巨大挑战，因此，功耗和能效成为集成电路设计的重要考虑因素。为提升竞争力，芯片设计逐步从高性能向高能效转变，而微处理器作为数字系统的核心部件，其低功耗设计对整个系统的功耗管理与控制具有重要的意义。微处理器功耗主要体现在动态功耗(Dynamic Power)上，而动态功耗与电压平方和频率成正比，通过降低电压与频率可以有效降低芯片整体功耗。功耗动态管理(PowerDynamic Management, PDM)是一种系统级低功耗设计方法，由片内功耗管理控制器根据系统当前状态动态调整功耗管理模式，不同模式下，动态调节空闲模块的时钟与电压，以在保证系统性能基础上动态降低功耗，提高系统能效比。

功耗动态管理PDM一种可行的方法是动态电压调节（Dynamic Voltage Scaling,DVS），该技术根据芯片工作状态（一般为软件获得当前系统运行负载信息），动态改变功耗管理模式，在不损失芯片性能基础上通过动态调整电压降低功耗。为精确控制DVS，需要集成专用电压调度模块，通过分析当前和过去状态下系统不同工作情况来预测电路工作负载信息，或者通过软件获取系统负载信息。

另一种可行的方法是动态调频（Dynamic Frequency Scaling, DFS），该技术根据系统性能要求，动态配置合适的时钟频率，以降低空闲模块或者其他一些不必要的功耗，这需要片内集成备份时钟产生模块PLL(Phase-Locked Loop)，以在不中断系统正常工作的同时动态调节芯片工作频率。比如Intel公司的Montecito处理器，就利用了DFS技术，片内集成高精度数字电流表，利用封装上的微小电压降计算总电流，通过内嵌的32位微处理器调整主频，达到64级动态功耗调整的目的。

上述传统DVS与DFS技术均需要通过集成观测器或者通过软件系统获取实时负载信息，结合片内PDM管理策略完成动态功耗管理与控制，其缺点是观测器一般为模拟电路，集成复杂度增加，比如电压调度模块与数字电流表；另一个问题是精度不够高，通过电压或电流预测系统负载信息，不够准确；如果采用软件系统获得负载信息，会增加外部与系统接口之间的复杂度，导致实时性与自治性降低等问题。

综上所述，常规方法难以比较精确获得实时芯片的实时负载信息，集成和实现复杂度相对较高，功耗动态管理实时性与准确性有待进一步改进。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种基于周期性查询和中断的处理器功耗动态管理系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于周期性查询和中断的处理器功耗动态管理系统，包括

温度电压传感器，用于获取微处理器实时工作电压与温度；

电源管理模块，用于获取微处理器实时电流数据；

CPU内核，用于获取微处理器实时负载信息；

动态调频电路，用于动态调节微处理器工作频率；