СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ В ГЕТЕРОГЕННОЙ СИСТЕМЕ НА КРИСТАЛЛЕ Российский патент 2019 года по МПК G06F1/20 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам управления режимами энергосбережения многоядерных вычислительных устройств, и может применяться во встраиваемых системах на основе вычислительных устройств, а также в портативных вычислительных устройствах разного назначения.

Существуют несколько способов управления энергопотреблением вычислительных устройств. Один из способов управления энергопотреблением заключается в измерении производительности, температуры и потребления электроэнергии вычислительными или периферийными узлами гетерогенной системы с помощью специальных датчиков и перераспределения вычислительной нагрузки между узлами системы. В качестве специальных датчиков могут выступать внутренние встроенные датчики, так и внешние портативные устройства.

Существуют способы косвенного программного управления энергоэффективностью путем перераспределения задач между вычислительными ядрами в гетерогенной системе или путем управления маршрутизаторами в сетевой системе на кристалле.

Практикуются способы централизованного и многоуровневого управления энергоэффективностью с системой синхронизацией. В зависимости от особенностей гетерогенной системы применяют тот или иной способ построения подсистемы управления энергоэффективностью.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ управления энергопотреблением в гетерогенной системе на кристалле, описанный в патенте US 2017269652 (А1), в котором используют специальное внешнее переносное вычислительное устройство (portable computing device, PCD) с помощью которого осуществляют несколько способов термического интеллектуального управления энергопотреблением, при этом уменьшают нежелательную миграцию рабочей нагрузки, которая может усугубить генерацию тепловой энергии в компоненте обработки. Данный способ выбран в качестве прототипа заявленного изобретения.

Недостатки способа прототипа заключаются в его недостаточной эффективности, а именно в использовании отдельного устройства, которое не всегда применимо в штатных системах на кристралле. Кроме в прототипе не решены задачи управления энергопотреблением при простаивании вычислительных ресурсов (аппаратных компонентов).

Техническим результатом заявленного изобретения является создание более эффективного способа управления энергопотреблением в гетерогенной системе на кристалле с меньшим энергопотреблением, позволяющего управлять питанием отдельных аппаратных компонентов системы, которые не используются в настоящее время, без блокировки пространства пользователя и без использования сетевых каналов, за счет отключения электропитания неиспользуемых аппаратных компонентов и включения его по мере необходимости, а также за счет понижения производительности не полностью используемых аппаратных компонентов.

Поставленный технический результат достигнут путем создания способа управления энергопотреблением в гетерогенной системе на кристалле, в котором

- управляют, с помощью доменов 6 питания, состоянием входящих в них аппаратных компонентов 8, при этом принимают и обрабатывают, с помощью доменов 6 питания, на основании управляющих команд на отключение энергопотребления от ядра 5 управления энергопотреблением, сигналы, сформированные блоком 1 управления энергопотреблением, с использованием значений регистров, установленных с помощью функций драйвера 4 управления энергопотреблением аппаратных компонентов и драйвера 3 доменов питания;

- переводят, с помощью управляющих команд от ядра 5 управления энергопотреблением, в режимы «включен» и «выключен» домены 6 питания и входящие в них аппаратные компоненты 8, при этом принимают и обрабатывают, с помощью доменов 6 питания, сигналы включения и выключения от блока 1 управления энергопотреблением, сформированные на основании значений регистров блока 1 управления энергопотреблением, установленных с помощью функций драйвера 4 управления энергопотреблением аппаратных компонентов и драйвера 3 доменов питания;

- управляют, с помощью подсистемы 2 динамического управления и синхронизации частот и драйвера 7 аппаратных компонентов, состоянием аппаратных компонентов 8, при этом формируют и пересылают в аппаратные компоненты 8 через драйверы 7 аппаратных компонентов, с помощью подсистемы 2 динамического управления и синхронизации частот, рабочие частоты доменов 6 питания, а также формируют и пересылают в аппаратные компоненты 8 сигналы включения и выключения рабочих частот, с помощью блока 9 управления частотой тактового генератора;

- с помощью драйвера 7 аппаратного компонента, переводят аппаратный компонент 8 из активного состояния сначала в приостановленное состояние, в случае отсутствия выполняемых им операций или действий, а потом в выключенное состояние или обратно в активное состояние.

В предпочтительном варианте осуществления способа с помощью драйвера 7 аппаратного компонента, переводят аппаратный компонент 8 из активного состояния сначала в приостановленное состояние, в случае отсутствия выполняемых им операций или действий, для аппаратных компонентов 8, у которых нет активных дочерних компонентов, а также для аппаратных компонентов 8, дочерние компоненты которых можно проигнорировать.

В предпочтительном варианте осуществления способа, в случае использования системой не всех аппаратных компонентов 8, входящих в один домен питания, неиспользуемые компоненты сначала переводят в приостановленное состояние, потом в выключенное состояние, а, в случае бездействия всех аппаратных компонентов 8, входящих в один домен питания, переводят, с помощью команд управления ядра 5 управления энергопотреблением через сигналы блока 1 управления энергопотреблением, в режим «выключен» этот домен 6 питания и входящие в него аппаратные компоненты 8.

В заявленном способе управления энергопотреблением в гетерогенной системе на кристалле:

динамически управляют энергопотреблением, при этом отключают домены питания и регулируют рабочую частоту;

- понижают до минимальной тактовую частоту или выключают электропитание аппаратных компонентов;

- используют централизованную одноуровневый метод управления с обратной связью;

- управляют энергопотреблением периферийных устройств и вычислительными ядрами разной архитектуры;

- отсутствует привязка к сетевым каналам связи и управления;

- осуществляют управление энергопотреблением со стороны пользователя и автоматизированное управление энергопотреблением со стороны аппаратной системы, при этом драйверы контроллеров внешних интерфейсов указывают, когда ожидаются входящие данные, чтобы предотвратить отключение питания и избежать потери данных.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими графическими материалами.

Фиг. 1. Общая схема способе управления энергопотреблением в гетерогенной системе на кристалле, выполненная согласно изобретению.

Элементы:

1 - блок управления энергопотреблением;

2 - подсистема динамического управления и синхронизации частот;

3 - драйвер управления энергопотреблением домена;

4 - драйвер управления энергопотреблением аппаратных компонентов;

5 - ядро управления энергопотреблением;

6 - домен питания гетерогенной системы на кристалле;

7 - драйвер аппаратных компонентов;

8 - аппаратный компонент гетерогенной системы на кристалле;

9 - блок управления частотой тактового генератора (PLL - Phase-Locked Loop).

Фиг. 2. Общая схема переключения режимов и состояний аппаратных компонентов в гетерогенной системе на кристалле, выполненная согласно изобретению.

Рассмотрим более подробно функционирование заявленного способа управления энергопотреблением в гетерогенной системе на кристалле (фиг. 1, 2).

В заявленном способе управления энергосбережением в гетерогенных системах-на-кристалле применяют централизованную систему управления с обратной связью для аппаратных компонентов с разной архитектурой и назначением без использования сетевых каналов.

Существует несколько состояний гетерогенной системы на кристалле: рабочее состояние, состояние ожидания, состояние глубокого сна. В рабочем состоянии аппаратные компоненты 8 поддерживают режимы работы включен и выключен. Во включенном режиме аппаратный компонент 8 может быть в активном состоянии, приостановленном или бездействии.

Каждый аппаратный компонент 8 входит в домен 6 питания, который управляет состоянием аппаратных компонентов и обрабатывает запрос на отключение энергопотребления от блока 1 управления энергопотреблением, драйвера 4 управления энергопотреблением аппаратных компонентов и драйвера 3 доменов питания.

Посредством управляющих сигналов сброса, изоляции и включения доменов 6 питания, входящих в блок 1 управления энергопотреблением, и управляющих команд ядра 5 управления энергопотреблением домены 6 питания и аппаратные компоненты 8 переводят в режимы «включен» и «выключен» (фиг. 2). В случае использования системой не всех аппаратных компонентов 8 из одного домена 6 питания, домен 6 переводят в режим «выключен».

Состоянием аппаратных компонентов 8 управляют совместно с подсистемой динамического 2 управления и синхронизации частот и драйвером 7 аппаратных компонентов. С помощью подсистемы 2 динамического управления и синхронизации частот задают рабочие частоты внутри доменов 6 питания и производят включение/отключение частот с помощью блока 9 управления частотой тактового генератора. Динамическое управление частотами позволяет гибко настраивать рабочие частоты аппаратных компонентов и доменов питания.

С помощью драйвера 7 аппаратного компонента переводят аппаратный компонент 8 в приостановленное состояние, в случае отсутствия выполняемых им операций и действий (компонент находится в состоянии «бездействия»). Функции «переход в состояние бездействия» и «приостановления» выполняют только для аппаратных компонентов 8, у которых нет "активных" дочерних компонентов или чьи дочерние компоненты можно проигнорировать. После выполнения функции "переход в состояние приостановлен" вызывают функцию "выключения", которая сохраняет текущее состояние и отключает питание, или функцию "возобновления работы (переход в активное состояние)", которая восстанавливает подачу питания и загружает необходимое состояние.

В заявленном способе управления энергопотреблением:

- аппаратные компоненты 8 входят в состояние энергосбережения (выключен или приостановлен) во время работы системы независимо от других процессов управления энергопотреблением;

- энергосбережение дочерних аппаратных компонентов 8 зависит от родительских;

- алгоритм управления энергосбережением аппаратных компонентов зависит от его типа и способа коммуникации с ним. Например, алгоритм управления энергосбережением зависит от типа шины, к которому подключен аппаратный компонент 8, поэтому требуются операции, предназначенные для данной шины.

Для функционирования заявленного способа важна синхронная работа следующих программных подсистем: драйвера 7 аппаратного компонента, драйвера соответствующей аппаратной подсистемы и ядра управления энергопотреблением, при этом:

- алгоритмы управления «приостановления» и «возобновления» питания аппаратных компонентов функционируют без потери данных и перерывов в обслуживании;

- ядро управления энергопотреблением вызывает обработчики для аппаратных компонентов;

- важной стадией перехода к состоянию пониженного энергопотребления является "переход в состояние приостановлен";

- после осуществления функции "переход в состояние приостановлен" вызывается функция "выключения" (сохраняющая текущее состояние и отключающая питание) или функция "возобновления работы (переход в активное состояние)" (которая восстанавливает подачу питания и загружает необходимое состояние);

- ядро управления энергопотреблением следит за активностью каждого аппаратного компонента 8;

- реализация модели перехода в состояния покоя (выключение, приостановления), сохранения текущего состояния и понижения энергопотребления для каждого типа аппаратного компонента может отличаться;

- функции «приостановления» и «возобновления» являются взаимоисключающими (не могут выполняться параллельно);

- функции «переход в состояние бездействия», «приостановления» и «выключения» выполняют только для "активных" аппаратных компонентов 8;

- функции «переход в состояние бездействия» и «приостановления» выполняют только для аппаратных компонентов 8, у которых нет "активных" дочерних компонентов или чьи дочерние компоненты можно проигнорировать (соответствующий флаг в драйвере компонента).

- функцию «возобновления» работы выполнить только для "приостановленных" аппаратных компонентов.

Хотя описанный выше вариант выполнения изобретения был изложен с целью иллюстрации заявленного изобретения, специалистам ясно, что возможны разные модификации, добавления и замены, не выходящие из объема и смысла заявленного изобретения, раскрытого в прилагаемой формуле изобретения.

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение меньшего энергопотребления в гетерогенной системе на кристалле, за счет управления питанием отдельных аппаратных компонентов системы, которые не используются в настоящее время, без блокировки пространства пользователя. А также за счет отключения электропитания неиспользуемых аппаратных компонентов и включения его по мере необходимости, со снижением производительности не полностью используемых аппаратных компонентов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ управления энергопотреблением в гетерогенной системе на кристалле, в котором

- управляют, с помощью доменов 6 питания, состоянием входящих в них аппаратных компонентов 8, при этом принимают и обрабатывают, с помощью доменов 6 питания, на основании управляющих команд на отключение энергопотребления от ядра 5 управления энергопотреблением, сигналы, сформированные блоком 1 управления энергопотреблением, с использованием значений регистров, установленных с помощью функций драйвера 4 управления энергопотреблением аппаратных компонентов и драйвера 3 доменов питания;

переводят, с помощью управляющих команд от ядра 5 управления энергопотреблением, в режимы «включен» и «выключен» домены 6 питания и входящие в них аппаратные компоненты 8, при этом принимают и обрабатывают, с помощью доменов 6 питания, сигналы включения и выключения от блока 1 управления энергопотреблением, сформированные на основании значений регистров блока 1 управления энергопотреблением, установленных с помощью функций драйвера 4 управления энергопотреблением аппаратных компонентов и драйвера 3 доменов питания;

- управляют, с помощью подсистемы 2 динамического управления и синхронизации частот и драйвера 7 аппаратных компонентов, состоянием аппаратных компонентов 8, при этом формируют и пересылают в аппаратные компоненты 8 через драйверы 7 аппаратных компонентов, с помощью подсистемы 2 динамического управления и синхронизации частот, рабочие частоты доменов 6 питания, а также формируют и пересылают в аппаратные компоненты 8 сигналы включения и выключения рабочих частот, с помощью блока 9 управления частотой тактового генератора;

- с помощью драйвера 7 аппаратного компонента, переводят аппаратный компонент 8 из активного состояния сначала в приостановленное состояние, в случае отсутствия выполняемых им операций или действий, а потом в выключенное состояние или обратно в активное состояние.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с помощью драйвера 7 аппаратного компонента, переводят аппаратный компонент 8 из активного состояния сначала в приостановленное состояние, в случае отсутствия выполняемых им операций или действий, для аппаратных компонентов 8, у которых нет активных дочерних компонентов, а также для аппаратных компонентов 8, дочерние компоненты которых можно проигнорировать.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, в случае использования системой не всех аппаратных компонентов 8, входящих в один домен питания, неиспользуемые компоненты сначала переводят в приостановленное состояние, потом в выключенное состояние, а, в случае бездействия всех аппаратных компонентов 8, входящих в один домен питания, переводят, с помощью команд управления ядра 5 управления энергопотреблением через сигналы блока 1 управления энергопотреблением, в режим «выключен» этот домен 6 питания и входящие в него аппаратные компоненты 8.