动态电压频率调整系统、方法及电子设备与流程

1.本发明属于集成电路控制领域，尤其涉及一种动态电压频率调整系统、方法及电子设备。


背景技术：

2.dvfs(dynamic voltage frequency scaling，动态电压频率调整)技术已广泛应用于现今的各种处理器上，此技术可有效地管理电子系统的功耗以避免浪费。常规的技术方案包括一个电压调节单元，一个时钟调节单元，一个频率/温度/电压等物理量的检测单元，当应用场景切换或者由于温控等策略需要进行性能/功耗优化时，由检测单元或者外部中断发出调整频率的需求，通过预先内置的电压
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频率上限关系检索出新的频率和新的电压，然后分别配置到电压调节单元和时钟调节单元，其控制复杂度较高。需要注意的是，通常为了最优化功率，频率降低时也需要同步将电压降低，但两者的响应时间不可精准预测，通常需要建立模型分析获得或者需要严格限制两者的先后次序以及间隔时间。通常来说，dvfs策略在优化功耗时要求先降低频率，再降低电压；在优化性能时要求先提升电压再提升频率，以便安全实现最优的性能功耗优化，由于其需要复杂的时序控制保证安全，响应速度受限于时钟模块的频率稳定速度和电源模块的输出稳定速度，响应较慢。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种动态电压频率调整系统、方法及电子设备，旨在解决由于现有技术中动态电压频率调整控制复杂度高和响应速度慢的问题。
4.一方面，本发明提供了一种动态电压频率调整系统，包括dvfs控制模块、时钟基准源、频率偏差检测器、电压产生模块和振荡器，所述频率偏差检测器分别与所述dvfs控制模块、所述时钟基准源、所述电压产生模块和所述振荡器连接，所述电压产生模块还分别与所述振荡器和数字电路模块连接，所述振荡器还与所述数字电路连接，其中，
5.所述dvfs控制模块，用于根据调频调压请求发送频率控制字给所述频率偏差检测器；
6.所述时钟基准源，用于给所述频率偏差检测器提供参考时钟；
7.所述频率偏差检测器，用于根据所述频率控制字和所述参考时钟获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差，并将所述频率偏差发送给电压产生模块；
8.所述电压产生模块，用于为所述振荡器和所述数字电路模块提供相同的工作电压，并根据所述频率偏差调整当前工作电压；
9.所述振荡器，用于为所述数字电路模块提供工作时钟，并根据当前工作电压调整所述数字电路模块的当前工作时钟。
10.优选地，所述振荡器产生的时钟频率小于等于所述数字电路模块的最高可工作频率。
11.优选地，所述振荡器和所述数字电路模块受pvt影响而引起的频率变化的方向和
大小相同。
12.另一方面，本发明提供了一种基于上述动态电压频率调整系统的动态电压频率调整方法，所述方法包括下述步骤：
13.当接收到调频调压请求时，所述dvfs控制模块发送频率控制字给所述频率偏差检测器；
14.执行自适应电压频率调整过程，直至满足预设条件，所述自适应电压频率调整过程包括：
15.所述频率偏差检测器根据所述频率控制字和所述时钟基准源提供的参考时钟，获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差；
16.所述电压产生模块根据所述频率偏差调整数字电路模块和所述振荡器的当前工作电压；
17.所述振荡器根据当前工作电压调整所述数字电路模块的当前工作时钟；
18.其中，所述预设条件为所述频率偏差为零。
19.另一方面，本发明提供了一种电子设备，包括如上所述的动态电压频率调整系统。
20.本发明实施例提供的动态电压频率调整系统包括dvfs控制模块、时钟基准源、频率偏差检测器、电压产生模块和振荡器，dvfs控制模块用于根据调频调压请求发送频率控制字给频率偏差检测器，时钟基准源用于给所述频率偏差检测器提供参考时钟，所述频率偏差检测器用于根据所述频率控制字和所述参考时钟获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差，并将所述频率偏差发送给电压产生模块，所述电压产生模块用于为振荡器和所述数字电路模块提供相同的工作电压，并根据所述频率偏差调整当前工作电压，所述振荡器用于为所述数字电路模块提供工作时钟，并根据当前工作电压调整所述数字电路模块的当前工作时钟，从而简化了电压频率调整控制过程，并提高了响应速度。
附图说明
21.图1是本发明实施例一提供的动态电压频率调整系统的结构示意图；
22.图2是本发明实施例一提供的动态电压频率调整系统的工作原理图；
23.图3是本发明实施例二提供的动态电压频率调整方法的实现流程图；
24.图4是传统的动态电压频率调整方法在不同温度和工艺偏差情况下，频率和电压调整随时间变化示意图；
25.图5是本发明实施例二提供的动态电压频率调整方法在不同工艺偏差情况下，频率和电压调整随时间变化示意图；以及
26.图6是本发明实施例二提供的动态电压频率调整方法在不同温度情况下，频率和电压调整随时间变化示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
29.实施例一：
30.图1示出了本发明实施例一提供的动态电压频率调整系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
31.如图1所示，本发明实施例提供的一种动态电压频率调整系统1，包括dvfs控制模块10、时钟基准源11、频率偏差检测器12、电压产生模块13和振荡器14，该频率偏差检测器12分别与该dvfs控制模块10、该时钟基准源11、该电压产生模块13和该振荡器14连接，该电压产生模块13分别与该频率偏差检测器12、该振荡器14和数字电路模块连接，该振荡器14分别与该频率偏差检测器12、该电压产生模块13和该数字电路连接，其中，dvfs控制模块10用于根据调频调压请求发送频率控制字给频率偏差检测器12，时钟基准源11用于给该频率偏差检测器12提供参考时钟，该频率偏差检测器12用于根据频率控制字和参考时钟获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差，并将频率偏差发送给电压产生模块13，该电压产生模块13用于为振荡器14和该数字电路模块提供相同的工作电压，并根据频率偏差调整当前工作电压，该振荡器14用于为该数字电路模块提供工作时钟，并根据当前工作电压调整该数字电路模块的当前工作时钟。
32.在本发明实施例中，该电压产生模块产生的电压(振荡器和数字电路模块的工作电压)根据频率偏差而变化，该电压产生模块可以是该系统内部的模块也可以是该系统外部的模块。该振荡器产生的时钟(数字电路模块的工作时钟)根据工作电压而变化，该振荡器可以为压控振荡器。该数字电路模块可以是中央处理器(cpu)、图形处理器(gpu)、图像信号处理器(isp)、视频处理器(vpp)等。
33.如图2所示，具体实现中，当dvfs控制模块10接收到调频调压请求时，该dvfs控制模块10发送频率控制字给该频率偏差检测器12，执行自适应电压频率调整过程，直至满足预设条件，该自适应电压频率调整过程包括：该频率偏差检测器12根据频率控制字和时钟基准源11提供的参考时钟，获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差，该电压产生模块13根据频率偏差自适应调整数字电路模块和该振荡器14的当前工作电压，该振荡器14根据当前工作电压自适应调整该数字电路模块的当前工作时钟，其中，该预设条件为频率偏差为零。由于整个调整过程是针对单一的频率偏差对电压进行自适应调整，整个调整过程没有复杂的时序控制，响应速度只取决于时钟频率稳定的速度，从而大大简化了电压频率调整控制过程，并提高了响应速度。其中，该调频调压请求可以由外部中断或者功耗控制管理模块触发，该调频调压请求的触发条件可以为应用场景切换或有性能或功耗优化需求。
34.在这里需要说明的是，工作时钟可能会经过多次定时或不定时调整，直至频率偏差为零，相应地，数字电路模块的工作电压也通过上述的自适应调整过程达到一个最优值。
35.优选地，该振荡器产生的时钟频率小于等于该数字电路模块的最高可工作频率，以保证数字电路模块正常工作。
36.考虑到现有的动态电压频率调整方法是根据内置的电压
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频率上限关系分别设定相应的电压和频率，但即使在相同的电压下，因为pt(工艺/温度)漂移的关系，相应的频率上限可能是不同的。因此一般在电压
‑
频率上限关系中通常预留足够裕量以应对pt漂移的影响，实质上就是性能/功耗在一定程度的损失。从而优选地，该振荡器和该数字电路模块受pvt(工艺/电压/温度)影响而引起的频率变化的方向和大小相同，由于该振荡器和数字电路模块受到pvt影响而出现相一致的频率偏移的特性，通过动态的调整电压，能够自适应
的消除工艺和温度偏移造成的影响，因此无需为数字电路模块预留性能或功耗余量，从而可以进一步提升数字电路模块的效能。
37.本发明实施例提供的动态电压频率调整系统包括dvfs控制模块、时钟基准源、频率偏差检测器、电压产生模块和振荡器，dvfs控制模块用于根据调频调压请求发送频率控制字给频率偏差检测器，时钟基准源用于给该频率偏差检测器提供参考时钟，该频率偏差检测器用于根据频率控制字和参考时钟获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差，并将频率偏差发送给电压产生模块，该电压产生模块用于为振荡器和该数字电路模块提供相同的工作电压，并根据频率偏差调整当前工作电压，该振荡器用于为该数字电路模块提供工作时钟，并根据当前工作电压调整该数字电路模块的当前工作时钟，从而简化了电压频率调整控制过程，并提高了响应速度。
38.实施例二：
39.图3示出了本发明实施例二提供的动态电压频率调整方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
40.在步骤s301中，当接收到调频调压请求时，dvfs控制模块发送频率控制字给频率偏差检测器。
41.本发明实施例描述的动态电压频率调整方法基于实施例一描述的动态电压频率调整系统，该系统包括dvfs控制模块、时钟基准源、频率偏差检测器、电压产生模块和振荡器。
42.在本发明实施例中，当dvfs控制模块接收到调频调压请求时，dvfs控制模块发送频率控制字给该频率偏差检测器。具体实现中，该调频调压请求可以由外部中断或者功耗控制管理模块触发，该调频调压请求的触发条件可以为应用场景切换或有性能或功耗优化需求，当dvfs控制模块接收到调频调压请求时，dvfs控制模块根据当前场景或者性能或功耗优化需求为数字电路模块重新设定时钟频率，根据该重新设定的时钟频率确定频率控制字并发送给频率偏差检测器。
43.在步骤s302中，执行自适应电压频率调整过程，直至满足预设条件。
44.在本发明实施例中，该自适应电压频率调整过程包括：
45.s3021，该频率偏差检测器根据频率控制字和时钟基准源提供的参考时钟，获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差；
46.s3022，电压产生模块根据该频率偏差调整数字电路模块和振荡器的当前工作电压；
47.s3023，该振荡器根据当前工作电压调整该数字电路模块的当前工作时钟。
48.在本发明实施例中，该预设条件为频率偏差为零，频率偏差检测器可以根据频率控制字和时钟基准源提供的参考时钟获得重新设定的频率，计算当前时钟频率与重新设定的时钟频率的频率偏差，并将频率偏差字发送给电压产生模块，该电压产生模块根据频率偏差自适应调整该电压产生模块产生的电压，该电压产生模块产生的这一电压即为该数字电路模块和振荡器的工作电压，换言之，该数字电路模块和振荡器具有相同的工作电压，相应地，该振荡器根据电压产生模块产生的电压自适应调整该振荡器产生的时钟，该振荡器产生的时钟即为该数字电路模块的工作时钟，重复步骤s3021
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s3023直至频率偏差为零，由于该自适应电压频率调整过程是针对单一的频率偏差对电压进行自适应调整，整个调整过
程没有复杂的时序控制，响应速度只取决于时钟频率稳定的速度，从而大大简化了电压频率调整控制过程，并提高了响应速度。
49.在这里需要说明的是，工作时钟可能会经过多次定时或不定时调整，直至频率偏差为零，相应地，数字电路模块的工作电压也通过上述的自适应调整过程达到一个最优值。
50.优选地，该振荡器产生的时钟频率小于等于该数字电路模块的最高可工作频率，以保证数字电路模块正常工作。
51.考虑到现有的动态电压频率调整方法是根据内置的电压
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频率上限关系分别设定相应的电压和频率，但即使在相同的电压下，因为pt(工艺/温度)漂移的关系，相应的频率上限可能是不同的。因此一般在电压
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频率上限关系中通常预留足够裕量以应对pt漂移的影响，实质上就是性能/功耗在一定程度的损失。从而优选地，该振荡器和该数字电路模块受pvt(工艺/电压/温度)影响而引起的频率变化的方向和大小相同，由于该振荡器和该数字电路模块受到pvt影响而出现相一致的频率偏移的特性，通过动态的调整电压，能够自适应的消除工艺和温度偏移造成的影响，因此无需为数字电路模块预留性能或功耗余量，从而可以进一步提升数字电路模块的效能。
52.图4所示为传统的动态电压频率调整方法在不同温度和工艺偏差情况下，频率和电压调整随时间变化的情况，基于不同温度和工艺偏差情况下，其不能自适应调整电压(换言之，其具有相同的电压)，且当需要降低电压和频率时，需要先降低频率再降低电压，当需要升高电压和频率时，需要先升高电压再升高频率，调整时序复杂；图5所示为本实施例所示的动态电压频率调整方法在不同工艺偏差(慢工艺角、典型工艺角、快工艺角)的情况下，频率和电压调整随时间变化的情况；图6所示为本实施例所示的动态电压频率调整方法，在不同的温度(较高温度、常规温度、较低温度)下，频率与电压随时间变化的情况。由图4
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图6可以看到，本实施例描述的动态电压频率调整方法相对于传统的动态电压频率调整方法，调整时序更简单，响应速度更快，并且基于不同的工艺和温度能够自适应调整电压，相对于传统的动态电压频率调整方法，进一步优化了性能和功耗。
53.在本发明实施例中，当接收到调频调压请求时，该dvfs控制模块发送频率控制字给频率偏差检测器，该频率偏差检测器根据频率控制字和时钟基准源提供的参考时钟，获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差，电压产生模块根据频率偏差调整数字电路模块和振荡器的当前工作电压，振荡器根据当前工作电压调整该数字电路模块的当前工作时钟，直至该频率偏差为零，从而简化了电压频率调整控制过程，并提高了响应速度。
54.实施例三：
55.本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包含有如实施例一描述的动态电压频率调整系统。
56.在本发明实施例中，动态电压频率调整系统包括dvfs控制模块、时钟基准源、频率偏差检测器、电压产生模块和振荡器，dvfs控制模块用于根据调频调压请求发送频率控制字给频率偏差检测器，时钟基准源用于给该频率偏差检测器提供参考时钟，该频率偏差检测器用于根据频率控制字和参考时钟获取数字电路模块的当前工作时钟的频率偏差，并将频率偏差发送给电压产生模块，该电压产生模块用于为振荡器和该数字电路模块提供相同的工作电压，并根据频率偏差调整当前工作电压，该振荡器用于为该数字电路模块提供工作时钟，并根据当前工作电压调整该数字电路模块的当前工作时钟，从而简化了电压频率
调整控制过程，并提高了响应速度。
57.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。