CN101288039A - 空闲元件预测电路及抗系统颠簸逻辑 - Google Patents

Abstract

控制逻辑(45)监视可编程处理器(10)中的特定功能单元(21)(例如，除法器或乘法器或类似元件)，且所述控制逻辑(45)在某一功能单元在规定的时间周期未使用时将其断电。计数器(31)(局部或中心)及时间阈值确定何时所述周期已过去而未使用所述功能单元。所述控制逻辑(45)还监视多久所述功能单元(21)被再次唤醒，以确定功率控制是否将导致系统颠簸。在确定所述系统颠簸时，所述单元自动地调整其阈值周期，以使系统颠簸降到最低。在所述逻辑的实例中，当所述逻辑确定其太保守时，其降低所述阈值。模式位可允许编程器越过所述断电逻辑以使所述逻辑一直保持加电，或一直保持断电。

Description

空闲元件预测电路及抗系统颠簸逻辑

技术领域

本教示涉及当处理功能需要小于全处理能力时以减少的功率消耗有效地提供复杂处理逻辑的技术及处理器架构。

背景技术

许多装置利用具有用于根据程序指令实施数据处理功能的复杂逻辑布置的集成处理器，例如微处理器及数字信号处理器。这些处理器的许多应用(例如在具有电池电源的便携式装置中)保证对功率消耗的精细控制(通常)以延长电池电源的充电寿命。处理器的许多功能或应用不需要处理器装置的全处理能力，或仅在非常有限的时间内需要全处理能力。然而，如果连续地全供电，那么未使用的逻辑不必要地消耗功率。

传统上，互补金属氧化物半导体(CMOS)逻辑门已能够很好地将由空闲元件消耗的功率降到最低，因为所述空闲元件仅在电路有效地切换时消耗动态功率。然而，空闲元件的功率消耗也具有静态或泄漏分量。通常，动态分量的重要性远远超过静态分量。然而，在更新的深亚微米技术中，静态分量在总功率消耗中开始占有显著的量。为使功率高效，现代装置可能需要有效地限制所耗散静态功率的量。

为实现功率减少，对于像蜂窝式电话之类的供电电池嵌入式应用来说，已尝试将逻辑的未使用部分断电，从而去除泄漏功率损失。一些应用依靠软件控制来关闭未使用的逻辑组件。出于此目的，程序中的指令可在需要某些处理器元件时将其接通且在不需要时将其关闭。尽管此导致功率节省，但其对软件施加额外开销且需要编程器有效地控制各种处理器功能。

自动系统可用于在既定时间量后关闭未使用的组件。然而，会发生逻辑元件的基于时间的断电可能有问题的情况。唤醒或加电所述组件可导致额外的功率消耗。在某些情况下，给所述元件加电比仅使所述元件保持接通某一短时间周期消耗更多的功率。此外，需要时间将组件驱动到备用状态。在重启所述组件时所得到的延迟或延时可导致处理器停顿，此使性能降级。

因此，期望保证不反复地在所述组件仅被加电短的时间后便将其断电。反复断电及加电可称为“系统颠簸”。需要一种选择性地控制处理器的元件的功率的技术，以有效地减少功率消耗另外避免不合理的系统颠簸。

发明内容

在一个方面中，本发明的教示涉及一种减少可编程处理器的功率消耗的方法。所述方法涉及监视从对所述可编程处理器的功能单元中的一者的操作的最后调用以来的时间。也监视从所述单元的先前最后关闭以来的时间。当从所述最后调用以来的时间超出当前阈值时，所述方法关闭所述一个功能单元，以减少由所述一个功能单元消耗的功率。响应于对所述一个功能单元的操作的随后调用重新启动所述单元。所述方法也包括调整所述阈值。在重新启动所述一个功能单元时，如果从所述关闭以来的时间小于设定值，那么所述方法将所述当前阈值增大到新的较高阈值。

举例来说，所述设定值可等于用作阈值的当前间隔值。如果从关闭到下一调用的时间很短，例如，小于旧的阈值，那么阈值的增大帮助减少将来的系统颠簸。阈值也可响应于从所述先前最后调用以来的间隔增量地调整，通常作为时间阈值的减小。增量的减小帮助最优化功率保持。

本教示的其它方面涉及功率控制及/或使用功率控制与阈值调整的处理器。

功率控制可包括耦合到所述功能单元中的一者的电路，其用于选择性地启动及关闭所述一个功能单元。所述控制包括用于监视时间的装置。具体来说，监视从对所述一个功能单元的操作的先前最后调用以来以及从所述单元的先前最后关闭以来两者的时间。如果从对所述功能单元的操作的最后调用以来的时间超出阈值的当前值，那么控制装置关闭所述一个功能单元。如果对所述一个功能单元的调用发生在从先前最后关闭以来的小于设定值的时间内，那么控制装置也用于将阈值的值增大到超过其当前值。

本教示的处理器方面可包括用于根据指令处理数据的功能单元及耦合到所述单元中的一者的电路，所述电路用于选择性地启动及关闭所述一个功能单元。功率控制器在处理指令期间监视对所述一个功能单元的操作的调用且控制所述电路关闭所述单元。所述控制器在从调用的先前最后一次调用以来的等于可调整阈值的时间间隔的每一次消逝时关闭所述一个功能单元。所述控制器也在关闭后响应于对所述一个功能单元的操作的每一次新的调用而重新启动所述功能单元。也提供用于调整阈值的装置。

所揭示实例包括控制逻辑，其监视特定功能元件(例如，除法器或乘法器或类似元件)的使用且当某一单元在规定的时间周期未使用时将其断电。每当存在对单元操作的调用时，便存储一个时间戳。所述逻辑采用计数器(局部或中心)来确定何时设定周期已过去而未使用所述元件。所述逻辑也存储每一次关闭的时间戳且监视多久所述逻辑被再次唤醒以确定功率控制是否将导致系统颠簸。在确定所述系统颠簸时，所述单元自动地调整其阈值周期，以将系统颠簸降到最低。同样，当所述逻辑确定其太保守时，其增量地降低阈值。模式位存在以允许编程器越过断电逻辑以使所述逻辑一直保持加电，或一直保持断电。

因此，实例性技术允许硬件基于特定功能单元的活动性的定时动态地减少基于泄漏的功率消耗。抗系统颠簸逻辑保证减少功率的努力不会导致不合理的功率消耗或因过度再循环所致的处理器停顿。然而，当未发生系统颠簸时，增量的调整帮助最优化功率保持。

额外优点及新的特征将在以下说明中部分地加以阐述，且其在所属领域的技术人员审查以下说明及附图后将变得明了或可通过实例的制造或操作而得知。本教示的优点可通过实践或使用随附权利要求书中特别指出的方法、手段及组合来实现及达到。

附图说明

附图仅以举例说明而不是限制的方式描绘根据本发明概念的一种或多种实施方案。在附图中，相同的参考编号表示相同或类似的元件。

图1是具有对处理器的功能单元的可调整控制的管线式处理器的简化方块图。

图2是功率控制的实例的功能方块图，所述功率控制用于基于可调整时间阈值控制除法器的启动。

图3是处理的简单实例的流程图，所述处理基于关于单元的活动性的定时及可调整时间阈值启动及解除启动处理器的功能单元。

图4是处理的实例的流程图，所述处理可用于调整阈值以在控制系统颠簸的同时最优化功率保持。

具体实施方式

在以下详细说明中，以举例说明方式阐述许多特定细节以提供对相关教示的透彻理解。然而，所属领域的技术人员应了解，可在没有所述细节的情况下实践本教示。在其它例示中，以一相对高的水平而不是详细地描述众所周知的方法、程序、组件及电路，以避免不必要地模糊本教示的方面。

下文中所描述的处理器架构及处理流程的各种实例基于所监视到的对所述单元的操作的调用来控制特定功能单元(例如，除法器或乘法器或类似元件)的操作，(举例来说)以当所述功能单元在某一周期未使用(例如，无新的调用)时将其断电。然而，周期或阈值时间设定基于所述元件的使用进行调整。当受控元件不经常使用时，阈值调整可逐渐地减小阈值，以进一步改善功率消耗。为防止系统颠簸，如果指令在关闭后的短周期内(例如，在小于当前阈值设定的周期内)重新调用所述单元，那么处理器便调整阈值以增加在后来的切断之前的空闲周期。

现在详细地参阅附图中所说明及下文所论述的实例。本文中所论述的功率控制原理适于多种不同的处理器架构。然而，为促进理解，将管线式处理器作为实例可能有所帮助。图1是管线式处理器10的简化方块图。处理器打算用于低功率应用，例如用于移动电话台或其它利用电池供电的便携式电子装置中。在此类应用中，所述技术可适用于主处理器或数字协处理器，例如用于多媒体处理的单指令多数据(SIMD)处理器。

为易于论述，管线10的实例是标量设计，实质上实施单一管线。然而，所属领域的技术人员将了解，本文中所论述的处理也可适用于超标量设计及其它实施多个管线的架构。此外，所述管线的深度(例如，级的数目)仅为举例说明。实际的管线可具有比实例中的管线10更少或更多的级。

简化的管线10包括五种主要类型的管线处理级：提取11、解码13、读出15、执行17及写回19。图中的箭头表示逻辑数据流动，不一定是物理连接。所属领域的技术人员将认识到这些级中的任一者可分解为实施相关功能的部分的多个级，或所述管线可包括用于提供附加功能性的附加级。虽然图1中未单独显示，但管线10的每一级通常包含实施相关逻辑功能的状态机或类似装置以及用于将指令及/或任何处理结果传送到下一级或其它处理器资源的关联寄存器。

在实例性管线10中，第一级是指令提取级11。提取级11获得由随后级处理的指令。提取级11从存储器的分层(未显示)中获得指令，所述存储器通常包括指令或等级1(LI)高速缓冲存储器、等级2(L2)高速缓冲存储器及主存储器。提取级11将每一指令供应到解码级13。指令解码级13的逻辑将所接收的指令字节解码且将结果供应到管线的下一级。

下一主要类型的级提供数据存取或读出。读出级15的逻辑将规定寄存器中的操作数数据存取到通用寄存器或“GPR”文件(未显示)中。每一指令及其所需的操作数数据传送到提供执行功能的一个或一个以上级17。执行级17实质上执行每一指令关于所检索到的操作数数据的特定功能且产生结果。举例来说，提供执行功能的级17可实施算术逻辑单元(ALU)。执行级17将执行每一指令的结果供应到写回级19。级19将结果写回到寄存器或存储器。

处理器10的元件甚至在不切换时也汲取功率。在许多应用中(例如，使用电池电源)，电源的寿命是有限的。处理器10的一些元件不连续地使用。在所述实例中的执行级17中，一些功能单元在相当多的时间周期内可能不需要。为减少功率消耗，每一此种功能单元可在不需要时关闭。出于论述的目的，将成为功率控制对象的功能单元是除法器21，虽然所属领域的技术人员将认识到类似控制可应用于乘法器或多种其它功能元件的任一者或处理器10中执行级17或别处的资源。

所述实例包括功率控制23，其监视对特定功能单元(例如，除法器21)的调用及其操作。当所述单元在由寄存器25中的可调整阈值所定义的一个时间周期内未被调用时，控制23将其断电。功率控制23确定何时设定周期已过去而没有发生对使用除法器21的调用，也就是说元件21的不活动性周期满足或超出阈值25。如将在后文中所论述，功率控制23也监视功能单元(在此情况下，为除法器21)在每一次断电后多久被再次加电以确定功率控制是否将导致系统颠簸。在确定所述系统颠簸时，功率控制23自动地向上调整其阈值周期，以使系统颠簸降到最低。同样地，当功率控制23确定其太保守时，其降低阈值25。模式位存在以允许编程器越过断电逻辑以使单元一直保持加电，或一直保持断电。

受控功能单元(也就是说，图1实例中的除法器21)的活动状态可以多种已知方式的任一者响应于来自功率控制23的选择信号加以控制。出于一般论述的目的，图1显示除法器21的操作所需要的信号(S)，及用于响应于来自功率控制23的功率控制信号选择性地将所述信号耦合到除法器的通用门电路27。所述电路通常以27显示在图1中，其可为逻辑门、开关、其组合或任何经构造以响应于来自控制23的适宜选择信号将适宜类型的信号供应到功能单元的其它电路。将信号S供应到单元21将启动或加电所述单元；而中断或抽出信号S将关闭单元21。

举例来说，可通过对除法器21的电力供应进行受控的门控选择性地启用及禁用除法器21，使得门27的操作根据对使用的调用加电及断电。在此实施方案中，信号S将表示电源端子或电压中的一者。当功率控制23禁用除法器21时，控制23触发门27以相对于除法器21的电路切断到达供电端子S(例如，电源或接地)中的一者的连接。所述切断消除经由所述功能单元的电路的动态功率消耗及泄漏。

图1的实例显示基于对其使用的调用而受到控制的单一功能单元，除法器21。所属领域的技术人员将认识到既定处理器可包括针对汲取相当多功率但是在大量的时间周期内不活动的许多元件的若干类似控制。

图2是功率控制23的实施方案的功能方块图，所述功率控制用于基于寄存器25中的可调整阈值来控制除法器21的启动。在此实例中，功率控制23包括响应于时钟信号的计数器31。计数器31可利用系统时钟或在处理器10中或者为处理器10产生的另一时钟信号。计数器31可在若干功能单元中共享，或专门用于所讨论的功能单元。计数器采用对功能单元合理的时间单位。其范围可从循环到秒(或超出此范围)。功率控制23也包括两个时间戳(TS)寄存器33及35。当启动时，寄存器33或35存储来自计数器31的当前计数，其表示与当前时间相关的度量或值。

寄存器33经启动以每当功能单元(我们的实例中，为除法器21)由流过管线式处理器10的指令调用时存储来自计数器31的当前时间计数值。寄存器33保存所述计数直到所述单元被再次调用为止。以此方式，寄存器33中的值TS(LC)表示对除法器21的操作的最后(最近)调用的时间戳。

寄存器35经启动以每当功能单元(我们的实例中，为除法器21)断电时存储来自计数器31的当前时间计数值。寄存器保存所述计数直到所述单元再次关闭为止。以此方式，寄存器33中的值TS(LPD)表示除法器21的最后断电(最近的解除启动)的时间戳。

计数器31也将与运行时间相关的计数供应到两个减法电路37及39。当操作时，减法电路37也接收来自寄存器33的最后调用时间戳值TS(LC)。计数器(与当前时间相关)与所存储的计数值TS(LC)之间的差Ic表示从对除法器21的先前最后调用以来的中间延迟间隔。比较器41将从最后调用以来的中间延迟间隔Ic与可调整阈值25的当前值比较。以此方式，将计数器值从寄存器33中的数据中减去且与寄存在25处的当前阈值比较。或者，此可通过从计数器31的当前值中减去寄存器33中的旧时间戳及阈值25完成，在此情况下，零或负的结果意味着从对除法器21的最后调用以来已过去等于所述阈值的周期。

如果Ic达到(即，满足或超出)阈值25的当前值，那么控制逻辑45禁用门27，以切断除法器21。当控制逻辑将除法器35解除启动时，其也导致寄存器35将来自计数器31的新计数存储为最后断电时间戳值TS(LPD)。控制逻辑响应于对除法器21的随后调用向除法器21加电。

第二减法电路39接收来自寄存器35的最后断电时间戳值TS(LPD)。计数器31中的值(与当前时间相关)与所存储的计数值TS(LPD)之间的差Ip表示从除法器21被最后断电以来的中间延迟间隔。比较器43将从最后断电以来的间隔Ip与设定值(在此实例中，为可调整阈值25的当前值)比较，且将结果供应到控制逻辑45。控制逻辑45在其用于调整阈值25的内部算法中使用此比较结果来避免系统颠簸。或者，所述比较可通过从计数器31的当前值中减去寄存器35中的旧时间戳及阈值25完成，在此情况下，正的结果意味着从最后断电以来已过去小于阈值的周期。当调用或加电除法器时触发减法电路37及比较器41，这可作为调整阈值25的处理的一部分。

由控制逻辑45实施的基于使用来调整用于关闭的周期的算法意在最优化功率消耗且将系统颠簸降到最低。举例来说，如果控制23在最后一次关闭除法器21之前等待的时间不足够长，那么逻辑45相对于特定功能单元延长用作下一功率循环的不活动性周期的度量的阈值。然而，所述算法还少量地减小阈值(细调)，例如，每当其在调用间的延迟大于阈值的情况下调用所述功能时。

首先考虑为了进一步减少功率消耗在将阈值向下细调时可能涉及的操作。

最小关闭阈值通过软件硬接线或载入到最小阈值寄存器47中。寄存器47中的初始阈值(即，Th₀)是从寄存器25读取的最小值。通常，将最小阈值设定为关闭功率节省(泄漏)等于加电成本时的值，但可将最小值设定为低于此值。也可将其设定得更大，以考虑到在等待受控功能单元的启动时指令流中所引起的延迟(例如，停顿、刷新&重取)的成本。

当调用功能单元(例如，除法器21)或将其断电时，计数器31的当前值中的值被作为时间戳捕获在适宜的寄存器33或35中。此外，当调用功能单元或再次加电所述单元时，从适宜的寄存器中的数据中减去计数器31的当前值且将其与当前阈值比较，例如，使用上述减法电路及比较器。或者，此可通过从当前计数器值中减去相应的时间戳及阈值而完成-负值意味着所述事件比远离最后事件的阈值间隔更早发生。

实质上，每当功率控制23检测到对功能单元的新调用时，功率控制运行两个用于调整寄存器25中的阈值的算法。一个算法提供较小调整或细调，以通过控制23来最优化功率保持。另一算法提供较大调整，用于将系统颠簸降到最低。

对于细调来说，每当存在对所述单元的功能的调用(例如，对由单元21实施的除法的调用)时，通过比较调用的时间戳(计数器输出)来确定从最后调用以来已有多长时间。从旧阈值Th_n中减去调用之间的中间延迟的值Ic，且差(Δ)向右移位一个恒定值(例如，3个位置)，实质上就像除以2的对应幂那样。从旧的阈值Th_n中减去此结果，以产生新的阈值Th_n+1。如下为此种用于调整阈值的公式的实例：

${\mathrm{Th}}_n-\frac{{\mathrm{Th}}_n-I_C}{2^x}={\mathrm{Th}}_{n+1}.$

(1)

基于此计算，控制逻辑45调整寄存器25中的阈值。此种响应于调用之间的间隔的处理产生对阈值的逐渐调整。由于非常大的中间延迟Ic可导致大的阈值改变，因此差(Δ)可饱和到一个最小值(例如，先前阈值Th_n)使得没有单一读取可不合理地影响阈值。因此，举例来说，新的阈值可一直保持在 ${\mathrm{Th}}_n-\frac{{\mathrm{Th}}_n}{2^x}\≤{\mathrm{Th}}_{n+1}\≤{\mathrm{Th}}_n+\frac{{\mathrm{Th}}_n}{2^x}$ 的范围内。由于Ic的非常大值有助于功率节省，因此在此类情况下阈值实际上可减小(而不是增大)

；出于此实例的目的，Ic的非常大值可定义为＞Th_n2^x。此外，最小阈值可用作对减小阈值的限制。

作为第一实例，假定功能单元处在接通状态，且当接收到另一调用时从最后调用以来的时间尚未过去当前阈值Th_n。在此实例中，控制逻辑45使功能单元21保持加电。当接收到对单元的新调用时，中间延迟Ic小于当前阈值Th_n。Th_n与Ic之间的差将是正的Δ值。因此，新阈值Th_n+1将减小移位x个位置(除以2^X)的Δ量或比旧阈值Th_n小移位x个位置的Δ量。换句话说，功率控制不够强烈，因此其增量地减小阈值旨在在更早的将来切断单元(节省功率)。

作为第二实例，假定从最后调用以来的时间已过去当前阈值，且控制逻辑45已关闭功能单元21。当下次调用单元时，中间延迟Ic大于当前阈值Th_n。如果不存在系统颠簸，则I_p大于或等于Th_n，因此Ic是当前阈值Th_n的至少两倍。差将是负的Δ值。因此，公式(1)中的新阈值Th_n+1将增大移位x个位置(除以2^X)的Δ量或比旧阈值Th_n大移位x个位置的Δ量。然而，如果中间延迟Ic特别地大，那么功率控制会将实例中的新阈值从Th_n+1减小到Th_n(1-1/2^X)。

控制逻辑45也调整寄存器25中的阈值以使系统颠簸降到最低。如果在断电后对功能单元的操作的新调用来得过早，那么将发生系统颠簸，例如，使得加电消耗的功率比断电所节省的功率都多及/或因加电延迟而添加的停顿显著地影响性能。如果所讨论单元的功能已断电，那么当其被再次调用且驱动到备用状态时，将启用的时间与断电时间戳TS(LPD)比较。

在图2的实例中，当控制逻辑45响应于对除法器21操作的新调用而给其加电时，逻辑读取计数器31中的计数值与寄存器35中的时间戳及寄存器25中的阈值的组合的比较。出于方便的目的，在此使用同一阈值，虽然可在所述调整算法中使用不同的设定时间值。如果从最后断电以来所测量到的时间间隔太小(例如，断电与加电之间的延迟周期小于或等于阈值)，那么以意在减小将来发生系统颠簸可能性的方式调整阈值。此调整将用于将来使用的阈值，举例来说，最大到旧阈值的两倍。因此，抗系统颠簸组件对阈值具有更多直接影响，而细调组件具有更加弱小的影响。

基于不活动性控制处理器的功能元件的启动及解除启动及调整不活动性时间阈值的处理可以多种方式实施。然而，根据上文略述的操作来考虑处理的逻辑流程的实例可有所帮助。xyz图3是图解说明可由功率控制23实施的处理流程的实例的流程图。

当除法器21已被供电时(在S1处)，在步骤S2中计算从对除法器21的操作的先前最后调用以来的调用间延迟Ic。举例来说，步骤S2使用寄存器33及减法电路37计算Ic＝计数-TS(LC)。步骤S3承担与当前阈值Th_n的比较(例如，如在比较器41中)。如果控制逻辑45确定从最后调用以来的不活动性延迟Ic未满足或超出当前阈值Th_n，那么步骤S3处的处理流动到步骤S4。

在步骤S4中，控制逻辑45检查对除法器21的操作的调用。如果不存在调用，那么处理在步骤S4处流动到步骤S5。在步骤S5中，递增计数器且处理返回到步骤S2以对从最后调用以来的中间延迟的值进行更新，且在S3处再次对照当前阈值检查所述延迟。

出于论述目的，假定在此点穿过步骤S2到S5的环路继续直到功率控制检测到对除法器21的操作的调用为止。因此，在步骤S4处，控制逻辑45检测到对除法器21的调用，且处理从步骤S4流动到步骤S6。在步骤S6中，控制逻辑实施调整阈值的例程，如随后将结合图4的流程图所论述。值得注意的是，由于单元还未断电，在实例中的此点处，调整增量地减小阈值以用于将来使用。在调整阈值之后，处理涉及在控制23接收到或检测到对除法器21的调用的循环中，将寄存器33中的时间戳TS(LC)更新(步骤S7)为计数器31中的当前值。步骤5再次递增计数器，且处理返回到步骤S2以基于从对除法器21的功能的最后调用以来的中间延迟Ic重新开始分析。

只要在从对除法器21的功能的最后调用以来的中间延迟Ic(其等于或大于阈值的当前值Th_n)的周期到期之前，控制逻辑45接收到对处理器21的功能的新的调用，穿过步骤S2到S7的环路就将继续。然而，现在假定从最后调用以来的延迟达到当前阈值。因此，在步骤S3处，控制逻辑45检测到Ic＞Th_n，且其导致处理从步骤S3流动到S8。在步骤S8中，控制逻辑45例如通过如之前所论述切断向除法器21的供电来禁用除法器21。然后，控制逻辑45(在S9处)启动寄存器35以捕获当前计数值作为除法器21的最后断电的新的时间戳值TS(LPD)。

在步骤S10处，控制逻辑观察以了解其是否已接收到或检测到对除法器21的功能的新调用。如果没有，处理流动到其中递增计数器的步骤S11，处理流回到步骤S10。重复步骤S10及S11直到控制逻辑45检测到对除法器21的功能的新调用为止。直到检测到新调用，除法器21保持禁用且因此不消耗功率。

然而，当控制逻辑45检测到对除法器21的功能的新调用时，处理从S10流动到S12。在S12处，控制逻辑45起始用于加电功能单元(也就是说，我们的实例中的除法器21)的程序。然后，处理流动到步骤S6以根据调用之间的时间长度调整阈值，或细调阈值或增大阈值以避免系统颠簸。在步骤S7中，逻辑45将最近调用TS(LC)的时间戳设定为计数器31中的当前值。然后，处理穿过步骤S5流回到步骤S2以重新开始之前论述的处理。

如图3所示及前面段落中对其的说明，每当存在对功能单元的操作的调用时，控制逻辑45将在步骤S6处起始程序来调整阈值。在S6处根据上文略述的原理调整阈值的处理可以多种方式实施。然而，关于图4的流程图，根据上文略述的操作来考虑处理的逻辑流程的实例可有所帮助。

在步骤S61处，计算从除法器21的最后断电以来的间隔Ip。使用寄存器35及减法电路39，举例来说，步骤S61计算Ip＝计数-TS(LPD)。在步骤S62处，逻辑45确定此调整操作是否跟随除法器21的加电。如果是，处理从步骤S62流动到S63。步骤S63承担与用于测量系统颠簸的设定值的比较，例如，与旧阈值Th_n的比较(例如，如在比较器43中)。如果控制逻辑45确定从最后断电以来的间隔Ip小于旧阈值Th_n，那么存在系统颠簸问题，因此处理在步骤S63处流动到步骤S64。

在步骤S64中，增大阈值以减少系统颠簸。S64处的此调整可产生增大的阈值，举例来说其等于旧阈值的两倍(Th_n+1＝2(Th_n))。因此，在检测到系统颠簸状况时，可将断电阈值增加一倍，以防止在将来的循环中过早地断电除法器。

返回到步骤S62，如果未响应于新调用而加电功能单元(从先前最后调用以来的阈值间隔还未到期)，那么处理将流动到S65。如果存在响应于新调用的加电，但是从最后断电以来的间隔Ip大于或等于旧阈值，则处理也可到达S65。这意味着从先前最后调用以来的周期也大于阈值(因为先前最后调用在先前最后断电之前)且在步骤S12中此次通过图3的处理流程中对功能单元加电。在任一情况下，均不存在系统颠簸问题，但是可能需要细调阈值以最优化功率保持。

如上所述，Ic的非常大值有助于功率节省。在此实例中，Ic的非常大值定义为＞Th_n2^x，且逻辑在步骤S65中对照所述定义值来检查中间延迟。如果中间延迟Ic＞Th_n2^x，那么处理流动到步骤S66，其中阈值减小

(旧的二进制值向左移位x个位置，例如一个、两个、三个或更多个位置)。接下来，处理流动到步骤S67，以对照最小阈值检查减小的阈值。如果计算出的新阈值Th_n+1小于最小阈值Th_min，那么步骤S68用于将新阈值设定为最小值。如果不，那么处理在新阈值设定为在步骤S66中所计算的值的情况下退出调整例程S6。

现在返回到步骤S65的考虑因素，其中确定中间延迟间隔I_c是否相对较大。如果不，那么处理流动到步骤S69。在步骤S69中，从旧阈值Th_n中减去对除法器单元21的操作的调用之间的中间延迟的当前值Ic，差向右移位一个恒定值(例如3个位置(x＝3))，实质上就像除以2的对应幂那样。从旧阈值Th_n中减去此结果，以产生新阈值Th_n+1。如上所述，以下为此种用于调整阈值的公式的实例：

${\mathrm{Th}}_n-\frac{{\mathrm{Th}}_n-I_C}{2^x}={\mathrm{Th}}_{n+1}.$

(1)

由于非常大的中间延迟I_c可导致大的阈值改变，因此阈值与中间延迟之间的差(Δ)可饱和到一个最小值(例如，先前阈值Th_n)使得没有单一读取可不合理地影响阈值。因此，举例来说，新阈值可一直保持在如限制步骤S70及S71所表示的 ${\mathrm{Th}}_n-\frac{{\mathrm{Th}}_n}{2^x}\≤{\mathrm{Th}}_{n+1}\≤{\mathrm{Th}}_n+\frac{{\mathrm{Th}}_n}{2^x},$ 的范围内。

步骤S66将新阈值与两倍的旧阈值比较。如果在步骤S64中所计算的新阈值是旧阈值的两倍以上，那么处理流动到步骤S64以将新阈值设定为两倍的旧阈值。如果在步骤S65中所计算的新阈值小于或等于(不大于)两倍的旧阈值，那么处理流动到步骤S67，以对照最小阈值检查经细调的阈值。如果所计算的新阈值Th_n+1小于最小阈值Th_min，那么步骤S68用于将新阈值设定为最小值。如果不，那么处理在新阈值设定为步骤S69到S70中所计算的值的情况下退出调整例程S6。

图3的处理流程及图4的调整例程仅以举例说明的方式给出。所属领域的技术人员将认识到，其它例程及/或算法可用于实施本教示以在避免不合理系统颠簸的同时保持功率。

虽然以上说明已描述了可认为是最佳的模式及/或其它实例，但应了解，可对其作出各种修改且本文所揭示的标的物可以各种形式及实例予以实施，且教示可应用于许多应用中，而本文所描述的仅是其中的某些应用。以下权利要求书意在主张任何及所有归属于本教示的真实范围内的应用、修改及变化。

Claims (20)

1、一种减少可编程处理器的功率消耗的方法，其包含：

监视从对所述可编程处理器的多个功能单元中的一者的操作的最后调用以来的时间；

监视从所述一个功能单元的先前最后关闭以来的时间；

当所述从所述最后调用以来的时间超出当前阈值时，关闭所述一个功能单元，以减少由所述一个功能单元消耗的功率；

响应于对所述一个功能单元的操作的随后调用重新启动所述一个功能单元；及

如果当重新启动所述一个功能单元时，从所述关闭以来的所述时间小于设定值，那么将所述当前阈值增大到较高的新阈值。

2、如权利要求1所述的方法，其中所述设定值等于所述阈值的所述当前值。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述较高的新阈值是所述当前阈值的两倍。

4、如权利要求1所述的方法，其进一步包含在关闭所述一个功能时基于从对所述一个功能单元的操作的所述最后调用以来的所述时间调整所述当前阈值以最优化功率减少。

5、如权利要求4所述的方法，其中所述调整所述当前阈值以最优化功率减少包含通过实施以下步骤计算经调整的阈值，所述步骤包含：

从所述当前阈值中减去从所述最后调用以来的所述时间以获得差；

将所述差移位一个或一个以上位位置；及

从所述当前阈值中减去所述经移位的差以获得所述经调整的阈值。

6、如权利要求5所述的方法，其中所述经调整的阈值的所述计算进一步包含填饱所述差到不大于所述当前阈值且将所述经调整的阈值限制到不小于设定的最小阈值。

7、如权利要求1所述的方法，其中所述功能单元包含用于执行算术功能的逻辑元件。

8、如权利要求7所述的方法，其中所述算术功能包含乘法或除法功能。

9、一种减少可编程处理器的功率消耗的方法，其包含：

监视对所述可编程处理器的多个功能单元中的一者的操作的调用；

在所述调用的后来的一次调用之前，关闭所述一个功能单元，以响应于每一次检测到对所述调用的前面最后一次调用之后的时间达到阈值的当前值；

在每次关闭所述一个功能单元后，响应于对所述一个功能单元的操作的调用启动所述一个功能单元；

监视所述一个功能单元的每次关闭与所述一个功能单元的每次后来启动之间的时间；及

响应于任何一次发生所述一个功能单元的关闭与所述一个功能单元的后来启动之间的时间小于设定周期，将所述阈值增大到新的当前值。

10、如权利要求9所述的方法，其中所述设定周期等于所述阈值的所述当前值。

11、一种用于包含多个功能单元的可编程处理器的功率控制，所述功率控制包含：

电路，其耦合到所述功能单元中的一者，用于选择性地启动及关闭所述一个功能单元；

监视装置，其用于监视从对所述一个功能单元的操作的先前最后调用以来的时间及从对所述一个功能单元的先前最后关闭以来的时间；

控制装置，其用于控制所述电路，以在每一次发生从对所述一个功能单元的操作的最后调用以来的时间超出阈值的当前值时，关闭所述一个功能单元，且用于在对所述一个功能单元的调用发生在从先前最后关闭以来的小于设定值的时间内的情况下将所述阈值增大到超过其当前值。

12、如权利要求12所述的功率控制，其中所述设定值等于所述阈值的所述当前值。

13、如权利要求13所述的功率控制，其中所述阈值的所述增大包含将新阈值设定为等于所述阈值的所述当前值的两倍。

14、如权利要求12所述的功率控制，其进一步包含调节装置，用于在每次关闭所述一个功能单元时根据从对所述一个功能单元的最后调用以来的时间来调整所述阈值。

15、一种可编程处理器，其包含：

多个功能单元，其用于根据指令来处理数据；

电路，其耦合到所述功能单元中的一者，用于选择性地启动及关闭所述一个功能单元；

功率控制器，其用于在所述指令的处理期间监视对所述一个功能单元的操作的调用，以及控制所述电路以在从所述调用的先前最后一次调用以来的等于可调整阈值的时间间隔每一次消逝时关闭所述一个功能单元，且在关闭后响应于对所述一个功能单元的操作的每一次新的调用重新启动所述一个功能单元；及

调整装置，其用于调整所述阈值。

16、如权利要求15所述的可编程处理器，其中所述装置根据所述一个功能单元的关闭与对所述一个功能单元的所述操作的后来调用之间的时间控制所述阈值的增大。

17、如权利要求15所述的可编程处理器，其中所述装置响应对所述一个功能单元的操作的后来调用，根据从对所述一个功能单元的所述操作的最后调用以来的时间控制所述阈值的减小。

18、如权利要求15所述的可编程处理器，其中：

如果所述一个功能单元的关闭与对所述一个功能单元的所述操作的后来调用之间的时间小于设定值，那么所述装置增大所述阈值；否则

所述调整装置根据从对所述一个功能单元的所述操作的最后调用以来的时间调整所述阈值。

19、如权利要求15所述的处理器，其中所述功能单元形成管线的多个处理级，所述级包括执行级，且所述一个功能单元包含所述执行级的元件。

20、如权利要求19所述的处理器，其中所述执行级的所述元件包含除法器或乘法器。

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