用于cpu過(guò)流保護(hù)的快速和自主機(jī)制的制作方法
【專利說(shuō)明】用于CPU過(guò)流保護(hù)的快速和自主機(jī)制
[0001 ] 本申請(qǐng)依35U.S.C.§119要求2014年2年21日申請(qǐng)的，申請(qǐng)?zhí)枮?1/942，808，名稱為“用于CPU過(guò)流保護(hù)的快速自主機(jī)制”的U.S臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。該臨時(shí)申請(qǐng)的主題通過(guò)引用納入此中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開(kāi)一般涉及CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)，尤其涉及CPU過(guò)流保護(hù)。
【背景技術(shù)】
[0003]在電子功率系統(tǒng)中，0C(0ver Current，過(guò)流)或者過(guò)量的電流(excess current)是存在大于預(yù)期的電子電流通過(guò)導(dǎo)體，導(dǎo)致過(guò)度的發(fā)熱，以及火災(zāi)或者損壞系統(tǒng)和設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)的情況。過(guò)流可能的原因包括:短路、過(guò)度負(fù)載以及不正確的設(shè)計(jì)。保險(xiǎn)絲，電路斷路器，溫度傳感器和電流限制器是通常使用的用于控制過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)機(jī)制。
[0004]隨著半導(dǎo)體技術(shù)等的發(fā)展，在電子設(shè)備中使用的CPU以及處理器的性能已經(jīng)顯著地提高。例如，在移動(dòng)電話中，已廣泛地使用GHz級(jí)的工作頻率。當(dāng)系統(tǒng)速度和核心需求達(dá)到更高的限制時(shí)，CPU和處理器的功耗也增加。PMIC(Power Management IntegratedCircuit，功率管理集成電路)是用于管理主機(jī)系統(tǒng)的功率需求的集成電路。PMIC—般含在電池供電的(battery-operated)的設(shè)備中，諸如移動(dòng)電話和便攜式多媒體播放器。
[0005]當(dāng)主機(jī)系統(tǒng)的PMIC超載以及CPU活動(dòng)性高時(shí)，指示CPU可能面臨過(guò)量的功耗和過(guò)流情況。尋找一種用于提供(PU過(guò)流保護(hù)的快速和自主解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供了一種偵測(cè)和阻止過(guò)流導(dǎo)致系統(tǒng)故障的方法。過(guò)流保護(hù)控制器基于接收的CPU活動(dòng)信息監(jiān)視CPU總功耗。相應(yīng)于該監(jiān)視，如果CPU功耗超過(guò)閾值，那么OC保護(hù)控制器輸出頻率抖動(dòng)控制信號(hào)，以降低CPU時(shí)鐘頻率，從而使得CPU不會(huì)達(dá)到OC限制。OC保護(hù)控制器還輸出鎖相環(huán)(PLL)頻率控制信號(hào)，來(lái)降低PLL時(shí)鐘頻率，以改善系統(tǒng)效率。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，OC保護(hù)控制器調(diào)用兩級(jí)機(jī)制，以主動(dòng)地偵測(cè)和阻止OC誘導(dǎo)的系統(tǒng)故障。為了阻止初始的OC狀態(tài)，OC保護(hù)控制器首先觸發(fā)門控時(shí)鐘機(jī)制。OC保護(hù)控制器發(fā)送頻率抖動(dòng)控制信號(hào)，以相應(yīng)地降低CPU的工作頻率。在一個(gè)例子中，控制門控時(shí)鐘百分比至60%，該60%的門控時(shí)鐘百分比有效地降低CPU工作頻率至60%。門控時(shí)鐘機(jī)制提供了最小延遲的CPU工作頻率控制。該機(jī)制由于不需要PLL重新配置以及重新鎖定，因此具有快速的響應(yīng)時(shí)間。除了門控時(shí)鐘之外，OC保護(hù)控制器進(jìn)一步控制PLL頻率和PMIC電壓，以改善系統(tǒng)效率。在一個(gè)例子中，降低PLL頻率至80%以及PMIC電壓從IV降低至0.85V。提供的頻率和電壓控制在更高延遲的代價(jià)下，改善系統(tǒng)效率。
[0008]其他實(shí)施例和優(yōu)勢(shì)在下述的詳細(xì)描述中進(jìn)行描述。此
【發(fā)明內(nèi)容】
并不意在定義本發(fā)明。本發(fā)明由權(quán)利要求書(shū)所定義。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)新穎的方面的具有CPU過(guò)流保護(hù)機(jī)制的電子設(shè)備。
[0010]圖2說(shuō)明了具有過(guò)流保護(hù)的PMIC電流波形和CPU頻率波形。
[0011]圖3說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)新穎的方面的用于CPU過(guò)流保護(hù)的快速和自主機(jī)制的一個(gè)實(shí)施例。
[0012]圖4是根據(jù)一個(gè)新穎的方面的過(guò)流保護(hù)機(jī)制的流程圖。
[0013]圖5說(shuō)明了過(guò)流保護(hù)下的CPU功率波形的例子。
[0014]圖6說(shuō)明了過(guò)流保護(hù)下的門控時(shí)鐘控制波形的例子。
[0015]圖7說(shuō)明了過(guò)流保護(hù)下的PLL頻率波形的例子。
[0016]圖8說(shuō)明了過(guò)流保護(hù)下的CPU電壓波形的例子。
[0017]圖9是根據(jù)一個(gè)新穎的方面的過(guò)流保護(hù)機(jī)制的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]現(xiàn)在，參考將在本發(fā)明的一些詳細(xì)實(shí)施例中做出，參考的例子在隨附的附圖中說(shuō)明。
[0019]圖1說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)新穎的方面的具有CPU過(guò)流保護(hù)機(jī)制的電子設(shè)備100。電子設(shè)備100包括:CPU(中央處理單元)101，PMIC(功率管理集成電路)102，CPU/PMIC監(jiān)視器103，以及時(shí)鐘抖動(dòng)控制器104 JMIC102為管理主機(jī)系統(tǒng)的功率需求的集成電路。當(dāng)在增加的工作頻率下，該系統(tǒng)的速度和核心需求達(dá)到更高限制時(shí)，CPU的功耗也增加。當(dāng)CPU總功耗增加超過(guò)PMIC限制時(shí)，由于過(guò)流(OC)狀態(tài)而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。因此，需要自我調(diào)節(jié)回路來(lái)限制CPU總功耗在PMIC規(guī)范內(nèi)。
[0020]根據(jù)一個(gè)新穎的方面，CPU/PMIC監(jiān)視器103用于主動(dòng)地監(jiān)視CPU功耗水平，從而觸發(fā)時(shí)鐘抖動(dòng)控制器104來(lái)降低CPU時(shí)鐘，以維持在PMIC規(guī)范內(nèi)。CPU/PMIC監(jiān)視器103從PMIC102監(jiān)視電流源電平(絕對(duì)值以及增長(zhǎng)率)，如用于PMIC負(fù)載信息的箭頭線111所描述的。CPU/PMIC監(jiān)視器103也監(jiān)視CPU內(nèi)部活動(dòng)，如用于CPU信號(hào)的箭頭線112所描述的?；谶@兩個(gè)輸入信息，CPU/PMIC監(jiān)視器103能夠確定CPU功耗是否超過(guò)閾值電平(thresholdlevel)。如果超過(guò)，那么CPU/PMIC監(jiān)視器103發(fā)送頻率抖動(dòng)控制信號(hào)113至?xí)r鐘抖動(dòng)控制器104。在一個(gè)例子中，頻率抖動(dòng)控制信號(hào)113指示CPU時(shí)鐘頻率應(yīng)該降低至60%。響應(yīng)該頻率抖動(dòng)控制信號(hào)113，時(shí)鐘抖動(dòng)控制器104相應(yīng)地降低CPU的工作頻率以及發(fā)送具有降低了頻率的CPU時(shí)鐘信號(hào)114至CPUlOl。在一個(gè)例子中，通過(guò)周期性地跳過(guò)確定數(shù)目的時(shí)鐘周期來(lái)得到時(shí)鐘抖動(dòng)。另外，PMIC提供電壓也可以相應(yīng)地降低。硬件自主回路確保CPU將不會(huì)到達(dá)過(guò)流限制。時(shí)鐘抖動(dòng)機(jī)制提供了快速和主動(dòng)方法，以偵測(cè)和阻止OC誘導(dǎo)的系統(tǒng)故障，以及因?yàn)椴恍枰狿LL(鎖相環(huán))重新配置和重新鎖定而具有快速的響應(yīng)時(shí)間。
[0021]圖2說(shuō)明了具有OC保護(hù)的PMIC電流波形和CPU頻率波形。在圖2的例子中，線211描述隨時(shí)間的PMIC電流(A)，以及線212描述隨時(shí)間的CPU頻率(GHz)。在時(shí)間tl之后，PMIC電流保持快速率的增加。而且，PMIC電流在時(shí)間t4接近它的PMIC電流限制。圖1中的CPU/PMIC監(jiān)視器103監(jiān)視絕對(duì)的PMIC電流值以及增長(zhǎng)率。然后，CPU/PMIC監(jiān)視器基于絕對(duì)的PMIC電流值，PMIC電流的增長(zhǎng)率以及CPU活動(dòng)，確定是否觸發(fā)時(shí)鐘抖動(dòng)。例如，從時(shí)間t2至t3，PMIC電流斜率到達(dá)預(yù)定閾值。相應(yīng)地，CPU/PMIC監(jiān)視器在時(shí)間t3觸發(fā)時(shí)鐘抖動(dòng)以主動(dòng)地降低CPU時(shí)鐘頻率，從而阻止?jié)撛诘腛C狀態(tài)。
[0022]圖3說(shuō)明了根據(jù)一個(gè)新穎的方面的用于CPU過(guò)流保護(hù)的快速和自主機(jī)制的優(yōu)選實(shí)施例。電子功率設(shè)備300包括:CPU301，PMIC302，過(guò)流保護(hù)控制器303，門控時(shí)鐘模塊304，以及鎖相環(huán)LLP305JMIC302為管理主機(jī)系統(tǒng)的功率需求的集成電路。PMIC302可以由電池或電源提供模塊替換。當(dāng)在增加的工作頻率下，該系統(tǒng)的速度和核心需求達(dá)到更高的限制時(shí)，CPU的功耗也增加。例如，當(dāng)電子設(shè)備300占用具有高性能要求(hi gh-demandingperformance)的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用時(shí)，對(duì)應(yīng)的CPU功耗快速地增加。當(dāng)CPU總功耗增加超過(guò)PMIC或電池限制時(shí)，由于過(guò)流狀態(tài)而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。因此，需要自我調(diào)節(jié)回路來(lái)限ffjijCPU總功耗在PMIC或電池規(guī)范內(nèi)。
[0023]根據(jù)一個(gè)新穎的方面，OC保護(hù)控制器303用于主動(dòng)地監(jiān)視CPU電流消耗水平，從而觸發(fā)門控時(shí)鐘模塊304和PLL305，以降低CPU時(shí)鐘模塊，PLL時(shí)鐘頻率，以及PMIC提供電壓，從而維持在PMIC規(guī)范內(nèi)。OC保護(hù)控制器303包括:功率計(jì)321、受控系統(tǒng)模塊(system undercontrol module)322，門控時(shí)鐘(clock-gating，CG)控制器331，PLL頻率(FREQ)控制器332，以及提供電壓(VDD)控制器333。首先，OC保護(hù)控制器333監(jiān)視CPU內(nèi)部活動(dòng)，如指示CPU活動(dòng)性的箭頭線311所描述的。例如，在CPU301中，存在監(jiān)視CPU動(dòng)態(tài)功耗的動(dòng)態(tài)功率監(jiān)視器306，以及監(jiān)視CPU泄漏功耗的泄漏功率監(jiān)視器307。然后，CPU功耗的總量/活動(dòng)性輸出至OC保護(hù)控制器的功率計(jì)321。注意，如此的監(jiān)視為實(shí)時(shí)且非常快，例如，僅花費(fèi)幾個(gè)時(shí)鐘周期。其次，OC保護(hù)控制器303從PMIC302監(jiān)視電流源電平(絕對(duì)值和增長(zhǎng)率)，如指示PMIC負(fù)載信息的箭頭線312所描述的。基于這兩個(gè)輸入信息，OC保護(hù)控制器303能夠非?？焖俚卮_定CPU總功耗是否超過(guò)閾值電平，例如，在幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)。
[0024]如果偵測(cè)到CPU總功耗超過(guò)閾值，那么它指示潛在的OC狀態(tài)。然后，OC保護(hù)控制器303調(diào)用機(jī)制，以主動(dòng)地偵測(cè)和阻止OC誘導(dǎo)系統(tǒng)故障。為了阻止初始的OC狀態(tài)，OC保護(hù)控制器303首先觸發(fā)門控時(shí)鐘機(jī)$1」。0(:保護(hù)控制器303從CG控制器331向門控時(shí)鐘模塊304發(fā)送頻率抖動(dòng)控制信號(hào)313。響應(yīng)頻率抖動(dòng)控制信號(hào)313，門控時(shí)鐘模塊304相應(yīng)地降低CPU的工作頻率以及輸出具有降低了頻率的CPU時(shí)鐘信號(hào)314至CPU301。在一個(gè)例子中，控制門控時(shí)鐘百分比至60 %，該門控時(shí)鐘百分比有效地降低CPU工作頻率至60 % ο門控時(shí)鐘機(jī)制提供了最小延遲的CPU工作頻率控制，由于不需要PLL重新配置以及PLL重新鎖定，因此門控時(shí)鐘機(jī)制具有快速的響應(yīng)時(shí)間。
[0025]除門控時(shí)鐘之外，OC保護(hù)控制器303進(jìn)一步控制PLL頻率和PMIC電壓。當(dāng)偵測(cè)到CPU總功耗超過(guò)閾值時(shí)，PLL頻率和PMIC電壓也可以相應(yīng)地降低，以改善系統(tǒng)效率。OC保護(hù)控制器303從FREQ控制器332發(fā)送PLL頻率控制信號(hào)315至PLL305。在一個(gè)例子中，PLL頻率控制信號(hào)315控制PLL以降低它的PLL頻率至原始峰值PLL時(shí)鐘頻率的80%。然后PLL305輸出具有降低了的PLL頻率的PLL時(shí)鐘信號(hào)316至門控時(shí)鐘模塊304。另外，OC保護(hù)控制器303也從VDD控制器311發(fā)送PMIC電壓控制信號(hào)318至PMIC302，從而相應(yīng)地降低PMIC電壓317。相比于門控時(shí)鐘機(jī)，PMIC電