專利名稱：在圖形源之間切換以便于實現(xiàn)功率管理和/或安全性的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于在計算機系統(tǒng)中的圖形源之間切換的技術。更具體地，本發(fā)明涉 及用于通過在計算機系統(tǒng)中的圖形源之間切換來降低功率和/或提高安全性的方法和裝置。
背景技術：
計算技術的迅速進步使得可以對有時大至萬億字節(jié)的數(shù)據(jù)集執(zhí)行每秒萬億次計 算操作。這些進步可以主要歸功于集成電路大小和復雜度的指數(shù)增長。不幸的是，集成電 路大小和復雜度的增長伴隨著能耗的類似增長。在這種平行發(fā)展中，寬度無線網(wǎng)絡的迅速擴張已經(jīng)引起了便攜式計算機系統(tǒng)數(shù)目 的急劇增加。不幸的是，由于便攜式計算機系統(tǒng)可獲得的有限電池功率，便攜式計算機系統(tǒng) 通常具有嚴苛的功率限制。這些發(fā)展產(chǎn)生了對節(jié)能技術的巨大需求。3D圖形技術的進步導致大部分現(xiàn)代計算機系統(tǒng)使用專用圖形處理器(有時稱為 圖形處理單元(GPU))驅動圖像顯示設備。不幸的是，當今的GPU消耗大量功率，這大大縮 短了便攜式計算機系統(tǒng)的電池壽命，并且還產(chǎn)生了散熱問題。雖然圖形顯示器在工作，但是很多時候需要非常少量的圖形處理，例如，當用戶正 在閱讀顯示器上的文檔時。不幸的是，在這些“低活動性”時期期間，已有的圖形處理器不 能容易地切換到低功率模式以便節(jié)省電能。一種在這種“低活動性”時期期間節(jié)省電能的技術是將顯示器從高功率圖形源 (例如，高性能GPU)切換到低功率圖形源(例如，低性能GPU)。理想地，這種切換操作對于 用戶應當是不可見的，從而當圖像處理需求改變時或當系統(tǒng)對限制能耗的需求改變時，系 統(tǒng)可以無縫地在不同圖形源之間來回切換?！N已有的技術提供一種允許用戶在較低性能圖形源和較高性能圖形源之間 切換的機械開關。然而，每次用戶從一個圖形源切換到另一個圖形源，這種強力攻擊 (brute-force)技術要求用戶徹底重新初始化計算機系統(tǒng)。要求用戶重新初始化計算機系 統(tǒng)以便從一個圖形源切換到另一個圖形源在許多情況下根本不可接受。初始化處理是可在 計算機上執(zhí)行的最具破壞性的操作之一。通常，用戶必須在重新初始化計算機之前保存他 或她的所有工作，這可能耗費相當多的時間。另外，用戶必須首先決定他們在將來一小段時 間內的圖形處理需求是高還是低，并且然后必須等待系統(tǒng)重新初始化，然后如果需求發(fā)生 了改變，愿意等待另一次重新初始化。另一個問題是某些圖形處理器將圖像渲染(render)到位于不安全的主存儲器內 的幀緩沖器內。這可能導致在需要安全存儲這些圖形圖像的數(shù)字版權管理(DRM)標準方面 的問題。因此，需要便于實現(xiàn)不同圖形源之間的迅速和/或無縫切換以便節(jié)省電能和/或 提供安全性的方法和裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個實施例提供了一種在用于刷新顯示器的幀緩沖器之間進行切換的 系統(tǒng)。在操作期間，該系統(tǒng)根據(jù)位于第一存儲器內的第一幀緩沖器刷新顯示器。在接收到 切換用于顯示器的幀緩沖器的請求之后，該系統(tǒng)重新配置到顯示器的數(shù)據(jù)傳輸，從而根據(jù) 位于第二存儲器內的第二幀緩沖器刷新顯示器。在某些實施例中，第一存儲器是主存儲器，所述主存儲器可被多個應用訪問，并且 因此是不安全的，并且第二存儲器是位于主存儲器之外的安全的幀緩沖器。在某些實施例中，切換顯示器還包括傳輸用于刷新顯示器的數(shù)據(jù)，從而所述數(shù) 據(jù)完全繞開不安全的主存儲器。在這種變型中，當所述數(shù)據(jù)被存儲在第二幀緩沖器內時以 及當所述數(shù)據(jù)被傳輸?shù)降诙彌_器以及被從第二幀緩沖器傳輸時，該系統(tǒng)對所述數(shù)據(jù)加在某些實施例中，在接收到切換幀緩沖器的請求之前，所述系統(tǒng)確定與所述顯示 器相關聯(lián)的對于數(shù)據(jù)的安全要求；和基于所確定的安全要求，產(chǎn)生切換幀緩沖器的請求。在某些實施例中，在接收到切換幀緩沖器的請求之前，所述系統(tǒng)監(jiān)視所述顯示器 的圖形處理負載水平；和基于圖形處理負載水平產(chǎn)生切換請求。在某些實施例中，所述系統(tǒng)測量包含顯示器的計算機系統(tǒng)內的溫度；和基于所 測量的溫度產(chǎn)生切換請求。在某些實施例中，切換顯示器從而根據(jù)第二幀緩沖器刷新顯示器還包括切換為 顯示器執(zhí)行渲染操作的圖形處理單元(GPU)。在某些實施例中，GPU在渲染到第一幀緩沖器 的低功率GPU和渲染到第二幀緩沖器的高功率GPU之間切換。在某些實施例中，在從低功率GPU切換到高功率GPU之前，該系統(tǒng)大體同步低功率 GPU的輸出顯示信號和高功率GPU的輸出顯示信號，從而便于實現(xiàn)不中斷顯示器上的圖形 輸出的無縫轉換。在某些實施例中，大體同步輸出顯示信號包括使用一個或多個鎖相環(huán)(PLL)。在某些實施例中，所述切換發(fā)生在與顯示器的垂直消隱信號相關聯(lián)的垂直消隱間 隔期間。本發(fā)明的另一個實施例提供了一種在第一圖形處理器和第二圖形處理器之間切 換以便驅動第一顯示器和/或第二顯示器的計算機系統(tǒng)。該計算機系統(tǒng)包括處理器；存 儲器；第一圖形處理器；第二圖形處理器；第一顯示器；和第二顯示器。該計算機系統(tǒng)還包 括第一開關，所述第一開關選擇性地將第一圖形處理器或第二圖形處理器連接到第一顯示 器。該計算機系統(tǒng)還包括第二開關，所述第二開關選擇性地將第一圖形處理器或第二圖形 處理器連接到第二顯示器。在某些實施例中，第一顯示器是集成在該計算機系統(tǒng)內的內部顯示器，并且第二 顯示器是耦接到該計算機系統(tǒng)的外部顯示器。在某些實施例中，第一開關和第二開關被配置為將第一圖形處理器耦接到第一顯 示器和第二顯示器兩者，或將第二圖形處理器耦接到第一顯示器和第二顯示器兩者。在某些實施例中，第一圖形處理器是高功率圖形處理單元(GPU)，并且第二圖形處 理器是低功率GPU。在某些實施例中，該系統(tǒng)包括同步機構，所述同步機構被配置為大體同步第一圖形處理器的輸出顯示信號和第二圖形處理器的輸出顯示信號，從而便于實現(xiàn)不中斷圖形輸出的無縫切換處理。在某些實施例中，所述同步機構被配置為使用一個或多個鎖相環(huán)(PLL)，以便大體同步輸出顯示信號。在某些實施例中，所述第一開關和第二開關可以包括多路復用器；或線或邏輯。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的計算機系統(tǒng)；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可以在不同圖形源之間切換以便驅動相 同顯示器的計算機系統(tǒng)；圖3給出了一個流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第一圖形源切換 到第二圖形源以便驅動顯示器的過程；圖4給出了一個流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第一圖形源切換 到第二圖形源而不同步輸出顯示信號的過程；圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的單個垂直消隱間隔(VBI)和由圖形源產(chǎn) 生的相應的垂直同步(V-sync)脈沖；圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由兩個圖形源產(chǎn)生的兩個重疊的VBI ；圖6A給出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在兩個圖形源之間同步定時信號的 技術的示意圖；圖6B給出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在兩個圖形源之間同步定時信號的 另一種技術的示意圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括兩個圖形源的計算機系統(tǒng)；圖8給出了一個流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第一圖形源切換 到第二圖形源的過程；圖9給出了一個流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第二圖形源切換 到第一圖形源的過程；和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可以在不同圖形源之間切換以便驅動內 部顯示器和外部顯示器的計算機系統(tǒng)。
具體實施例方式給出下列描述以使得本領域的任意技術人員可以做出和使用本發(fā)明，并且在特定 應用和其要求的上下文中提供該描述。本領域的技術人員容易想到對公開的實施例的各種 修改，并且此處定義的一般原理可以應用于其它實施例和應用，而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。因此，本發(fā)明不限于示出的實施例，而是與符合權利要求的最寬范圍一致。詳細描述中描述的數(shù)據(jù)結構和代碼通常存儲在計算機可讀存儲介質內，所述計算 機可讀存儲介質可以是可以存儲由計算機系統(tǒng)使用的代碼和/或數(shù)據(jù)的任意設備或介質。 這包括但不限于易失性存儲器、非易失性存儲器、磁或光存儲設備，諸如盤驅動器、磁帶、 CD (壓縮盤)、DVD (數(shù)字通用盤或數(shù)字視頻盤)，或能夠存儲現(xiàn)在已知或以后開發(fā)的計算機 可讀介質的其它介質。
計算機系統(tǒng) 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的計算機系統(tǒng)100。如圖1所示，計算機系統(tǒng) 100包括處理器102，處理器102耦接到存儲器子系統(tǒng)106、外圍總線108，并且通過橋104 連接到圖形處理器110。橋104可以包括通常用于將計算系統(tǒng)100內的組件耦接在一起的 任意類型的核心邏輯單元、橋芯片或芯片組。在本發(fā)明的一個實施例中，橋104是北橋芯 片。處理器102可以包括任意類型的處理器，包括但不限于，微處理器、數(shù)字信號處理器、設 備控制器或應用內的計算引擎。應當認識到，計算機系統(tǒng)100的一個或多個組件可被放置在遠處，并且通過網(wǎng)絡 對其進行訪問。處理器102通過橋104與存儲器子系統(tǒng)106通信。存儲器子系統(tǒng)106可以包括若 干組件，所述組件包括可由處理器102高速訪問的一個或多個存儲器芯片。處理器102還可以通過橋104和外圍總線108與存儲設備112通信。存儲設備 112可以包括可耦接到計算機系統(tǒng)的任意類型的非易失性存儲設備。這包括但不限于磁存 儲設備、光存儲設備和磁光存儲設備以及基于閃存的存儲設備和/或具有后備電池的存儲器。處理器102還通過橋104與圖形處理器110通信。圖形處理器110是專用圖形渲 染設備，它給顯示器114提供信號源并且驅動顯示器114。顯示器114可以包括可以用可視 格式(包括圖像和文本)向用戶呈現(xiàn)信息的任意類型的顯示設備。這包括但不限于陰極射 線管(CRT)顯示器、發(fā)光二極管(LED)顯示器、液晶顯示器(IXD)、有機LED(OLED)顯示器、 表面?zhèn)鲗щ娮影l(fā)射器顯示器(SED)或電子紙。圖形處理器110高性能地執(zhí)行2D和3D圖形渲染操作，諸如發(fā)光(lighting)、加陰 影和變換。為了實現(xiàn)高性能，圖形處理器Iio可以利用專用視頻存儲器116存儲幀緩沖區(qū)、 紋理、頂點陣列和/或顯示列表。橋104還包括嵌入式圖形處理器118。通常為了中等性能的圖形處理的目的構建 嵌入式圖形處理器118，并且因此嵌入式圖形處理器118消耗比圖形處理器110少得多的電 能。注意在圖1中，嵌入式圖形處理器118不直接耦接到顯示器114并且不直接驅動顯示 器 114。注意，雖然在圖1所示的計算機系統(tǒng)100的上下文中描述本發(fā)明，但是本發(fā)明一般 可以操作于支持多于一個的圖形處理器的任意類型的計算設備上。因此，本發(fā)明不限于圖 1所示的計算機系統(tǒng)100。圖形源之間的選擇性切換圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可以在不同圖形源之間切換以便驅動相 同顯示器的計算機系統(tǒng)200。注意在圖2中，兩個圖形源(圖形處理器210和嵌入式圖形處 理器218)中的每一個可以獨立地驅動顯示器214。然而，由可以在兩個圖形源之間進行選 擇的選擇設備220確定在給定時刻活動地驅動顯示器214的圖形源。具體地，計算機系統(tǒng) 200可以使用選擇設備220以便基于其當前操作狀態(tài)選擇圖形源。更具體地，來自圖形處理器210的輸出顯示信號222和來自嵌入式圖形處理器218 的輸出顯示信號224兩者被耦接到二到一多路復用器(MUX) 220的輸入。由源選擇226控 制MUX220的輸出，源選擇226確定兩個圖形源中的哪一個驅動顯示器214。在這種實施例中，源選擇226是橋芯片204的輸出，橋芯片204包括用于產(chǎn)生源選擇226的特殊邏輯。注意，還可以由橋204之外的邏輯塊產(chǎn)生源選擇226。然后，來自所選擇的圖形源的輸出顯示信號被耦接到顯示器214的輸入以便活動地驅動顯示器214。雖然將選擇設備示出為多路復用器，但是還可以包括任意其它類型的選 擇設備，諸如簡單的線或邏輯。在本發(fā)明的一個實施例中，圖形處理器210和嵌入式圖形處理器218可以通過路徑228協(xié)作，從而它們可以同步其輸出顯示信號。由于輸出顯示信號可以包括定時信號和 數(shù)據(jù)信號兩者，同步輸出顯示信號可以包括同步相應的定時信號和相應的數(shù)據(jù)信號兩者。 注意，可以使用便于實現(xiàn)同步兩個圖形源的硬件和/或軟件來實現(xiàn)路徑228。在本發(fā)明的一個實施例中，圖形處理器210是消耗大量電能的高性能圖形處理器單元(GPU)，而嵌入式圖形處理器218是消耗較少量電能的低性能GPU。在這個實施例中， 當圖形處理負載輕時，系統(tǒng)將圖形源從圖形處理器210切換到嵌入式圖形處理器218以便 驅動顯示器214，并且隨后完全關閉圖形處理器210的電源，從而節(jié)省電能。在另一方面，當 圖形處理負載再次變重時，系統(tǒng)將圖形源從嵌入式圖形處理器218切換回圖形處理器210。注意，雖然已經(jīng)在圖2所示的獨立圖形處理器和集成圖形處理器的上下文中描述了圖形處理器之間的切換，但是本發(fā)明一般可用于包括兩個或更多個圖形處理器的計算機 系統(tǒng)，其中當被正確配置時，每個圖形處理器可以獨立地驅動顯示器。另外，這些多個圖形 處理器可以具有不同的操作特性，包括不同的功率消耗水平。另外，所述多個圖形處理器中 的每一個可以是獨立圖形處理器或是芯片中的集成圖形處理器。因此，本發(fā)明不限于圖2 所示的計算機系統(tǒng)200。注意用于在不同圖形源之間切換的上述技術不需要關閉計算機系統(tǒng)或重新初始化計算機系統(tǒng)。結果，與需要重新初始化的情況相比，切換處理可能花費少得多的時間。因 此，本發(fā)明允許圖形處理器之間的迅速且頻繁的切換。圖3給出了一個流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第一圖形源切換到第二圖形源以便驅動顯示器的過程。在操作期間，系統(tǒng)首先接收將顯示器的信號源從活動地(actively)驅動顯示器的第一圖形處理器切換到處于非活動狀態(tài)的第二圖形處理器的請求(步驟302)?？捎芍缊D形處理負載水平的用戶產(chǎn)生這種切換請求?？商鎿Q地，可由系統(tǒng)內部地產(chǎn)生切換請求。在本發(fā)明的一個實施例中，系統(tǒng)軟件連續(xù)監(jiān)視圖形處理負載水平。更具體地，系統(tǒng)可以基于與圖形處理器相關聯(lián)的圖形命令隊列的狀態(tài)，確定圖形處理負載的水平。例如，如 果命令隊列基本為空，系統(tǒng)斷定圖形處理負載低。在另一方面，如果命令隊列幾乎是滿的， 系統(tǒng)斷定圖形處理負載高。接著，基于圖形處理負載的水平，系統(tǒng)軟件選擇兩個圖形處理器之一，并且隨后如果選擇了非活動圖形處理器，則產(chǎn)生切換請求。例如，如果第一圖形處理器是消耗高功率的高性能GPU，當系統(tǒng)軟件檢測到圖形處理負載水平下降得相當大時，系統(tǒng)軟件可以發(fā)出切換到具有較低性能但是同時消耗少得多 的電能的第二圖形處理器的請求。另一方面，如果第一圖形處理器是較低性能和低功率的 GPU，如果系統(tǒng)軟件檢測到圖形處理負載水平提高得相當大，系統(tǒng)可以發(fā)出切換到高性能且高功率GPU的請求。注意使用系統(tǒng)軟件監(jiān)視圖形處理負載并且自動發(fā)出切換請求明顯比由人發(fā)起請 求更快并且可能更節(jié)省能量。另外，使用系統(tǒng)軟件可以使人擺脫監(jiān)視任務。接著，響應于切換請求，系統(tǒng)配置第二圖形處理器以便準備驅動顯示器(步驟 304)。在本發(fā)明的一個實施例中，配置第二圖形處理器可以包括如下步驟中的一個或多個 (1)如果處理器當前未加電，給處理器加電；⑵初始化圖形處理器；和⑶產(chǎn)生輸出信號 以準備給顯示器加電。然后系統(tǒng)將驅動顯示器的信號源從第一圖形處理器切換到第二圖形處理器，這使 得第二圖形處理器驅動顯示器(步驟306)。在本發(fā)明的一個實施例中，切換包括使用選擇 設備，諸如圖2中的MUX220，該選擇設備可以將第一圖形處理器從顯示器上斷開，以及將第 二圖形處理器耦接到顯示器。在切換操作期間，可以使用將在下面更詳細描述的不同定時 控制。一般地，獲得較平滑的切換過渡需要更精確的定時控制，并且因此通常需要更復雜的 切換控制機制。一旦第二圖形處理器取代了第一圖形處理器，系統(tǒng)可以關閉第一圖形處理器的電 源以便節(jié)省電能。注意，上述切換過程不需要重新初始化整個系統(tǒng)以便起作用。注意，雖然已經(jīng)基于圖形處理負載描述了切換，還可以基于功率狀態(tài)(例如，系統(tǒng) 以電池還是以外部電源運行，或電池是否電量低)，基于減少系統(tǒng)散熱的需要、基于用戶偏 好或基于在兩個圖形處理器之間不同的任意特征或能力來產(chǎn)生切換請求。切換期間的定時在不同圖形處理器之間切換以便驅動相同顯示設備需要圖形處理器之間某種程 度的協(xié)作，以便確保大體無縫的過渡。下面通過基于是否涉及輸出顯示信號的同步來區(qū)分 定時技術，討論切換期間的不同定時 技術。沒有同步的切換圖4給出了一個流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第一圖形源切換 到第二圖形源而不同步輸出顯示信號的過程。在操作期間，第一圖形處理器使顯示器漸隱(fade out)(步驟402)。注意，這可以 若干方式完成，包括但不限于在屏幕上顯示黑色或其它顏色、關閉背光或關閉整個顯示器。接著，系統(tǒng)將驅動顯示器的信號源從第一圖形處理器切換到已經(jīng)被配置為驅動顯 示器的第二圖形處理器(步驟404)。更具體地，切換包括將第一圖形處理器的輸出信號從 顯示器的輸入上斷開，并且將第二圖形處理器的輸出信號耦接到顯示器的輸入。在完成切換之后，如果需要，第二圖形處理器隨后初始化顯示器(步驟406)。接 著，第二圖形處理器重畫顯示器屏幕，并且隨后使顯示器屏幕漸顯(fade in)(步驟408)。在這個實施例中，不需要這兩個圖形源彼此同步。因此，第二信號源不必被配置為 在切換發(fā)生之前重畫顯示器。另外，第一信號源可在執(zhí)行切換之前被關閉(例如，通過漸隱 操作)。注意，沒有同步的切換簡單，但是可能使得用戶注意到切換。然而，如果可以在零 點幾秒內完成切換，用戶可能甚至注意不到切換?？商鎿Q地，如果更慢地執(zhí)行切換，當顯示 分辨率改變時，可以使用諸如漸隱/漸顯效果的適當?shù)囊曈X效果來減少視覺中斷。一般地， 通過在過渡期間使顯示器漸隱，可以隱藏顯示器從一組顯示信號切換到不同的一組不同步的顯示信號的任何不希望的視覺效果。具有同步的切換在切換之前同步輸出信號便于實現(xiàn)不中斷顯示器上的圖形輸出的更平滑的、更少被注意到的或甚至無縫的切換過程。然而，同步需要第二圖形源在切換之前在準備驅動顯 示器時開始產(chǎn)生輸出信號，從而可以同步來自兩個圖形源的輸出顯示信號。在本發(fā)明的一個實施例中，可以通過匹配嵌入在輸出信號內的定時信息，實現(xiàn)同 步來自兩個圖形源的輸出信號。這種定時信息可以包括但不限于水平同步(H-sync)脈沖、 垂直同步(V-sync)脈沖、水平消隱信號和垂直消隱信號。具體地，V-sync脈沖通過指出何 時開始掃描新的數(shù)據(jù)幀來控制顯示器上的圖像刷新。典型地，V-sync脈沖出現(xiàn)在被稱為垂 直消隱間隔(VBI)的在兩個連續(xù)圖像幀之間的短時間間隔內，在該短時間間隔內，出于各 種內務處理(houseke印ing)的目的，屏幕上的顯示保持恒定狀態(tài)。圖5A示出了根據(jù)本發(fā) 明的一個實施例的由圖形源產(chǎn)生的單個VBI 502和相應的V-sync脈沖504。注意，V-sync 脈沖504落在VBI 502內。 在這個實施例中，計算機系統(tǒng)追蹤何時第一圖形源中出現(xiàn)了 V-sync脈沖，并且調 整第二圖形源的時序，直到其V-sync脈沖與第一圖形源的V-sync脈沖對準為止。在一個 實施例中，對準來自兩個圖形源的V-sync脈沖包括使用軟件或硬件使得第二圖形源的時 序與第一圖形源的時序重合。在這種對準期間，第一圖形源繼續(xù)驅動顯示器。當V-sync脈 沖在兩個源之間被充分對準時，可以在下一個VBI中執(zhí)行切換。圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的由兩個圖形源產(chǎn)生的兩個重疊的 VBI-VBI 506和VBI 508。注意，切換發(fā)生在兩個VBI的重疊時段510內。還要注意，如果 切換處理在重疊時段510內完成，則切換處理可以表現(xiàn)為對于用戶是不可見的。另外，兩個 圖形源之間的大體同步便于實現(xiàn)第二圖形源立刻開始驅動顯示器，從而對于用戶來說看似 如同顯示未改變一樣。然而，切換處理的完成可能占用比單個VBI更長的時間，或可能要占用幾幀時間 得以解決。在該情況下，系統(tǒng)可以通過使屏幕完全空白或漸隱來隱藏切換效果。在本發(fā)明的另一個實施例中，取代使得第二圖形源對準第一圖形源，系統(tǒng)可以允 許第二圖形源的V-sync信號相對于第一圖形源的V-sync信號漂移?？梢宰鳛橐粋€或多個 定時差異的結果發(fā)生這種定時信號的漂移。例如，可以由兩個圖形處理器的時鐘頻率的略 微差異而引起漂移?？商鎿Q地，可以由兩個圖形處理器被編程為以略微不同的顯示幀速率 操作而引起漂移。在同步的這個實施例中，系統(tǒng)可以監(jiān)視來自兩個源的兩個V-sync信號，并且檢測 它們何時彼此重疊，其中可由軟件或硬件執(zhí)行監(jiān)視。當重疊發(fā)生時，系統(tǒng)可以在兩個信號相 對于彼此漂移開之前從一個圖形源切換到另一個圖形源。具有基于硬件的同步的切換在本發(fā)明的一個實施例中，可以使用附加硬件將圖形源之一同步到另一個圖形 源，從而可以精確地對準兩個圖形源的顯示輸出定時。然后可以在下一個VBI期間進行切 換，從而用戶察覺不到切換。在這個實施例中，通過結合調整第二圖形源的顯示定時發(fā)生器 的相位和頻率以便將顯示輸出定時對準第一圖形源的顯示輸出定時的附加硬件，可以進行 更平滑的切換。
圖6A給出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在兩個圖形源之間同步定時信號的 技術的示意圖。如圖6A所示，兩個圖形源A和B分別包括定時發(fā)生器602和定時發(fā)生器 604。定時發(fā)生器602為圖形源A產(chǎn)生輸出V-SYNC 606中的V-sync脈沖，以及輸出VBI 608 中的垂直消隱間隔，而定時發(fā)生器604為圖形源B產(chǎn)生輸出V-SYNC 610中的V-sync脈沖 以及輸出VBI 612中的垂直消隱間隔。圖形源A和B還使用鎖相環(huán)(PLL)614和PLL 616，以便分別給定時發(fā)生器 602和604提供頻率參考。更具體地，PLL 614和PLL616接收來自左側的參考頻率輸 入fAKEF618和fBKEF620，并且產(chǎn)生參考頻率輸出fAQUT622和fBQUT624作為定時發(fā)生器602 和604的輸入。對PLL的功能和相關組件的詳細解釋可見于描述PLL的多種參考文獻 (見，F(xiàn)loyd M. Gardner, “ Charge-Pump Phase-Lock Loops, “ IEEETransactions on Communications, Vol. 28, No. 11, November 1980)。出于頻率同步的目的，PLL 614包 括除法器MA626和除法器隊628。類似地，PLL 616 包括除法器Mb630和除法器Nb632。當被相位鎖定時，PLL 614和PLL 616的輸出分別產(chǎn)生
輸出頻率/0: = /^ef X(Ma/N^mf^ = KMbINb)。在本發(fā)明的一個實施例中，頻率標量值Ma、Mb、Na、Nb是可編程的，并且被存儲在可 編程寄存器內。具體地，標量Ma、Mb、Na、Nb被耦接到控制器634，并且可通過控制器634被編 程，控制器634可以以軟件或以硬件實現(xiàn)為微控制器或有限狀態(tài)機?？刂破?34接收切換 請求輸入-REQSW 636，并且附加地接收來自圖形源A的時鐘信號V-SYNCa 606和VBIa 608 以及來自圖形源B的V-SYNCb 610和VBIb612。然后控制器634測量兩個圖形源的V-sync 信號或VBI信號之間的相位差。使用測量的相位差作為反饋信號，通過同步地改變相關聯(lián) 的PLL內的M和N值，控制器634可以相對于一個圖形源調整來自另一個圖形源的V-sync 和VBI的相位。使用反饋環(huán)，控制器634繼續(xù)測量并調整相位差。當控制器634確定相位差在預 定界線內時，它產(chǎn)生切換使能信號-0K2SWITCH638。在本發(fā)明的一個實施例中，0K2SWITCH 638被耦接到圖2中的源選擇226，源選擇226使得MUX 220能夠翻轉源。注意，上面的描述允許改變活動圖形源和非活動圖形源兩者中的時鐘。具體地，如 果被改變的PLL標量值與活動地驅動顯示器的源相關聯(lián)，可能希望緩慢并且平滑地調整相 關聯(lián)的頻率。還應注意，可以不必獲得完美的時鐘對準以便允許切換。在一個實施例中， 控制器634可被配置為對準VBI，以便獲得剛好足夠的重疊，從而切換操作不會引起可視偽 像。當控制器檢測到存在足夠的重疊時，它將0K2SWITCH信號置于有效狀態(tài)，以便完成同
止
少ο圖6B給出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于在兩個圖形源之間同步定時信號的 另一技術的示意圖。在該實施例中，使用單個PLL 640在圖形源A和B之間同步定時信號。注意不存 在由圖6A的控制器對PLL的直接控制。而是，PLL640形成與一個定時發(fā)生器的閉環(huán)。如圖6B所示，定時發(fā)生器602和604分別接收參考頻率輸入fKEF—A642和fKEF B644。 來自定時發(fā)生器602和604的4個輸出^ΙΥΝ ^ΟΘ,νΒΙΑΟδ,ν ΥΝ ^ΙΟ和VBIb612被耦 接到四到二多路復用器MUX 646，MUX 646可以選擇V_SYNCA606和V_SYNCB610或VBIA608 和VBIb612到其輸出。然后MUX 646的輸出被耦接到PLL640的相位檢測器的輸入。注意，在這個實施例中可以使用V-sync信號或VBI信號進行對準。接著，來自PLL 640的VCO輸出被耦接到并且用作為一個定時發(fā)生器的輸入?yún)⒖?頻率，并且從而完成與該定時發(fā)生器的閉環(huán)。更具體地，來自PLL 640的輸出首先被耦接到 兩個多路復用器MUX 648和MUX 650的輸入，MUX 648和MUX 650分別接收外部時鐘信號 EXTCLK_A 652和EXTCLK_B 654作為輸入。由控制器656控制MUX 648和MUX 650的輸出， 控制器656選擇外部時鐘源或PLL輸出作為對應定時發(fā)生器的參考頻率輸入。注意，控制 器656接收來自PLL 640的相位檢測器的輸入，并且基于該輸入檢測PLL 640是否已經(jīng)鎖 定。在操作期間，假設圖形源A正在活動地驅動顯示器。同時，選擇PLL 640的VCO輸 出作為圖形源B的定時發(fā)生器604的參考頻率fKEF B644。因此，PLL 640和定時發(fā)生器604 形成閉環(huán)，這便于實現(xiàn)兩個定時發(fā)生器中的所選擇的定時信號(V-sync或VBI)的同步。當 控制器656檢測到PLL 640已經(jīng)相位鎖定時，它在下一個消隱間隔中將驅動顯示器的圖形 源從圖形源A切換到圖形源B。更具體地，在隨后的消隱間隔內，控制器656將fKEF b644輸 入從PLL 640切換到外部時鐘源EXTCLK_B 654。在切換之后，可以使用PLL 640將圖形源 A鎖定到現(xiàn)在活動地驅動顯示器的圖形源B。無需切換地詵擇圖形處理器在本發(fā)明的一個實施例中，取代在兩個圖形處理器之間切換以便驅動相同的顯示 設備，較低性能、較低功率的圖形處理器總是驅動顯示器。在這個實施例中，當需要附加的 圖形性能時，較高性能的處理器接管圖形處理負載，將其顯示圖像渲染到由較低性能的處 理器所用的同一幀緩沖器。當系統(tǒng)以這種方式操作時，較低性能的處理器完全用作為顯示 輸出設備，即，將圖像數(shù)據(jù)從幀緩沖器傳輸?shù)斤@示器，而較高性能的設備執(zhí)行所有圖形處 理。當需要較低性能時，較低性能的設備再次接管圖形處理任務，并且從而可以關閉較高性 能的設備。計算機系統(tǒng)圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包括兩個圖形處理器的計算機系統(tǒng)700。 更具體地，計算機系統(tǒng)700包括耦接到橋芯片704的處理器702。橋芯片704自身耦接到主 存儲器706、顯示器714和外圍總線708。可以使用外圍總線708訪問存儲設備710。注意，較低性能、較低功率的圖形處理器712直接耦接到顯示器714，并且總是驅 動顯示器714。在另一方面，高性能、高功率圖形處理器716耦接到圖形處理器712，并且在 不用時通常被關閉。在本發(fā)明的一個實施例中，取代將圖形呈現(xiàn)到其自己的幀緩沖器內，圖形處理器 716將圖像直接渲染到圖形處理器712的幀緩沖器707內，其中幀緩沖器707位于主存儲器 706內。在這個實施例中，通過連續(xù)刷新顯示器714，圖形處理器712負責在顯示器714上 顯示圖形。注意由于在這個實施例中總是由相同的圖形處理器驅動顯示器，并且總是根據(jù) 相同的幀緩沖器刷新顯示器，不需要切換硬件，并且不存在對用戶隱藏的硬件切換過渡。在一個可替換的實施例中，當需要附加的圖形處理功率或附加的安全性時，系統(tǒng)給圖形處理器716加電，以便提供附加的圖形渲染能力。圖形處理器716將圖形渲染到駐 留在專用圖形存儲器720內的它自己的本地幀緩沖器722，專用圖形存儲器720被耦接到 (集成到)圖形處理器716。注意，由于主存儲器706通常被許多不同處理和應用共享，專用圖形存儲器720比主存儲器706更安全。在這個實施例中，圖形處理器712必須將幀緩 沖器(從該幀緩沖器刷新顯示器714)從自己的幀緩沖器707改變到圖形處理器716的幀 緩沖器722。由于總是由相同的圖形處理器驅動顯示器714，所以不需要切換硬件。然而， 必須對圖形處理器712編程，以便在正確的時刻(例如，在垂直消隱間隔內)在幀緩沖器之 間切換，以便避免用戶可見的過渡。在圖形源之間平滑地切換圖8給出了一個流程圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第一圖形源切換到第二圖形源的過程。在該過程開始時，較低功率的內部圖形處理器712(也稱為“GPU”) 正渲染主存儲器706中的幀緩沖器707，并且根據(jù)幀緩沖器707刷新顯示器714 (步驟802)。接著，系統(tǒng)確定是否需要更多性能和/或更大安全性(步驟804)。如果不是，系統(tǒng) 返回步驟802。否則，如果系統(tǒng)確定需要更多性能和/或更大安全性，系統(tǒng)給外部的高功率圖形處理器716加電(步驟806)。然后，外部的高功率圖形處理器716將相同的圖形渲染到圖 形存儲器720中的幀緩沖器722 (步驟808)。接著，系統(tǒng)等待垂直消隱間隔(VBI)(步驟810)。在這個垂直消隱間隔中，內部的 低功率圖形處理器712將其刷新指針從主存儲器706中的幀緩沖器707切換到圖形存儲器 720中的幀緩沖器722(步驟812)。接著，除了其刷新電路之外，關閉內部的低功率圖形處 理器712 (步驟814)。此時，完成切換過程。切換還可以在另一個方向上發(fā)生。更具體地，圖9給出了一個流程圖，其示出了根 據(jù)本發(fā)明的一個實施例的從第二圖形源切換到第一圖形源的過程。在該過程開始時，內部 高功率圖形處理器716正渲染圖形存儲器720中的幀緩沖器722，并且根據(jù)幀緩沖器722刷 新顯示器714 (步驟902)。接著，系統(tǒng)確定是否需要較低性能和/或較低安全性(步驟904)。如果不是，系統(tǒng) 返回步驟902。否則，如果系統(tǒng)確定需要較低性能和/或較低安全性，系統(tǒng)給內部的低功率圖形 處理器712加電(步驟906)。然后，低功率圖形處理器712向主存儲器706內的幀緩沖器 707渲染相同的圖像(步驟908)。接著，系統(tǒng)等待垂直消隱間隔(步驟910)。在這個垂直消 隱間隔中，內部的低功率圖形處理器712將其刷新指針從圖形存儲器720中的幀緩沖器722 切換到主存儲器706內的幀緩沖器707 (步驟912)。接著，關閉高功率圖形處理器716 (步 驟914)。此時，完成切換過程。注意，還可以(并且可能更容易)用軟件簡單地使顯示器漸隱，然后進行幀緩沖器 切換，并且然后再使顯示器漸顯。由于軟件不必使得兩個圖形源在過渡期間的相同時刻向 兩個幀緩沖器中繪制相同數(shù)據(jù)，這較為簡單。取而代之，系統(tǒng)可以關閉一個源，然后啟動另 一個源，然后切換幀緩沖器。另一個實施例圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的可以在不同圖形源之間切換以便驅動內 部顯示器和外部顯示器的計算機系統(tǒng)1000。注意在圖10中，兩個圖形處理器(圖形處理 器1010和嵌入式圖形處理器1018)中的每一個可以獨立地驅動內部顯示器1014和外部顯 示器1015。由多路復用器1020確定活動地驅動顯示器1014的圖形源，并且由多路復用器1021確定驅動顯示器1015的圖形源。多路復用器1020和1021可以在圖形處理器1010和 嵌入式圖形處理器1018之間進行選擇。注意，來自圖形處理器1010的輸出顯示信號1022和來自嵌入式圖形處理器1018 的輸出顯示信號1024耦接到多路復用器(MUX) 1020的輸入。類似地，來自圖形處理器1010 的輸出顯示信號1023和來自嵌入式圖形處理器1018的輸出顯示信號1025耦接到MUX 1021的輸入。注意，每個圖形處理器具有用于驅動兩個顯示器的不同的輸出顯示信號。(這 是由于兩個顯示器可以使用不同的顯示信令協(xié)議，并且一般具有不同的像素分辨率、色深、 顏色平衡等)。由源選擇1026控制MUX 1020的輸出，源選擇1026確定兩個圖形源中的哪一個將 驅動內部顯示器1014。類似地，由源選擇1027控制MUX 1021的輸出，源選擇1027確定兩 個圖形源中的哪一個將驅動外部顯示器1015。在這個實施例中，源選擇1026和1027是橋 芯片1004的輸出，橋芯片1004包含用于產(chǎn)生源選擇1026和1027的電路。注意，還可以使 用位于橋1004之外的邏輯塊來產(chǎn)生源選擇1026和1027。來自所選擇的圖形源的輸出顯示信號耦接到顯示器1014和1015的輸入。雖然選 擇設備被示出為多路復用器，它還可以包括任意其它類型的選擇設備，諸如簡單的線或邏
輯。在本發(fā)明的一個實施例中，圖形處理器1010是消耗大量電能的高性能圖形處理 器單元(GPU)，而嵌入式圖形處理器1018是消耗較少電能的較低性能的GPU。在這個實施例 中，當圖形處理負載輕時，系統(tǒng)將圖形源從圖形處理器1010切換到嵌入式圖形處理器1018 以便驅動顯示器1014和1015，并且隨后完全關閉圖形處理器1010，從而節(jié)省電能。在另一 方面，當圖形處理負載再次變重時，系統(tǒng)將圖形源從嵌入式圖形處理器1018切換回圖形處 理器1010。已經(jīng)僅僅出于說明和描述的目的給出了本發(fā)明的實施例的上述描述。它們不旨在 是無遺漏的或將本發(fā)明局限于公開的形式。因此，本領域的技術人員將明了許多修改和變 型。此外，上述公開不旨在限制本發(fā)明。由所附權利要求定義本發(fā)明的范圍。
權利要求
一種用于在各幀緩沖器之間切換的方法，所述幀緩沖器用于刷新顯示器，所述方法包括根據(jù)位于第一存儲器內的第一幀緩沖器刷新所述顯示器；接收切換用于所述顯示器的幀緩沖器的請求；和響應于所述請求，重新配置到所述顯示器的數(shù)據(jù)傳輸，從而根據(jù)位于第二存儲器內的第二幀緩沖器刷新所述顯示器。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述第一存儲器是主存儲器，所述主存儲器能夠被多個應用訪問，因此是不安全 的主存儲器；并且其中所述第二存儲器是位于主存儲器之外的安全的幀緩沖器。
3.如權利要求2所述的方法，其中切換所述顯示器從而根據(jù)所述第二幀緩沖器刷新所 述顯示器還包括傳輸用于刷新所述顯示器的數(shù)據(jù)，從而所述數(shù)據(jù)完全繞開所述不安全的主存儲器；和 在所述數(shù)據(jù)被存儲在所述第二幀緩沖器內的同時以及在所述數(shù)據(jù)被傳輸?shù)剿龅诙?幀緩沖器和從所述第二幀緩沖器被傳輸?shù)耐瑫r對所述數(shù)據(jù)加密。
4.如權利要求1所述的方法，其中在接收到切換幀緩沖器的所述請求之前，所述方法 還包括確定與所述顯示器相關聯(lián)的對于數(shù)據(jù)的安全要求；和 基于所確定的安全要求，產(chǎn)生切換幀緩沖器的所述請求。
5.如權利要求1所述的方法，其中在接收到切換幀緩沖器的所述請求之前，所述方法 還包括監(jiān)視所述顯示器的圖形處理負載水平；和 基于所述圖形處理負載水平，產(chǎn)生所述切換請求。
6.如權利要求1所述的方法，其中在接收到切換幀緩沖器的所述請求之前，所述方法 還包括測量在包含所述顯示器的計算機系統(tǒng)內的溫度；和 基于所測量的溫度，產(chǎn)生所述切換請求。
7.如權利要求1所述的方法，其中切換所述顯示器從而根據(jù)所述第二幀緩沖器刷新所述顯示器還包括切換圖形處 理單元(GPU)，所述圖形處理單元為所述顯示器執(zhí)行渲染操作；并且其中所述GPU在渲染到所述第一幀緩沖器的低功率GPU和渲染到所述第二幀緩沖器的 高功率GPU之間切換。
8.如權利要求7所述的方法，其中在從所述低功率GPU切換到所述高功率GPU之前，所 述方法還包括基本上同步所述低功率GPU的輸出顯示信號和所述高功率GPU的輸出顯示 信號，從而便于實現(xiàn)不中斷所述顯示器上的圖形輸出的無縫轉換。
9.如權利要求8所述的方法，其中基本上同步輸出顯示信號包括使用一個或多個鎖 相環(huán)(PLL)。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述切換發(fā)生在與所述顯示器的消隱信號相關聯(lián) 的消隱間隔期間。
11.一種用于在各幀緩沖器之間選擇性地切換的裝置，所述幀緩沖器用于刷新顯示器， 所述裝置包括位于第一存儲器內的第一幀緩沖器； 位于第二存儲器內的第二幀緩沖器；一個或多個刷新電路，被配置為根據(jù)所述第一幀緩沖器或所述第二幀緩沖器選擇性地 刷新所述顯示器；和切換機構，被配置為在接收到切換請求之后，在所述第一幀緩沖器和所述第二幀緩沖 器之間切換所述顯示器的刷新。
12.如權利要求11所述的裝置，其中所述第一存儲器是主存儲器，所述主存儲器能夠被多個應用訪問，因此是不安全 的主存儲器；并且其中所述第二存儲器是位于主存儲器之外的安全的幀緩沖器。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述切換電路被配置為弓丨導用于刷新所述顯示器的數(shù)據(jù)，從而所述數(shù)據(jù)完全繞開 所述不安全的主存儲器；和其中所述裝置還包括加密電路，所述加密電路被配置為在所述數(shù)據(jù)被存儲在所述第二 幀緩沖器內的同時以及在所述數(shù)據(jù)被傳輸?shù)剿龅诙彌_器和從所述第二幀緩沖器被 傳輸?shù)耐瑫r對所述數(shù)據(jù)加密。
14.如權利要求11所述的裝置，其中所述切換機構被配置為 確定與所述顯示器相關聯(lián)的對于數(shù)據(jù)的安全要求；和基于所確定的安全要求，產(chǎn)生切換幀緩沖器的請求。
15.如權利要求11所述的裝置，其中所述切換機構被配置為 監(jiān)視所述顯示器的圖形處理負載水平；和基于所述圖形處理負載水平，產(chǎn)生所述切換請求。
16.如權利要求11所述的裝置，其中所述切換機構被配置為 測量在包含所述顯示器的計算機系統(tǒng)內的溫度；和基于所測量的溫度，產(chǎn)生所述切換請求。
17.如權利要求11所述的裝置，其中在所述第一幀緩沖器和所述第二幀緩沖器之間切換的同時，所述裝置被配置為切 換圖形處理單元(GPU)，所述圖形處理單元為所述顯示器執(zhí)行渲染操作；并且其中所述GPU從渲染到所述第一幀緩沖器的低功率GPU被切換到渲染到所述第二幀緩 沖器的高功率GPU。
18.如權利要求17所述的裝置，其中在從所述低功率GPU切換到所述高功率GPU之前， 所述切換機構被配置為基本上同步所述低功率GPU的輸出顯示信號和所述高功率GPU的輸 出顯示信號，從而便于實現(xiàn)不中斷圖形輸出的無縫轉換。
19.如權利要求18所述的裝置，其中基本上同步輸出顯示信號包括使用一個或多個 鎖相環(huán)(PLL)。
20.如權利要求11所述的裝置，其中所述切換發(fā)生在與所述顯示器的消隱信號相關聯(lián) 的消隱間隔期間。
21.一種用于在各幀緩沖器之間選擇性地切換的計算機系統(tǒng)，所述幀緩沖器用于刷新 顯示器，所述計算機系統(tǒng)包括處理器；耦接到所述處理器的主存儲器； 位于所述主存儲器內的第一幀緩沖器； 位于所述第二存儲器內的第二幀緩沖器；一個或多個刷新電路，被配置為根據(jù)所述第一幀緩沖器或所述第二幀緩沖器選擇性地 刷新所述顯示器；和切換機構，被配置為在接收到切換請求之后，在所述第一幀緩沖器和所述第二幀緩沖 器之間切換所述顯示器的刷新。
22.—種在第一圖形處理器和第二圖形處理器之間切換以驅動第一顯示器和/或第二 顯示器的計算機系統(tǒng)，所述計算機系統(tǒng)包括處理器； 存儲器；所述第一圖形處理器； 所述第二圖形處理器； 所述第一顯示器； 所述第二顯示器；第一開關，用于將所述第一圖形處理器或所述第二圖形處理器選擇性地耦接到所述第 一顯示器；和第二開關，用于將所述第一圖形處理器或所述第二圖形處理器選擇性地耦接到所述第二顯不器。
23.如權利要求22所述的計算機系統(tǒng)，還包括同步機構，所述同步機構被配置為基本 上同步所述第一圖形處理器的輸出顯示信號和所述第二圖像處理器的輸出顯示信號，從而 便于實現(xiàn)不中斷圖形輸出的無縫轉換處理。
24.如權利要求22所述的計算機系統(tǒng)，其中所述第一圖形處理器是高功率圖形處理單元(GPU)；并且 其中所述第二圖形處理器是低功率GPU。
25.如權利要求22所述的計算機系統(tǒng)，其中所述第一顯示器是集成在所述計算機系統(tǒng)內的內部顯示器；并且 其中所述第二顯示器是耦接到所述計算機系統(tǒng)的外部顯示器。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在各幀緩沖器之間選擇性地切換的方法、裝置和系統(tǒng)。本發(fā)明的一個實施例提供了一種在用于刷新顯示器的幀緩沖器之間切換的系統(tǒng)。在操作期間，該系統(tǒng)根據(jù)位于第一存儲器內的第一幀緩沖器刷新顯示器。在接收到切換用于顯示器的幀緩沖器的請求之后，該系統(tǒng)重新配置到顯示器的數(shù)據(jù)傳輸，從而根據(jù)位于第二存儲器內的第二幀緩沖器刷新顯示器。
文檔編號G06F3/14GK101802774SQ200880107944
公開日2010年8月11日 申請日期2008年8月12日 優(yōu)先權日2007年9月20日
發(fā)明者B·D·霍華德, D·G·康羅伊, M·F·卡波特, P·A·貝克, W·C·阿塞思 申請人:蘋果公司