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TWI425422B - 多ｃｐｕ領域行動電子裝置與其操作方法 - Google Patents

多ｃｐｕ領域行動電子裝置與其操作方法 Download PDF

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TWI425422B
TWI425422B TW099123452A TW99123452A TWI425422B TW I425422 B TWI425422 B TW I425422B TW 099123452 A TW099123452 A TW 099123452A TW 99123452 A TW99123452 A TW 99123452A TW I425422 B TWI425422 B TW I425422B
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Cheng Hsueh Hsieh
Kuo Chuan Huang
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Mstar Semiconductor Inc
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Description

多CPU領域行動電子裝置與其操作方法
本發明是有關於一種多CPU領域行動電子裝置與其操作方法，且特別是有關於一種可平衡效能與耗能之多CPU領域行動電子裝置與其操作方法。
目前的行動電子裝置，比如手機或可攜式多媒體播放器(PMP,portable multimedia player)，可能包括2個以上的中央處理器(central processing unit，以下稱CPU)，這些CPU的操作頻率、性能、耗能可能都不同。
傳統上，為達到各CPU間的負載平衡，如果判斷出某顆CPU的負載太重，或是某顆CPU處於閒置狀態，則會進行工作搬移(task migration)，以設法平衡每顆CPU的負載。
但是，於工作搬移時，如果這些CPU來自不同製造廠商或是這些CPU所執行的即時作業系統(real-time operation system，以下稱RTOS)彼此不同的話，則在溝通可能會出現狀況。
根據本發明之實施例所提出的多CPU領域行動電子裝置與其操作方法，隨著動態效能需求或其他條件，工作(task)可在不同CPU領域間搬移(migrate)，以在耗能與效能之間取得平衡。
本發明之一實施例提出一種多CPU領域行動電子裝置，至少包括：一第一CPU領域，至少具有一第一搬移代理單元；以及一第二CPU領域，至少具有一第二搬移代理單元。當該第一搬移代理單元判斷需要進行工作搬移時，該第一搬移代理單元決定將一可搬移工作由該第一CPU領域搬移到該第二CPU領域。該第一搬移代理單元發出一搬移事件。回應於該搬移事件，該第二搬移代理單元得知有一搬移事件待處理。當該第二搬移代理單元接收到該搬移事件後，該第二CPU領域執行該可搬移工作。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明之實施例揭露一種行動電子裝置，其包括多個CPU領域(domain)，各CPU領域包括至少一個CPU。該些CPU領域之一可為高效率高耗能CPU領域，而該些CPU領域之另一可為低效率低耗能CPU領域。行動電子裝置的某些硬體資源可被不同CPU領域所同時共享，該些可共享的硬體資源比如包括系統記憶體、中斷與硬體智財權(hardware intellectual property)。此外，隨著動態效能需求或其他條件，工作可在不同CPU領域間搬移(migrate)，以在耗能與效能之間取得平衡。
第1圖顯示根據本發明實施例之行動電子裝置之功能方塊圖。如第1圖所示，行動電子裝置100包括低耗能CPU 110、高耗能CPU 130、共享記憶體140、共享中斷與共享硬體IP 150、與事件佇列(event queue)160。行動電子裝置100例如是手機或可攜式多媒體播放器，但不受限於此。此外，低耗能CPU 110乃是位於低效率低耗能CPU領域內，而高耗能CPU 130則是位於高效率高耗能CPU領域內。此外，雖然本實施例以2個不同耗能CPU為例做說明，但當知於本發明其他可能實施例中，行動電子裝置可包括更多個CPU領域，該些CPU領域之耗能/效率彼此不同。
低耗能CPU 110包括執行佇列111與搬移代理單元(migration agent)113，且RTOS 115執行於低耗能CPU 110上。相似地，高耗能CPU 130包括執行佇列131與搬移代理單元133，且RTOS 135執行於高耗能CPU 130上。共享記憶體140及共享中斷與共享硬體IP 150由CPU 110與CPU 130所共享。當進行工作搬移時，其中一個CPU的搬移代理單元會在事件佇列上觸發一事件，接著，另一CPU的搬移代理單元會監測到此事件，以開始工作搬移。
在行動電子裝置100開機後，低耗能CPU 110永遠處於正常操作狀態，且如果有工作被產生的話，則CPU 110會先執行此工作。於開機後，高耗能CPU 130會先進入省電模式。底下舉例說明之。
當使用者執行低負載工作時，比如，使用者打開網頁瀏覽程式來瀏覽簡單網頁時，這些低負載的網頁瀏覽工作會先由低耗能CPU 110來執行(也就是說，這些低負載的網頁瀏覽工作會被放置低耗能CPU 110內的執行佇列111上)。
可是，當使用者執行高負載工作時，比如，使用者利用行動電子裝置100播放影片、玩遊戲、執行衛星定位、照相等功能時，會消耗大量CPU資源，使得低耗能CPU 110的負載會大幅增加。因此，於本實施例中，執行這些高負載工作將會觸發工作搬移機制，使得高耗能CPU 130被喚醒，並將高負載工作搬移至高耗能CPU 130上(也就是說，這些高負載的工作會被放置高耗能CPU 130內的執行佇列131上)，以滿足效能需求。
之後，如果高耗能CPU 130的負載變輕且低耗能CPU 110足以勝任高耗能CPU 130上的工作的話，則高耗能CPU 130內的工作會被搬移回低耗能CPU 110上，且高耗能CPU 130會再次進入省電模式以節省電力消耗。如此一來，本實施例可在耗能與效能之間達成平衡。
於本實施例中，RTOS 115與RTOS 135乃是相同種類。RTOS於本發明實施例中不特別限定之，不過通常來說，與一般的作業系統相比，RTOS性能較差，且功能較不齊全。當可搬移工作(migratable task)被創造出來時，這些可搬移工作會存放於共享記憶體140內。搬移代理單元113、133會管理這些可搬移工作的資源(比如工作識別碼、共享記憶體管理等)，並且在兩個CPU 110、130之間搬移工作。
搬移代理單元113(或133)會發出搬移事件至事件佇列160上，以使得另一搬移代理單元133(或113)能接收到此搬移事件。搬移事件包括：硬體訊息佇列(hardware message queue)、事件中斷(event interrupt)、軟體訊息佇列(software message queue)等。雖然於此實施例中，搬移代理單元113、133以軟體方式實施，但於本發明其他可能實施例中，搬移代理單元113、133亦可以硬體方式或是硬體配合軟體方式來實施。此外，搬移代理單元113、133更可關閉CPU 110、130及喚醒CPU 110、130。
此外，於工作搬移之前，搬移代理單元113、133會將待搬移工作的狀態變成可被搬移狀態。搬移代理單元113(或133)會發出搬移事件，另一搬移代理單元133(或113)則會接收到搬移事件。搬移代理單元113(或133)將待搬移工作由相對應CPU 110(或130)的執行佇列111(或131)上移除，而另一搬移代理單元133(或113)則將工作加入至相對應CPU 130(或110)的執行佇列內131(或111)。
於第1圖中，工作mA、mB與mC乃是可搬移的，而工作LP A、LP B與LP C則是不可搬移的，其固定由低耗能CPU 110所執行。於各CPU 110、130內的搬移代理單元113、133會等待是否有從事件佇列111、131(比如為硬體事件佇列)所傳來的搬移事件。
於行動電子裝置100開機時，低耗能CPU 110與高耗能CPU 130之開機是彼此獨立的，可為同時開機或是依序開機。
接著，如第2圖所示，於行動電子裝置100開機後，首先，所有的工作(如可搬移工作mA~mC與不可搬移工作LP A~LP C)會先被產生/創造出且全部暫時地執行於低耗能CPU 110上。請注意，於第2圖中，高耗能CPU 130暫時處於睡眠狀態，所以，其所執行的RTOS 135未顯示於第2圖中。
當低耗能CPU 110上的搬移代理單元113偵測到工作搬移條件時，會決定某些可搬移工作應該由低耗能CPU 110搬移到高耗能CPU 130。亦即，搬移代理單元113會決定何時要進行工作搬移及哪些工作需要被搬移。其偵測條件比如為，目前CPU 110的負載，被工作所消耗掉的CPU 110的效能，電池的剩餘電力，CPU 110的溫度等。當決定要搬移工作時，搬移代理單元113會喚醒暫處於省電模式下的高耗能CPU 130，且高耗能CPU 130的RTOS 135、搬移代理單元133與執行佇列131會處於正常操作狀態，如第3圖所示。
第4圖顯示根據本發明實施例的工作搬移流程。低耗能CPU 110的搬移代理單元113會傳送搬移信號或搬移事件給可搬移工作mA~mC，以告知這些工作將會被搬移至高耗能CPU 130。當原本由低耗能CPU 110所執行的可搬移工作mA~mC接收到此搬移信號或搬移事件時，其會結束目前的工作並轉換至可搬移狀態。
接著，低耗能CPU 110的搬移代理單元113將待搬移的工作mA~mC從RTOS 115的執行佇列111上移除、更新可搬移工作的工作控制方塊(task control block，以下稱TCB)、將可搬移工作放置搬移工作表列410上、並清空快取記憶體(未繪示)等。
當所有必須流程完成後，搬移代理單元113會發出搬移事件420至事件佇列160。事件佇列160會發出硬體中斷430，且中斷服務程序(interrupt service routine,ISR)(未繪示)會送出信號或事件給高耗能CPU 130的搬移代理單元133，以告知目前有搬移事件待處理。此外，對共享記憶體140的存取控制權也從低耗能CPU 110轉移至高耗能CPU 130。
當高耗能CPU 130的搬移代理單元133接收到搬移事件後，其從搬移工作表列410中取出待搬移工作，將這些待搬移工作加入執行佇列131，設定相關的共享硬體IP與共享中斷等。RTOS 135會進行排程，以執行被搬移過來的工作mA~mC，如第5圖所示。請注意，雖然工作mA~mC由低耗能CPU 110搬移至高耗能CPU 130，但如上述般，開機後，低耗能CPU永遠處於正常操作狀態。所以，在第2圖至第5圖中，工作LP A~LP C仍然由低耗能CPU 110所執行。
雖然第2圖~第5圖顯示將工作由低耗能CPU 110搬移至高耗能CPU 130，但將工作由高耗能CPU 130搬移至低耗能CPU 110的處理流程乃是類似，故其細節於此不重述。只是，當搬移流程結束後，高耗能CPU 130與其RTOS135會進入省電模式，以減少耗電量。
現請參考第6圖，其顯示根據本發明實施例之工作搬移處理流程。於行動電子裝置開機後，建立工作(不可搬移工作及/或可搬移工作)且執行於低耗能CPU 110上(步驟S610)。
接著，當低耗能CPU 110的搬移代理單元113偵測到工作搬移條件時，其會決定哪些可搬移工作應該由低耗能CPU 110搬移到高耗能CPU 130，且搬移代理單元113會喚醒高耗能CPU 130(步驟S620)。
低耗能CPU 110的搬移代理單元113將所有可搬移工作從其本身的執行佇列111移除；且當所有的必須流程完成後，搬移代理單元113會發出搬移事件至事件佇列160(步驟S630)。此外，步驟S630可更包括：低耗能CPU 110的搬移代理單元113傳送搬移信號或搬移事件給可搬移工作mA~mC，以告知這些工作將會被搬移至高耗能CPU 130；當原本由低耗能CPU 110所執行的可搬移工作mA~mC接收到此搬移信號或搬移事件時，其會結束目前的工作並轉換至可搬移狀態；低耗能CPU 110的搬移代理單元113更會更新可搬移工作的TCB、將可搬移工作放置搬移工作表列410上、並清空快取記憶體等。
接著，於步驟S640中，事件佇列160會發出硬體中斷，且中斷服務程序會送出信號或事件給高耗能CPU 130的搬移代理單元133，以告知目前有搬移事件待處理；以及，共享記憶體140的存取控制權從低耗能CPU 110轉移至高耗能CPU 130。
於步驟S650中，當高耗能CPU 130的搬移代理單元133接收到搬移事件後，其從搬移工作表列410中取出待搬移工作，將這些待搬移工作加入執行佇列131，設定相關的共享硬體IP與共享中斷等；以及高耗能CPU 130的RTOS 135進行排程，以執行被搬移過來的工作。
同樣地，將工作由高耗能CPU 130搬移到低耗能CPU 110的處理流程也類似，故其細節於此不重述。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．行動電子裝置
110、130．．．CPU
140．．．共享記憶體
150．．．共享中斷與共享硬體IP
160．．．事件佇列
111、131．．．執行佇列
113、133．．．搬移代理單元
115、135．．．即時作業系統
410．．．搬移工作表列
420．．．搬移事件
430．．．硬體中斷
第1圖顯示根據本發明實施例之行動電子裝置之功能方塊圖。
第2圖顯示，根據本發明實施例，於行動電子裝置開機後，所有工作暫時執行於低耗能CPU之示意圖。
第3圖顯示，根據本發明實施例，當決定要搬移工作時，喚醒高耗能CPU之示意圖。
第4圖顯示根據本發明實施例的工作搬移流程。
第5圖顯示，根據本發明實施例，於工作搬移後，由高耗能CPU處理工作的示意圖。
第6圖顯示根據本發明實施例之工作搬移處理流程。
100．．．行動電子裝置
110、130．．．CPU
140．．．共享記憶體
150．．．共享中斷與共享硬體IP
160．．．事件佇列
111、131．．．執行佇列
113、133．．．搬移代理單元
115、135．．．即時作業系統

Claims (9)

  1. 一種多CPU領域行動電子裝置，包括：一第一CPU領域，至少具有一第一搬移代理單元；以及一第二CPU領域，至少具有一第二搬移代理單元；其中，當該第一搬移代理單元判斷需要進行工作搬移時，該第一搬移代理單元決定將一可搬移工作由該第一CPU領域搬移到該第二CPU領域；該第一搬移代理單元發出一搬移事件；該第一搬移代理單元傳送一搬移信號/事件給該可搬移工作，以告知該可搬移工作會被搬移至該第二CPU領域；該可搬移工作接收到該搬移信號/事件時，該可搬移工作轉換至一可搬移狀態；該第一搬移代理單元更新該可搬移工作的一工作控制方塊；該第一搬移代理單元將該可搬移工作放置一搬移工作表列上；該第一搬移代理單元清空一快取記憶體；回應於該搬移事件，該第二搬移代理單元得知有一搬移事件待處理；以及當該第二搬移代理單元接收到該搬移事件後，該第二CPU領域執行該可搬移工作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之行動電子裝置，其 中，該行動電子裝置更包括一事件佇列與一共享記憶體；該第一CPU領域更具有一第一即時作業系統與一第一執行佇列；以及該第二CPU領域更具有一第二即時作業系統與一第二執行佇列，該第一即時作業系統與該第二即時作業系統為相同種類。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之行動電子裝置，其中：如果該第二CPU領域處於一省電模式，則該第一搬移代理單元喚醒該第二CPU領域，使得該第二即時作業系統、該第二搬移代理單元與該第二執行佇列處於正常操作狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之行動電子裝置，其中：該第一搬移代理單元將該可搬移工作從該第一執行佇列移除；以及該第一搬移代理單元發出該搬移事件至該事件佇列。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之行動電子裝置，其中：該事件佇列發出一硬體中斷；一中斷服務程序會送出一信號/事件給該第二搬移代理單元，以告知目前有該搬移事件待處理；以及該共享記憶體的存取控制權從該第一CPU領域轉移至該第二CPU領域。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之行動電子裝置，其中：該第二搬移代理單元從該搬移工作表列中取出待搬移的該可搬移工作；該第二搬移代理單元將該可搬移工作加入至該第二執行佇列；該第二搬移代理單元設定一硬體智財權與一中斷；以及該第二即時作業系統進行排程，以執行被搬移過來的該可搬移工作； 其中，該第一CPU領域與該第二CPU領域共享該行動電子裝置之該中斷與該硬體智財權。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之行動電子裝置，其中，該第一CPU領域之效能與耗能不同於該第二CPU領域之效能與耗能。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之行動電子裝置，其中，當該行動電子裝置執行一低負載工作時，該低負載工作先由該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較低者來執行；當該行動電子裝置執行一高負載工作時，該高負載工作從該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較低者搬移至該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較高者，以執行之；以及如果該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較高者的負載變輕且該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較低者足以符合效能需求的話，則該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較高者所執行的工作被搬移回該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較低者，且該第一CPU領域與該第二CPU領域中之耗能/效能較高者進入省電模式以節省電力消耗。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之行動電子裝置，其中，當產生該可搬移工作時，該可搬移工作存放於該共享記憶體內；該第一與該第二搬移代理單元管理該可搬移工作的資源。
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