CN100416573C - 利用电源岛管理集成电路上的功率 - Google Patents

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Abstract

公开了一种利用电源岛管理集成电路上的功率的系统和方法。该集成电路包括多个电源岛，其中在电源岛的每一个中独立控制功率消耗。功率管理器确定电源岛之一的目标功率电平。功率管理器然后确定将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的动作；功率管理器将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的动作。

Description

利用电源岛管理集成电路上的功率
相关申请的交叉参考
本申请要求于2003年5月7日提交、名称为“用于管理集成电路中的功率的系统和方法”、序列号为60/468,742的美国临时申请的权益，其在此通过参考被引入。
技术领域
本申请通常涉及集成电路，并且更具体地涉及利用电源岛(powerisland)管理集成电路上的功率。
背景技术
对集成电路的一个设计目标是减小功率消耗。具有电池的装置，比如单元电话和膝上型电脑，特别需要集成电路中功率消耗方面的减小，以扩延长电池的电量。此外，功率消耗方面的减小避免了过热，并降低了集成电路的热耗散，在一些情况中，其消除或简化了集成电路的散热器和/或风扇。
利用构建成块的模块库单元设计一些集成电路。这些模块库单元是执行一定功能的电路块。模块库单元的一些例子是NAND门、多路复用器、解码器、比较器和存储器。
在“全定制”流程(flow)中，在最低电平处设计集成电路，比如在单独的晶体管、电容器和电阻器电平处。“全定制”流程可以利用内部开发的模块库单元。集成电路可以具有最佳性能，因为在最低电平处很详细地设计集成电路。然而，由于“全定制”流程的一些问题是与在这种详细的电平处的设计相联系的长时间和昂贵的成本。此外，“全定制”流程是麻烦的，因为设计在最低电平处。
在“标准单元”流程中，利用从第三团体或其它外部源获取的模块库单元设计集成电路。在逻辑或功能电平处标准化这些模块库单元。减小了用于标准单元流程的设计时间，因为已经预设计和预测试了模块库单元。
在用于设计集成电路的一个例子中，选择模块库单元，并且指定定制逻辑，以构建集成电路。然后，写入用于集成电路的寄存器转移电平(RTL)，用于模拟和调试。在模拟和调试之后，对集成电路运行综合(synthesis)。执行性能测试软件，以确定集成电路的性能。然后基于集成电路的最佳性能运行集成电路的最后综合。
由于许多集成电路的一个问题是未有效利用功率消耗。例如，整个集成电路可以在刚好支持需要最大频率的应用的最大频率处工作，同时集成电路的其它部分可以在较低频率处工作。在另一例子中，集成电路中无源的电路消耗功率，并增大泄漏的可能性。无效的功率消耗也可以有害地影响集成电路的性能。
由于增大了集成电路的复杂性，当集成电路采用多个功能性时，功率消耗的减小甚至是更重要的。集成电路的一个例子是包括微处理器、存储器、I/O接口和全部在单个芯片中的模拟数字转换器的片上系统。由于在单个芯片中采用的多个不同类型的功能性，片上系统比单功能集成电路甚至消耗了更多的功率。
一些现有技术的集成电路已经采用电压岛或多个块，以降低功率消耗。由于这些集成电路的一个问题是电源岛中的电压和多个块的频率是静态的。电压和频率不是基于集成电路的需要和操作而动态改变。
发明内容
通过利用电源岛管理集成电路中的功率，本发明解决了上面的问题。集成电路包括多个电源岛，其中在电源岛的每一个中独立控制功率消耗。功率管理器为电源岛之一确定目标功率电平。功率管理器然后确定将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的动作；功率管理器执行将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的动作。功率控制电路控制电源岛之一的功率。
基于集成电路的地理因数或功能电路可以描绘电源岛。在一些实施例中，所述动作是为电源岛之一选择时钟频率或为电源岛之一选择时钟。在一些实施例中，所述动作是为电源岛之一修改电压。所述动作可以是通电或断电电源岛之一。
在一些实施例中，功率管理器监控电源岛之一的功率消耗电平，基于功率消耗电平确定阈值电平是否被跨越，并基于阈值电平的跨越而执行该动作。在一些实施例中，功率管理器存储和恢复电源岛之一中的部件的状态。
附图说明
图1是在本发明的示范性实施方式中用于管理集成电路中的功率的系统的方块图；
图2是在本发明的示范性实施方式中用于管理集成电路中的功率的系统的图示；
图3是在本发明的示范性实施方式中对用于低功率标准单元逻辑块的低泄漏电路的描述；
图4是本发明的示范性实施方式中电源岛的图示；
图5是本发明的示范性实施方式中从应用请求至从属功率管理器动作的流程图；
图6是在本发明的示范性实施方式中用于灵巧功率单元的内部电路的描述；
图7是在本发明的示范性实施方式中用于灵巧功率单元的外部电路的描述；
图8是本发明的示范性实施方式中从应用请求至灵巧功率单元(smart power unit)动作的流程图；
图9是在本发明的示范性实施方式中当通电时，在断电和恢复IP单元的状态之前用于存储IP单元的状态的流程图；
图10是本发明的示范性实施方式中片上系统和扩展的局部存储器的图示；
图11是在本发明的示范性实施方式中用于产生从中间功率管理器至功率管理控制层的“热点”报告的流程图；
图12是本发明的示范性实施方式中片上系统的图示；
图13是本发明的示范性实施方式中用于利用电源岛建立芯片的流程。
具体实施方式
如示范性附图中示出的，其中类似的参考数字表示附图中类似或相应的部件，下面详细描述依据本发明的系统和方法的示范性实施例。然而，可以理解，能够以各种形式具体化本发明。因此，于此公开的具体细节不被解释为限制，而是对权利要求的基础和用于教导本领域的普通技术人员以实际上任何合适详细的系统、结构、方法、过程或方式采用本发明的有代表性的基础。
图1描述了在本发明的示范性实施方式中用于管理集成电路110中的功率的系统100的方块图。所述系统100包括集成电路110和功率管理器120。集成电路110是被例示成硅和/或相关制造材料的任何电子装置。集成电路110的一个例子是片上系统。集成电路110包括多个IP单元，其是执行特定功能的电路块。
集成电路110包括四个电源岛112、114、116和118。为了简化，图1仅描述了四个电源岛112、114、116和118。集成电路110的其它实施例包括多个电源岛112、114、116和118。电源岛112、114、116和118耦合至总线125。
电源岛112、114、116和118是集成电路110的任何部分、描绘、隔开或分度，其中在所述部分、描绘、隔开或分度中控制功率消耗。在一些实施例中，基于集成电路110的地理因数描绘电源岛112、114、116和118。在一些实施例中，基于集成电路110的功能性IP单元描绘电源岛112、114、116和118。在图10中示出的一个例子中，通过存储器、微处理器和单独的IP块描绘电源岛。在一些实施例中，电源岛112、114、116和118是彼此异步或同步的。在一些实施例中，电源岛112、114、116和118包括子岛(sub-island)，以在集成电路110中提供控制功率中的特性。在一些实施例中，每一电源岛112、114、116和118利用它自身的控制支持多时钟域(clock domain)。在一些实施例中，电源岛112、114、116和118中的时钟是可变的。
在一些实施例中，每一电源岛112、114、116和118包括功率控制电路。功率控制电路是为控制电源岛112、114、116和118的一个中的功率而设置的任何电路。功率控制电路的一些例子包括用于电平位移、信号隔离、Vdd多路复用、时钟多路复用和动态反馈偏压的电路。在一些实施例中，功率控制电路包括在用于集成电路110的标准元件设计的标准单元库中。
功率管理器120也耦合至总线125。总线125的一个例子是在下面图10中进一步详细所述的功率命令总线。系统100的其它实施例包括其中功率管理器120和电源岛112、114、116和118互连的多个变化。功率管理器120是任何电路、装置或系统，被配置用于(1)为电源岛112、114、116和118之一确定目标功率电平、其中在每一电源岛112、114、116和118中独立控制功率消耗，(2)确定将电源岛112、114、116和118之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的动作，(3)执行将电源岛112、114、116和118之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的动作。功率管理器120可以基于集成电路110的需要和操作而动态改变电源岛112、114、116和118的功率消耗。目标功率电平是电源岛112、114、116和118的期望、计算或指定的功率消耗。功率管理器120的一些例子是从属功率管理器(SPM)、中间功率管理器(IPM)和主功率管理器(MPM)，其在下面做进一步的描述。功率管理器120可以是功率管理器120的体系或组。尽管图1说明了如位于集成电路110之外的功率管理器120，其它实施例可以具有位于集成电路110中的功率管理器120。在其它实施例中，功率管理器120可以分布于开启或关闭集成电路110或与CPU结合的多个功率控制器中。
所述动作是控制电源岛112、114、116和118中的功率消耗的任何指令、消息、过程、功能、信号或变量。所述动作的一些例子是时钟门控和动态时钟选择。所述动作的另一例子是修改电源岛112、114、116和118之一的时钟频率。所述动作的另一例子是修改电源岛112、114、116和118之一的电压，比如动态电压源、Vdd、选择。所述动作的另一例子是通过控制可变的Vt晶体管控制动态泄漏。
图2描述了在本发明的示范性实施例中用于管理集成电路250中的功率的系统200的图示。该系统200包括嵌入的固件栈210和集成电路250。嵌入的固件栈210包括在中央处理单元(CPU)上运行的软件层。在一些实施例中，嵌入的固件栈210可以包括应用层212、操作系统(OS)子系统216、功率管理控制层(PMCL)218、实时操作系统(RTOS)220、I/O驱动器222和用于MPM、IPM和/或SPM的功率管理器(PM)固件224。
集成电路250包括电源岛260、电源岛270和MPM280。电源岛260包括低功率标准单元逻辑块262和SPM 264。电源岛270包括低功率存储器块272和SPM 274。低功率标准单元逻辑块262和低功率存储器块耦合至接口265。MPM 280耦合至PMCL 218、SPM 264和SPM 274。
在一些实施例中，应用层212包括全局功率应用层(GPAL)214。该GPAL 214在更复杂的应用中有用。如果存在GPAL 214，然后到PMCL 218应用程序接口(API)的全部调用被首先导引至GPAL 214。GPAL 214和PMCL 218都为集成电路250提供管理。在一些实施例中，GPAL 214和/或PMCL 218监控什么负载在每一电源岛260和270上。此外，GPAL 214和PMCL 218可以建立电源岛260和270上功率电平的历史，并存储历史数据于数据库中。GPAL 214和PMCL 218也可以为对电源岛260和270的功率电平感兴趣的即时请求资源(on-demandresources)提供数据。
在一些实施例中，当存在GPAL 214，GPAL 214在进行用于集成电路250的功率管理的本地决定中提供向MCL218的导引。GPAL 214和PMCL 218包括用于静态调度表的复杂算法。GPAL 214和PMCL218提供用于使用代码的功能，以相互作用，并控制包括提供数据库和统计的功率行为和参数。
PMCL 218也收集来自MPM 280的信息，并提供命令至MPM 280，以用于可能的IPM、SPM 264和274以及电源岛260和270。一些命令可以是通电/断电、改变功率电平、或改变电源岛260和270的功率。在具有灵巧功率单元(SPU)290的一些实施例中，GPAL 214和/或PMCL 218负责与SPU 290通信，以执行功率政策和收集实际电源上的信息。下面在图6-8中将进一步详细描述SPU 290。在一些实施例中，GPAL 214和/或PMCL 218提供用于现有功率管理技术的插座。
功率管理器固件224是通过主功率管理器280、中间功率管理器和从属功率管理器264和274执行的固件。
MPM 280是为控制整个集成电路250的“共用”功率行为而设置的任何电路。在一些实施例中，存在控制整个集成电路250的功率行为的多个MPM280。在一些实施例中，MPM 280与现有的IPM和SPM
264和274通信，以控制电源岛260和270中的功率。MPM 280可以接收来自SPM 264和274和IPM的关于电源岛260和270的状态信息。MPM 280也可以确定IPM和SPM264和274之间的功率折中。
MPM 280也可以提供至PMCL 218固件的主接口。在一些实施例中，MPM 280与PMCL 218通信，以接受命令(例如存储器映射的命令)，并提供关于集成电路250中功率的状态信息。在一些实施例中，MPM 280通过用于集成电路250的主总线与PMCL 218通信。MPM280也登记SPM 264和274和IPM的每一个以及PMCL 218的容量(capacity)。下面在图5、8、9和11中详细描述MPM 280的一些操作。在一些实施例中，MPM 280读和写扫描链，用于状态贮存并与本地逻辑分析器能力一起恢复。
一些实施例可以包括代表MPM 280来协调SPM 264和274的IPM(未示出)。在一些实施例中，IPM控制和协调由MPM 280控制的区域的一部分上的功率行为。在一些实施例中，IPM控制与MPM 280的分开的芯片上的SPM264和274。
SPM 264是为控制集成电路250中电源岛264中的功率而设置的任何电路。SPM 264的一个例子是控制集成电路250中电源岛264中的功率的IP块。SPM 264可以包括信号缓冲、电平位移和信号隔离。在一些实施例中，SPM 264集成在扫描链中，以提供更容易的实现和集成。此外，在一些实施例中，SPM 264具有非常小的“脚印(footprint)”，所述脚印具有低门计数和低功率。在一些实施例中，SPM 264包括命令接口，以通知状态信息、服务请求和命令。一些命令是负载、休眠和空载。SPM 264也可以识别它自身的地址，以允许多压降高压线与汇流排的连接(bussing)。
在一些实施例中，SPM 264具有登记能力。为了在加电时登记，SPM 264利用典型用于断开芯片SPM和IPM的收回登记(callbackregistration)。为了静态登记，当为片上SPM产生形成电路时，SPM 264登记SPM264可以做什么，以及SPM 264或IPM可以服务的命令的类型。SPM 264也可以具有用于断电周期的储存和恢复功能。该SPM
264可以具有看门狗定时器。在一些实施例中，该SPM 264具有与电源岛260协调的调试接口。该SPM 264也可以为电源岛260中的部件监控本地状态并收集信息。该SPM 264也可以本地控制Vdd、用于频率选择的时钟以及动态反偏置。用于SPM 264的描述也应用于电源岛270的SPM 274。
在一些实施例中，该SPM 264检查当从电源岛260收集的信息跨过阈值或超出范围时是否出现事件。在一些实施例中，SPM 264、IPM或MPM 280监控电源岛260的功率消耗电平，以检查功率消耗电平是否跨过阈值电平或超出范围。功率消耗电平是表示在电源岛260中消耗的功率的任何信息、数据或统计。功率消耗电平的一些例子是温度和功率。阈值或范围可以是可编程的。SPM 264可以异步报告事件，或者比如MPM 280的另一部件可以请求事件是否已出现。事件也可以是多电平测试，比如在大于给出的可编程频率或超出给出的可编程持续时间处出现的情况。
在一些实施例中，低功率标准单元逻辑块262是可以包括在电源岛260的标准单元库的一个例子。在一些实施例中，为了较低的功率最优化标准单元库。可以基于操作电压的范围特征化标准单元库。在一些实施例中，标准单元库包括同步电路和/或异步电路。在一些实施例中，标准单元库包括静态电路和/或封装、动态逻辑电路。标准单元库也可以包括多电压域接口电路，比如电平移位器和信号隔离电路。标准单元库也可以具有多阈值设计和特征，比如标准Vt、高Vt、低Vt和可变的Vt电路。标准单元库也可以包括数据保持(阴影)电路和抗低频干扰电路。标准单元库也可以包括低泄漏“休眠”电路。图3描述了在本发明的示范性实施方式中用于低功率标准单元逻辑块262的低泄漏电路300的说明。
图4说明了本发明的示范性实施方式中电源岛270的图示。电源岛270包括低功率存储器块272和SPM 274。低功率存储器块272包括用于存储器和休眠、断电电路450的联组体系结构410、420、430和440。在一些实施例中，电源岛270中的存储器是RAM和/或ROM。RAM的一些例子是SRAM编译器，比如单端口、2端口和双端口。ROM的一些例子是ROM编译器。为了低功率目的，电源岛270中的一些存储器被最优化，例如低功率存储器块272。在一个实施例中，低功率存储器块272包括通过编译器的多联组体系结构，比如联组工作的体系结构410、420、430和440。电源岛270中的存储器也可以包括用于低功率模式的休眠、断电电路450，比如休眠、小睡和完全断电。电源岛270中的存储器也可以包括可编程的读/写端口。电源岛270中的存储器也可以是异步和/或同步设计。
在一些实施例中，所述系统200也包括灵巧功率单元(SPU)290。在一些实施例中，SPU 290是与集成电路250分开芯的片。该SPU 290是为控制集成电路的功率和时钟分布而设置的外部单元。下面在图7和8中进一步详细描述SPU的电路。
图5说明了本发明的示范性实施方式中从应用请求至SPM动作的流程。图5开始于步骤500。在步骤502中，调用应用，比如放电影。在步骤504中，该应用为IP单元的性能确定需要的频率。例如，该应用为用于MPEG解码器的IP单元确定以MHz指定的频率。在一些实施例中，当IP单元是完全异步时，需要的频率将是对性能的人工测定。在具有包括的多时钟的一些实施例中，指定用于每一时钟的最小性能。
在步骤506中，该应用请求PMCL 218API调用。该调用的一个例子是“Ser_Rate(单元Y、N MHz、允许的动态能量管理(DMP)的程度、DMP阈值、允许DMP折中的其它信息、利用动态偏置起动用于SPM的反偏置、等待加电标记)”。在该例子中，其它信息可以是“电源不断开，利用高Vt并关闭时钟作为替换”和“主要等待是大约10us， 400ns阈值”。在具有多时钟的一些实施例中，PMCL 218API调用允许应用指定全部需要的频率。
PMCL 218确定可用于单元的可能的折中，并选择频率、Vdd和Vt，如果适用于最佳满足步骤508中给出需要的单元，并确定步骤510中适用的SPM 264和274。在一些实施例中，MPM 280或IPM执行步骤508和510。在用于多时钟的一些实施例中，指定的Vdd和Vt将允许为满足或超出它们的需要频率的全部指定时钟。
在步骤512中，PMCL 218然后将SPM264和274期望的设置写到MPM 280(或IPM)中。在步骤514，MPM 280(或IPM)将请求转换成用于与单元相联系的SPM 264和274(或IPM)的一个或多个命令。
在步骤516中，如果应用设置等待加电标记，PMCL 218然后等待，直至在从调用返回之前IP单元被完全加电。另外，利用用于认可的0状态、用于快速加电的1、用于缓慢加电的2或用于错误条件的3+，一确认命令，调用就返回。该通电状态是何时该单元处于请求频率的期望Vdd处，并且该单元不是刚好开启。
在步骤518中，MPM 280(或IPM)发送请求至合适的目标。在步骤520中，MPM 280等待接收到确认，其表示接收和执行的信息或者已经开始执行。也可以从SPM 264和274返回NACK或否定确定。
在步骤522中，SPM 264接收命令，并执行动作。步骤524-528是SPM 264可以执行的可能动作。在步骤524中，SPM 264开关Vdd多路复用器。在步骤526中，SPM 264开关时钟多路复用器。在一些实施例中，当电压下降，在步骤524之前执行步骤526，在步骤528中，SPM 26改变相联系的晶体管的Vt。在SPM 264执行该动作之后，SPM 264向上游返回表示步骤530中确认或否定确认的状态信息。图5结束于步骤532。
图6说明了本发明的示范性实施例中用于SPU 290的内部电路600的描述。在该实施例中，用于SPU 290的内部电路600对于图2的集成电路250而言是内在的。该内部电路600包括外部电压610、降压调节器620、降压调节器630、逻辑块640和逻辑块650。
图7说明了本发明的示范性实施例中用于SPU 290的外部电路700的描述。在该实施例中，用于SPU 290的外部电路700对于图2的集成电路250而言是外在的。外部电路700包括外部电压710、电源插针720、电源插针730、电源插针740、逻辑块750、逻辑块760、逻辑块770。用于SPU 290的外部电路700提供DC/DC转换。该DC/DC转换提供多路独立的电源插针720、730和740。电源插针720、730和740在每一单独的电源插针上具有可变的电压供给。此外，在一些实施例中，可变电压在范围中，并在步骤中。在一些实施例中，PMCL
218控制至电源插针720、730和740的电压。
图8说明了在本发明的示范性实施方式中从应用请求至SPU动作的流程。图8开始于步骤800。在步骤802中，调用应用。在步骤804中，该应用为IP单元的性能确定需要的频率。例如，该应用为用于MPEG解码器的IP单元确定以MHz指定的频率。
在步骤806中，应用请求PMCL 218 API调用。该调用的一个例子是“Set_Rate(单元Y、N MHz、允许的动态能量管理(DMP)的程度，DMP阈值、允许DMP折中的其它信息、利用动态偏置起动用于SPM的反偏置、等待加电标记)”。在该例子中，其它信息可以是“电源不断开，利用高Vt并关闭时钟作为替换”和“主要等待是大约10us，400ns阈值”。
PMCL 218确定可用于该单元的可能折中，并选择将支持步骤808中的请求频率的最低可能Vdd，并确定将被影响的SPM 264和274，和哪些些电源插针在步骤810中改变。
在步骤812中，PMCL 218发送命令至MPM 280，以使SPM 264和274(以及IPM)准备Vdd改变。在步骤814中，PMCL 218等待来自MPM 280的确认。在步骤816中，PMCL 218发送命令至SPU 290，以改变选择的电源插针上的Vdd，并等待受影响的区域“确定下来”。在步骤818中，该PMCL 218然后发送“在指定频率处重新开始操作”命令至MPM 280。在步骤810中，MPM 280传播重新开始命令至所有受影响的SPM 264和274(以及IPM)。在步骤822中，功率管理器(也就是MPM 280、IPM、或SPM 264和274)的一个设定指定频率，在步骤824中，在已经固定时钟之后重新开始IP单元操作。图8终止于步骤826。在一些实施例中，用户应用具有等待全部操作的选项，以结束或继续，以及关于操作的进展来查询PMCL 218或等待来自PMCL 218的“结束的”中断。
图9说明了当在本发明的示范性实施例中加电时，在断电和恢复IP单元的状态之前用于储存IP单元的状态的流程。图9开始于步骤900。在步骤902中，用户应用请求PMCL 218将IP单元断电，并希望存储IP单元的状态。在一些实施例中，IP单元的重新配置花费长的时间。通过状态被存储的区域的地址，可以完成步骤902中的请求。
在步骤904中，PMCL 218发送“停止时钟并读IP单元状态”信息至步骤906中被影响单元的SPM 264和274。在步骤908中，MPM280利用IP单元的扫描链将状态读入寄存器或缓冲器，以呈现给PMCL 218。在步骤910中，如果PMCL 218提供MPM 280存储区域的地址，MPM 280将状态信息直接存储在指定区域中。在步骤912中，在已经存储全部IP单元的全部状态之后，PMCL 218发送“IP单元断电”信息至MPM 280。在步骤914中，MPM 280然后传播出“IP单元断电”信息。在步骤916中，PMCL 218将该存储状态区域返回到用户应用。该存储状态区域包含单元的状态。
在随后的时间处，在步骤918中，用户应用请求PMCL 218通电IP单元，备份并恢复IP单元的状态。在一些实施例中，用户应用请求包括状态被存储到的区域的地址。在步骤920中，PMCL 218发送“IP单元加电，时钟关闭并恢复状态”信息至MPM 280。在步骤922中，MPM 280传播“IP单元加电，时钟关闭并恢复状态”信息给受影响的IP单元的SPM 264和274。在步骤924中，在加电IP单元之后，MPM 280利用扫描链重新加载单元的状态。在一些实施例中，单元的状态的重新加载直接发源于存储区域，或发源于从PMCL 218传递到MPM 280的信息。在步骤926中，PMCL 218发送信息到MPM 280，以使时钟往回走，并向用户应用报告IP单元即将继续操作。图9终止于步骤928。
在一些实施例中，图9的相同的功能性可以用于执行内部“逻辑分析器”功能，其中所讨论的IP单元在被读之后将不被断电。如果与IP单元的相联系的SPM 264和274具有单步或多步时钟的能力，通过具有SPM 264和274“单独隔离”IP单元来执行本地扫描测试。然后，单步或多步时钟的能力和使用扫描链的能力的组合的应用可以读/写IP单元的内部状态。
图10说明了本发明的示范性实施方式中片上系统(SOC)1000和扩展的本地存储器的图示。SOC 1000是集成电路250的一个例子，并与在如上面所述的图2中的嵌入的固件栈210通信。该SOC 1000包括CPU 1010、本地存储器1020、存储器控制器1030、混合信号电路1040、应用指定电路1050、PCI-X电路1060、MPM 1070、实时时钟(RTC)1075、以太网电路1080和USB电路1090。CPU 1010、本地存储器1020、存储器控制器1030、混合信号电路1040、应用指定电路1050、PCI-X电路1060、以太网电路1080和USB电路1090全部通电的岛，其中通过功率管理器在电源岛中控制功率。在该实施例中，通过SOC 1000的一部分的功能性描绘电源岛。
扩展的本地存储器1004包括耦合至总线1071的IPM 1006。CPU
1010包括耦合至总线1071的SPM 1015。本地存储器1020包括也耦合至总线1071的SPM 1025。存储器控制器1030包括耦合至总线1071的SPM 1035。混合信号电路1040包括耦合至总线1071的SPM 1045。应用指定电路1050包括都耦合至总线1072的IPM 1055和SPM 1058。PCI-X电路1060包括耦合至总线1072的SPM 1065。MPM 1070耦合至总线1071和总线1072。MPM 1070是如上面所述的MPM 280的一个例子。以太网电路1080包括耦合至总线1072的SPM 1085。USB电路1090包括耦合至总线1072的SPM 1095。
在该实施例中，功率命令总线包括总线1071和总线1072。总线1071和总线1072是可以跨过芯片边界和互连功率管理器的单独多压降串行总线。功率命令总线可以是串行总线的组合，比如总线1071和总线1072、芯片的每一区域、以及然后该区域中的多压降(multi-drop)。在其它实施例中，功率命令总线包括并行总线或串行和并行总线的组合。在一些实施例中，功率命令总线是系统总线。该功率命令总线可以包括与具有相联系的净负荷的至少一个单元ID的信息。对于到点总线的固定点，该信息不需要单元ID，仅有净负荷。
在一些实施例中，功率命令总线利用误差检测方案，比如奇偶性、ECC或冗余码。在一些实施例中，功率命令总线是不妨碍集成电路设计的低性能总线，并对用户是不可见的。在一些实施例中，PMCL 218和MPM 1070之间的通信是被映射的存储器，并基于主总线，比如用于SOC 1000的AHB。
一些实施例可以包括用于报告功率管理器之间的状态信息的单独总线。在一个例子中，该单独的总线从SPM至MPM的异步“告警信号”类型的状态信息。
可以是用于功率命令总线的各种信息格式。在用于基本格式的一个例子中，信息格式包括信息指示符的开始、功率管理器地址、类型编码、基本命令和信息指示符的末尾。在用于扩展格式的一个例子中，信息格式包括基本格式、附加长度和附加信息。在用于响应信息格式的一个例子中，信息格式包括信息回复指示符的开始、功率管理器地址、3b ACK或NAK或返回状态(隐含的ACK)、用于返回状态信息的净负荷长度、用于返回状态信息的净负荷(payload)、用于NAK的原因编码以及信息指示符的末尾。
在一些实施例中，SPM 1015或IPM 1006在回复命令时中断，并且MPM 1070重发命令，即可编程数量的次数。如果SPM 1015或IPM1006仍然失败，MPM 1070将SPM 1015或IPM 1006标记为不可用，并向回报告故障至PMCL 218。在一个实施例中，PMCL使MPM 1070通过扫描系统重新初始化失败的SPM 1015或IPM 1006，然后重试发送信息。也通过重新初始化处理比如对命令的无效响应或无效状态报告的其它情况。在一些实施例中，可以读出失败SPM 1015或IPM 1006的状态，或为了随后的分析将其存储。
图11描述了在本发明的示范性实施方式中用于产生从IPM 1055至PMCL 218的“热点”报告的流程。图11开始于步骤1100。在步骤1102中，IPM 1055监控SPM的温度统计。在步骤1104中，IPM 1055检查平均温度是否已经超出预定和编程的阈值。如果平均温度没有超出阈值，IPM 1055返回至步骤1102，以保持监控。如果平均温度已经超出阈值，IPM 1055然后在步骤1106中产生问题(“热点”)报告信息。在步骤1108中，IPM 1055等待MPM 1070下一状态查询。在一些实施例中，为至MPM 280的异步状态报告提供逻辑分离的总线。
在步骤1110中，MPM 1070接收热点报告信息。在步骤1112中，MPM 1070或等待进一步的确认(也就是“热点”最后越过预定阈值)或基于MPM 1070的内部逻辑立即采取行动以固定问题。在一些实施例中，在步骤1114中，通过提出需要注意的中断至PMCL 280，MPM1070采取行动(动作)。在其它实施例中，如果PMCL 280足够频繁地查询MPM 1070，则不需要中断。在步骤1116中，通过进行本地折中、执行动作或排序要被执行的动作，MPM 1070(或IPM)固定问题。固定问题的一个例子是降低热点区域的操作频率。在步骤1118中，MPM 1070向上游报告问题和问题的固定。
在步骤1120中，PMCL218读来自MPM 1070的修改的热点报告。在步骤1122中，PMCL 218确定采取什么动作以固定问题或向GPAL214通知问题。在步骤1124中，PMCL 218发出合适的命令至MPM
1070，以固定问题，在该步骤中，软件将进行需要的折中(trade-off)，以固定问题。在一些实施例中，如果GPAL 214确定高电平固定，然后GPAL 214发送它至PMCL 280，以被转换成MPM命令。在步骤126中，PMCL 218在指定的时间段内监控问题区域，以检查是否固定问题。图11终止于步骤1128。
在一些实施例中，在比如PMCL 218的其它电平处可以执行图11中功能性的类型。在一个例子中，PMCL 218向(通过MPM 1070)具有期望的测量能力的全部SPM(以及IPM)查询它们的本地环境，并然后例如建立它可以起作用的功率用途的“图”。
图12描述了在本发明的另一示范性实施方式中片上系统(SOC)1200的图示。SOC 1200连接至传感器链路1212、RF链路1214、控制链路1216、视频链路1295、接口链路1296、控制链路1217和功率链路1298。SOC 1200包括时钟和分布管理1210、IP块电源岛1220、存储器电源岛1230、微处理器电源岛1240、IP块电源岛1250、分布电源岛1260、IP块电源岛1270、IP块电源岛1280和功率和分布管理1290。
IP块电源岛1220包括产品标准接口IP块，所述产品标准接口IP块包括模拟数字转换器(ADC)122，其包括SPM 1224。存储器电源岛1230包括存储器1232，其包括SPM 1234。微处理器电源岛1240包括微处理器1242，其包括SPM 1244。IP块电源岛1250包括产品标准接口IP块，所述产品标准接口IP块包括ADC 1252，其包括SPM
1254。分布电源岛1260包括数字和信号分布1262，其包括SPM 1264。IP块电源岛1270包括通用IP块，所述通用IP块包括数字信号处理器(DSP)1272，其包括SPM 1274。IP块电源岛1280包括产品指定IP块1282，其包括SPM 1284。功率和分布管理1290包括MPM 1292。
图13描述了在本发明的示范性实施方式中用于建立具有电源岛的芯片的流程。图13开始于步骤1300。在步骤1302中，选择IP或模块库单元，如果有的话，指定定制逻辑用于建立芯片。在一些实施例中，指定最大时钟速率和子时钟速率、％空闲时间和最小和最大Vdd。在步骤1304中，写入寄存器传递电平(RTL)。在步骤1306中，模拟和调试RTL。
在RTL的写入过程中或者之后，软件工具可以用于在步骤1308中为MPM、IPM和/或SPM块添加注释。在一些实施例中，在注释中指定期望的功能性选择。在一些实施例中，利用每一模块基础上的SPM确认信息注释RTL。在一些实施例中，在RTL的写入过程中或者之后，在每一模块基础上通过手动插入合适的注释。在其它实施例中，利用模块名称和各自的注释产生合适格式中的单独表格。在一些实施例中，单独的软件工具提供交互建立单独的表格的能力。在一些实施例中，利用来自表格的信息，软件工具添加合适的注释至RTL中未注释的模块。
在步骤1310中，在电源岛基础上运行综合，在这种情况中不混合电源岛。在步骤1312中，在用于每一Vdd和Vt选择的每一模块上运行性能测量软件，然后添加用于MPM的注释至RTL。在一些实施例中，在全部期望的电压和Vt组合处测量设计的性能。软件工具然后导出实际的频率、Vdd和Vt表格，以用于每一SPM和向回注释SPM特性的MPM(或IPM)RTL。
在步骤1314中，在电源岛基础上运行最后综合。在一些实施例中，模块被分别路由，或通过SPM。在步骤1316中，运行软件工具，以将电源和时钟与每一SPM关联。步骤1318是到分出(TAPE-OUT)的剩余步骤。在一些实施例中，软件工具产生具有全部信息的完成的网表(net-list)。
上面所述的部件由在存储介质上存储的指令构成。通过处理器可以重现和执行该指令。指令的一些例子是软件、程序编码以及固件。存储介质的一些例子是存储器装置、磁带、磁盘、集成电路和服务器。当通过处理器执行时，所述指令是可操作的，以导引处理器依据本发明工作。本领域的普通技术人员熟悉指令、处理器和存储介质。
上面的说明是描述的和不受限制的。基于所述公开内容的阅读，本发明的多种变形对本领域的普通技术人员是显而易见的。因此将不参照上面的说明确定本发明的范围，相反通过参照附加权利要求和它们的等价物的全部范围对其确定。

Claims (15)

1. 一种管理包括多个电源岛的集成电路上的功率的方法，所述方法包括：
基于集成电路的需要和操作确定电源岛之一的目标功率电平，其中在电源岛的每一个中独立控制功率消耗；
从多个动作中确定将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的至少一个动作，所述多个动作中的一个包括为电源岛选择频率；以及
执行所述将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的至少一个动作。
2. 权利要求1的方法，进一步包括：
监控电源岛之一的功率消耗电平；
基于功率消耗电平确定阈值电平是否被跨越；以及
基于阈值电平的跨越执行所述多个动作中的一个。
3. 权利要求1的方法，其中基于由集成电路的功能电路和集成电路的地理因数构成的组中的一个来描绘电源岛。
4. 权利要求1的方法，其中电源岛包括由电源子岛和多时钟域构成的组中的一个。
5. 权利要求1的方法，其中所述多个动作中的一个包括由下面的动作构成的组中的一个：为电源岛之一选择时钟、为电源岛之一修改第一电压、通电电源岛之一、断电电源岛之一、将电源岛之一改变到休眠模式、保存电源岛之一中的部件的状态和恢复电源岛之一中的部件的状态。
6. 权利要求1的方法，其中所述多个动作中的一个包括为电源岛之一修改第一电压，其中所述第一电压包括由源电压和阈值电压构成的组中的一个。
7. 一种用于包括多个电源岛的集成电路的系统，其中在所述电源岛的每一个中独立控制功率消耗，所述系统包括：
功率控制电路，配置用于控制电源岛之一的功率；以及
功率管理器，配置用于基于集成电路的需要和操作确定电源岛之一的目标功率电平，从多个动作中确定将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的至少一个动作，并且执行所述将电源岛之一的消耗功率电平改变到目标功率电平的至少一个动作，其中所述多个动作中的一个包括为电源岛之一选择频率。
8. 权利要求7的系统，其中该功率管理器配置用于监控电源岛之一的功率消耗电平，基于功率消耗电平确定阈值电平是否被跨越，并且基于阈值电平的跨越执行所述多个动作中的一个。
9. 权利要求7的系统，其中基于由集成电路的功能电路和集成电路的地理因数构成的组中的一个来描绘电源岛。
10. 权利要求7的系统，其中电源岛包括由电源子岛和多时钟域构成的组中的一个。
11. 权利要求7的系统，其中所述多个动作中的一个包括由以下动作构成的组中的一个：为电源岛之一选择时钟、为电源岛之一修改第一电压、通电电源岛之一、断电电源岛之一、将电源岛之一改变到休眠模式、保存电源岛之一中的部件的状态和恢复电源岛之一中的部件的状态。
12. 权利要求7的系统，其中所述多个动作中的一个包括为电源岛之一修改第一电压，其中所述第一电压包括由源电压和阈值电压构成的组中的一个。
13. 权利要求7的系统，进一步包括耦合至功率管理器和电源岛的总线。
14. 权利要求7的系统，其中功率管理器包括由主管理器和从管理器构成的组中的一个，所述主管理器配置用于控制集成电路的功率，所述从管理器配置用于控制集成电路的功率。
15. 权利要求7的系统，其中功率控制电路包括由时钟多路复用电路、电压多路复用电路和电平位移电路构成的组中的一个。
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