本技術實施例涉及但不限于工業(yè)控制領域，尤其涉及一種用于工業(yè)控制的微處理器調(diào)頻調(diào)壓裝置及方法。

背景技術：

1、在工業(yè)控制領域中，在中央處理器中增加浮點運算指令集并提高工作主頻，是實現(xiàn)復雜實時數(shù)據(jù)運算的有效方式，尤其適用于risc-v指令集處理器，可顯著提升數(shù)據(jù)處理能力。但在實際應用中存在諸多難題。從可靠性和芯片良率角度，定頻定壓策略要保證工藝最差芯片能工作，致使難以提高主頻。調(diào)壓定頻方法雖能一定程度提升主頻，可工控環(huán)境極端，如40nm工藝制程的微處理器在125℃老化1000小時，性能退化幅度可達15%，需預留大量性能冗余，限制了主頻提升。此外，基于工作負載的動態(tài)電壓頻率調(diào)整（dvfs）策略，雖理論上能平衡性能與功耗，但需要復雜調(diào)度軟件，不適用于無法運行復雜操作系統(tǒng)的實時工業(yè)控制系統(tǒng)。

2、因此，在不依賴先進制程的情況下，找到合理的處理器調(diào)頻調(diào)壓方法，在提高工作主頻、利用浮點指令進行實時數(shù)據(jù)運算的同時，實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行，是當前工控領域亟待攻克的重要問題。

技術實現(xiàn)思路

1、以下是對本文詳細描述的主題的概述。本概述并非是為了限制權利要求的保護范圍。

2、本技術實施例提供了一種用于工業(yè)控制的微處理器調(diào)頻調(diào)壓裝置及方法，通過各模塊的協(xié)同，在提升微處理器工作主頻、充分運用浮點指令開展實時數(shù)據(jù)運算的同時，可確保微處理器實現(xiàn)長期穩(wěn)定運行。

3、第一方面，本技術實施例提供了一種用于工業(yè)控制的微處理器調(diào)頻調(diào)壓裝置，包括：相互連接的第一電壓頻率適配模塊、第二電壓頻率適配模塊、參數(shù)獲取模塊、電壓頻率配置檢驗模塊、電壓頻率執(zhí)行優(yōu)化模塊和性能退化適配模塊；所述參數(shù)獲取模塊用于獲取微處理器的初始測量參數(shù)集和當前測量參數(shù)集；所述性能退化適配模塊根據(jù)所述微處理器的性能電壓相關系數(shù)β、性能溫度相關系數(shù)γ、初始測量參數(shù)集和當前測量參數(shù)集計算得到性能折損因子；所述電壓頻率執(zhí)行優(yōu)化模塊用于設置所述微處理器的配置模式，并根據(jù)所述性能折損因子對初始電壓頻率表進行折損處理，生成電壓頻率配置表，以及基于所述電壓頻率配置表對電壓和主頻進行調(diào)整，并將調(diào)整后的所述電壓和所述主頻配置所述第一電壓頻率適配模塊，其中，所述配置模式為安全模式和性能模式中的任意一種，所述安全模式和所述性能模式對應的主頻不同，所述初始電壓頻率表是根據(jù)所述配置模式和所述初始測量參數(shù)集生成的；所述電壓頻率配置檢驗模塊用于根據(jù)調(diào)整后的所述電壓和所述主頻進行測試，并將測試結果反饋給電壓頻率執(zhí)行優(yōu)化模塊；所述電壓頻率執(zhí)行優(yōu)化模塊用于在所述測試結果表征測試合格的情況下，將調(diào)整后的所述電壓和所述主頻作用于所述第二電壓頻率適配模塊。

4、結合第一方面，在本技術一實施例中，所述裝置還包括寄存模塊，所述參數(shù)獲取模塊包括電壓監(jiān)視模塊、溫度監(jiān)視模塊和硅器件時延監(jiān)視模塊；其中，所述電壓監(jiān)視模塊用于測量微處理器的電壓；所述溫度監(jiān)視模塊用于測量所述微處理器的溫度；所述硅器件時延監(jiān)視模塊用于測量所述微處理器的硅器件時延；所述寄存模塊分別與所述電壓監(jiān)視模塊、所述溫度監(jiān)視模塊以及所述硅器件時延監(jiān)視模塊連接，用于記錄測量得到的所述微處理器的所述電壓、所述溫度和所述硅器件時延。

5、結合第一方面，在本技術一實施例中，所述微處理器設置有第一測試點和第二測試點，所述第一測試點位于所述電壓頻率配置檢驗模塊內(nèi)，所述第二測試點位于所述微處理器內(nèi)；所述電壓監(jiān)視模塊、所述溫度監(jiān)視模塊、所述硅器件時延監(jiān)視模塊均分別與所述第一測試點和所述第二測試點連接，用于實時獲取所述微處理器的所述電壓、所述溫度和所述硅器件時延。

6、結合第一方面，在本技術一實施例中，所述性能退化適配模塊設有異常報警單元，當所述性能退化適配模塊檢測到性能折損達到預設的性能折損率閾值，所述異常報警單元輸出預警信號并向所述微處理器發(fā)送中斷信號。

7、結合第一方面，在本技術一實施例中，所述第一電壓頻率適配模塊包括第一電源調(diào)節(jié)模塊和第一頻率調(diào)節(jié)模塊，所述第二電壓頻率適配模塊包括第二電源調(diào)節(jié)模塊和第二頻率調(diào)節(jié)模塊，所述第一電源調(diào)節(jié)模塊和所述第一頻率調(diào)節(jié)模塊均與所述電壓頻率執(zhí)行優(yōu)化模塊、所述電壓頻率配置檢驗模塊連接，所述第二電源調(diào)節(jié)模塊和所述第二頻率調(diào)節(jié)模塊均與所述電壓頻率執(zhí)行優(yōu)化模塊、所述微處理器連接。

8、第二方面，本技術實施例提供了一種用于工業(yè)控制的微處理器調(diào)頻調(diào)壓方法，應用如前面的一種用于工業(yè)控制的微處理器調(diào)頻調(diào)壓裝置，包括：獲取微處理器的初始測量參數(shù)集和當前測量參數(shù)集；設置所述微處理器的配置模式，并根據(jù)所述配置模式和所述初始測量參數(shù)集生成初始電壓頻率表，所述配置模式為安全模式和性能模式中的任意一種，所述安全模式和所述性能模式對應的主頻不同；獲取所述微處理器的性能電壓相關系數(shù)β和性能溫度相關系數(shù)γ；根據(jù)所述性能電壓相關系數(shù)β、所述性能溫度相關系數(shù)γ、初始測量參數(shù)集和所述當前測量參數(shù)集，計算得到性能折損因子；根據(jù)所述性能折損因子對所述初始電壓頻率表進行折損處理，生成電壓頻率配置表；基于所述電壓頻率配置表對所述微處理器的主頻和電壓進行調(diào)整，并對調(diào)整后的所述主頻和所述電壓通過校驗電路進行數(shù)據(jù)檢驗測試，得到測試結果；在所述測試結果表征測試合格的情況下，應用調(diào)整后的所述主頻和所述電壓。

9、結合第二方面，在本技術一實施例中，所述初始測量參數(shù)集包括所述微處理器的初始電壓、初始溫度和初始硅器件時延；所述根據(jù)所述配置模式和所述初始測量參數(shù)集生成初始電壓頻率表，包括：讀取所述配置模式對應的主頻；確定所述微處理器的電壓和頻率的關系曲線，并根據(jù)所述初始硅器件時延對所述關系曲線進行調(diào)整，得到優(yōu)化后的電壓和優(yōu)化后的關系曲線；根據(jù)所述初始溫度和優(yōu)化后的所述關系曲線，建立溫度補償模型；將讀取到的所述主頻代入所述溫度補償模型中，計算出在所述主頻下所述微處理器所需的電壓值；將所述主頻及所述主頻對應的電壓值添加到預先構建的數(shù)據(jù)結構中，形成初始電壓頻率表。

10、結合第二方面，在本技術一實施例中，所述當前測量參數(shù)集包括所述微處理器的當前電壓、當前溫度和當前硅器件時延；所述根據(jù)所述性能電壓相關系數(shù)β、所述性能溫度相關系數(shù)γ、所述初始測量參數(shù)集和所述當前測量參數(shù)集，計算得到性能折損因子，包括：根據(jù)所述性能電壓相關系數(shù)β、所述初始電壓和所述當前電壓，計算得到電壓性能；根據(jù)所述性能溫度相關系數(shù)γ、所述初始溫度和所述當前溫度，計算得到溫度性能；根據(jù)所述電壓性能、所述溫度性能、所述當前硅器件時延和所述初始硅器件時延，計算得到性能折損因子。

11、結合第二方面，在本技術一實施例中，所述對調(diào)整后的所述主頻和所述電壓進行測試，得到測試結果，包括：監(jiān)測所述微處理器內(nèi)部硅器件的關鍵性能指標，根據(jù)所述關鍵性能指標確認硅器件基于所述電壓頻率配置表的工作狀態(tài)，得到測試結果。

12、結合第二方面，在本技術一實施例中，所述方法還包括：在所述測試結果表征測試不合格的情況下，對所述電壓頻率配置表的電壓等級進行升級處理以及自檢，當自檢結果表示不通過，則向所述微處理器發(fā)送中斷請求。

13、與現(xiàn)有技術相比，本技術實施例的有益效果在于：通過各模塊協(xié)同，依據(jù)微處理器參數(shù)精準計算性能折損因子，實時適配電壓頻率調(diào)度策略。用戶可根據(jù)不同場景靈活調(diào)用配置模式，在低算力場景下，降低微處理器工作電壓，有效減緩芯片應力退化；在高算力場景中，合理提高工作電壓及主頻，使帶浮點擴展指令集的中央處理器能夠完成傳統(tǒng)數(shù)字信號（digital?signal?processor，dsp）處理器的復雜運算任務。這種方式突破了傳統(tǒng)策略對主頻提升的限制，即便在極端工控環(huán)境下芯片性能出現(xiàn)退化也能良好適應。同時，無需復雜調(diào)度軟件，僅依靠硬件化的各模塊配合即可完成調(diào)頻調(diào)壓。在調(diào)頻調(diào)壓前，兩種模式均會進行在線檢驗，確保調(diào)整的合理性與安全性，大大提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，這使得微處理器在不依賴先進制程的情況下，也能利用浮點指令實現(xiàn)復雜實時數(shù)據(jù)運算，提升數(shù)據(jù)處理能力。