專利名稱：計算裝置中的存儲管理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明披露了 一種改進計算裝置的能耗的方法，尤其是通過降
低由裝置的隨機存取存儲器(RAM )所消耗的功率來改進計算裝置
的能耗。
背景技術(shù)：
正如文中使用的術(shù)語計算裝置，將被廣泛地解釋為覆蓋任何形 式的電計算裝置，并且包括數(shù)據(jù)記錄裝置、任何類型或形式的計算 機(包括諸如個人數(shù)字助理(PDA)的手持和個人計算機)，以及 任4可波形系凄t (form factor)的通信裝置(包4舌移動電"i舌、智能電 話、將通信、圖像記錄和/或重放以及計算功能結(jié)合在一個單獨裝置 中的通信器)，以及其它形式的無線和有線信息裝置，包括數(shù)字照 相機、MP3和其它的音樂播放器、以及數(shù)字無線電設(shè)備。
由于多種原因，最小化由計算裝置使用時所消耗的功率量是非 常重要的。對于一類裝置，即，諸如移動電話、音樂播放器或便攜 式游戲-操作臺的電池供電的移動計算裝置，已知在不需要對電池充 電或替換電池的情況下，裝置可以運轉(zhuǎn)的時間長度在決定關(guān)于購買 哪種類型的裝置時是一個關(guān)鍵因素，因此，對每天使用的方式有主 要影響。最小化這種裝置消耗的功率量很明顯是這個領(lǐng)域中關(guān)鍵技 術(shù)中的一個。然而，對于所有裝置，即4吏運4亍于主電源并且不一皮影 響移動電池供電裝置的同樣缺乏的能源所限制的那些裝置，最小化
功耗是能量效率的關(guān)4建度量，能量效率被認(rèn)為是全球努力保護環(huán)境 的主要部分。
已知計算裝置中使用的軟件構(gòu)件的設(shè)計可對裝置功耗具有主
要的斧》口向。美國J文府的Energy Star i十戈'J ( http:〃www.energystar.gov )
鼓勵諸如打印機、》茲盤驅(qū)動器和監(jiān)視器的裝置制造商以他們能檢測 到休止?fàn)顟B(tài)周期并且通過轉(zhuǎn)向相對低功率模式來響應(yīng)他們的方式 來設(shè)計他們的產(chǎn)品，并且許多臺式計算機在他們的操作系統(tǒng)中包括
功率管理配置。
操作系統(tǒng)設(shè)計中的改進可以最小化移動計算裝置中的功耗的 方式的一個實例是在存々者管J里(memory management) 4頁i或。
例如，計算裝置上的存儲器通常以存儲體(bank)形式設(shè)置， 具有用于將數(shù)據(jù)從例如裝置的中央處理器(CPU)傳遞到每個存儲 體的地址或數(shù)據(jù)總線。在圖1中示意性地示出了這種類型的存〗諸器 的實例。實質(zhì)上，每個存儲體相對于數(shù)據(jù)總線并行設(shè)置，其中，由 裝置的中央處理器(CPU)所使用的數(shù)據(jù)總線的寬度指示每個存儲 體的大小。因此，具有32位凄t據(jù)總線的CPU將具有設(shè)置成32位 寬的存儲體形式的存儲器。還存在多種方式可以配置裝置中的 RAM。例如，存儲器可被配置成每個裝置多個存儲體，如圖2所示。 可選地，可以使用不包含多個存儲體的RAM器件來配置裝置中的 存儲器，但是可以使每個RAM器件本身單獨地進入自刷新，如圖 3所示。實際上用于提供裝置動態(tài)存儲器的RAM器件的數(shù)量也是 系統(tǒng)設(shè)計者的選擇，并且通常在某些方面依賴于器件的功能。
在標(biāo)題為"計算裝置中的存儲管理"的GB2406668A中披露了 操作系統(tǒng)可以利用設(shè)置存儲器的這種方式，以最小化功耗并使計算 裝置更節(jié)能。該文獻描述了計算裝置如何能重新排列其正在使用的
物理隨機存取存儲器(RAM)以占用最小數(shù)量的鄰接塊，從而產(chǎn)生 可以一皮完全斷電和切斷的未^f吏用的存4諸體。
除存儲體被"接通"或"斷開"之外，現(xiàn)在可以將其置于第三 種狀態(tài)，在該第三種狀態(tài)中，其仍處于上電模式，但盡管如此與完 全"接通"模式相比，仍然消耗明顯較少量的功率。
這種低功率模式有時被稱作等待模式，但被更精確地稱為自刷 新才莫式。其是諸如移動SDRAM (同步動態(tài)RAM )的新型存儲器的 顯著特征。自刷新已被描述為"使DRAM能自己刷新并且獨立于 CPU或外部刷新電路的存儲技術(shù)"。自刷新技術(shù)成為DRAM芯片自 身的組成部分并且顯著地降低了功耗"。
當(dāng)整個計算裝置被置于等待模式時，例如，當(dāng)便攜式電腦進入 休眠時，將所有存儲器置為自刷新模式節(jié)省了相當(dāng)量的功率并且延 長了電池壽命；通常，這種裝置中的大多數(shù)內(nèi)部時鐘和緩沖器也被 禁用并且被置為自刷新模式。
因為當(dāng)處于自刷新時，存儲體不能被CPU訪問，所以存在將 存儲體設(shè)置為"低功率"模式的代價；為了能被訪問，存儲體必須 被去除自刷新模式并且置于全功率模式。這就是為什么自刷新通常 僅在整個計算裝置處于等待時才被使用的原因。
運行的存儲管理的當(dāng)前才莫型，例如上面4是及的GB2406668A, Wi定4叉存在用于存儲器的兩個有效狀態(tài)；或者1妻通"或者"斷開" (完全上電，或者完全斷電)。該;漠型不考慮由諸如自刷新的低功 率模式表示的中間狀態(tài)。 因此，本發(fā)明的目的是通過利用這種低功率模式來降低計算裝 置的功耗。
根據(jù)本發(fā)明的第 一方面，提供了 一種管理計算裝置中的資源的 方法，該計算裝置包括能夠在簡化功能低功率模式下運轉(zhuǎn)的存儲
器，i亥方法包4舌
a. i口、另'J已纟至尋皮分西己^旦當(dāng)前^寺用(inactive)的存4諸》夾；
b. 將所述待用存儲塊的內(nèi)容收集在被識別的用于收集待用 數(shù)據(jù)的一個或多個物理存4諸體中；
c. 將所述待用存儲塊的位置重新映射到所述物理存儲體中；
d. 將所述物理存儲體置于低功率模式，用于節(jié)約能量；以及
其中
e. 對已經(jīng) 一皮置為低功率沖莫式的任何物理存儲體的隨后訪問 使裝置將所述物理存儲體置于正常的全功率操作模式。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了 一種被編程用來實現(xiàn)根據(jù)第一 方面的方法的計算裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了 一種用于使計算裝置根據(jù)第一 方面的方法來運轉(zhuǎn)的4喿作系統(tǒng)。


現(xiàn)在，將參考附圖，僅通過進一步的實例，來描述本發(fā)明的實
施例，其中
圖1示出了使用具有多個存儲體的單個RAM器件的存儲系統(tǒng)；
圖2示出了使用每個器件具有多個存儲體的多個RAM器件的 存4諸系統(tǒng)；
圖3示出了使用不包含多個存儲體但可以使每個RAM器件單 獨進入自刷新模式的多個RAM器件的存儲系統(tǒng)；以及
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明在計算裝置的三存儲體動態(tài)存儲器中重 新排列現(xiàn)用(active)和空閑的存4諸器的實例。
具體實施例方式
在本發(fā)明背后的理解是，作為計算裝置中現(xiàn)用的存儲管理方案 的一部分，可以通過識別待用的(最近沒有被使用的)數(shù)據(jù)并將這
種數(shù)據(jù)收集在一個或多個存儲體中，來開發(fā)潛力以進一步降低裝置 的功耗，然后，即使當(dāng)計算裝置在完全操作時， 一個或多個存儲體 可以被保持在自刷新的低功率模式下。
由于在自刷新模式下，存儲體將消庫€遠(yuǎn)小于其在全運行狀態(tài)下 的功率，結(jié)果是潛在地節(jié)省了功率。因為這種低功率狀態(tài)僅用于已 經(jīng)被識別為待用的存儲器，保持存儲器處于自刷新(其不能被立即 訪問)的缺點并不顯著地影響裝置的總體性能。
以下描述將4艮容易地^皮i殳計計算裝置的本領(lǐng)域才支術(shù)人員所理 解，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，諸如請求調(diào)頁、異常處理、存儲
器石爭片整理、空線一呈和存4諸管理單元(MMU)的才既念是熟悉的。
一步描述。此外，盡管本發(fā)明在自刷新方面進行了主要描述，這并 不意味著限制本發(fā)明的范圍，其可適用于4壬何其它以限制功能為代 價來保存能量的低功率模式。
實現(xiàn)本發(fā)明的初始步驟是，識別未積相 使用的已分配的存4諸 塊。為了本發(fā)明的目的，存儲塊可以纟皮定義為存儲分配單元。這種
存儲器的實例可以包括
存儲器，已經(jīng)被分配給在較長的一段時間處于空閑的后臺應(yīng) 用程序
緩沖器，僅偶爾使用但因為其內(nèi)容必須凈皮保存，所以仍然永 久i也灃皮分酉己
大多凄丈字體和位圖
裝置特定的分配的存儲器；例如，在移動電話上，通常僅在 打電話時通話H據(jù)才#皮4吏用
代碼，存在于RAM中，例如，從可移動介質(zhì)加載、從因特 網(wǎng)或無線廣播月l務(wù)下載、或者作為NAND中的代碼的遮蔽
(shadow )，但是當(dāng)前沒執(zhí)行
以"突發(fā)"的方式使用的存儲器；即，其并不是嚴(yán)格的空閑， 而僅在相對短的周期內(nèi)被訪問，并且在較長的周期內(nèi)處于空閑，且 關(guān)于訪問的小等待時間是可以接受的。
在一些計算裝置(實現(xiàn)請求調(diào)頁的那些最顯著的裝置)上，最 近最少使用的存儲塊的識別被常規(guī)地執(zhí)行，并且因此將不需要附加
的處理開銷。然而，應(yīng)當(dāng)注意，用于識別這類4寺用存4諸器的4青確方 法不是本發(fā)明的 一部分，其與如何利用該信息來最小化存儲器功4毛 有關(guān)，并因此節(jié)約功率。
可以實SL這點的 一種方法如下
保存候選的待用存儲區(qū)域列表(其中區(qū)域是鄰近范圍的邏輯存 儲塊)。這些將是相對持久的一段時期沒有使用的區(qū)域。得出這個 列表的一種方式是使計算裝置保存大部分最近使用過的(MRU)列 表，其中，"使用中，，的存儲區(qū)域被移動到表的頂部。以這種方式， 存儲塊以使用頻率來排列，并因此，表底部中的存儲區(qū)域是包含在 待用存儲區(qū)域的列表上的主要候選者。
確定區(qū)i或是否'M吏用中"可以以多種方式寺丸4亍。 一種方法是當(dāng) 進程被調(diào)度以運行時，將與進程有關(guān)的所有存儲區(qū)域移到列表的頂部。
在應(yīng)用程序客戶能通知存儲器識別處理存儲區(qū)域本身是空閑 的(例如，應(yīng)用程序進入到后臺，或者電話呼叫已經(jīng)結(jié)束)情況下， 那個區(qū)域被添加到候選存儲區(qū)域的列表中，并且可以放置到列表的 底部作為"主要候選"，用于作為等待模式運轉(zhuǎn)的選擇。
一旦待用存儲區(qū)域的列表已經(jīng)被確定，就可能通過將其各自內(nèi) 容拷貝到新存4諸體來爿夸其引用的所有存小者塊的內(nèi)容匯編(assemble ) 到 一個或多個物理存4諸體中。
典型地，現(xiàn)代計算裝置包括負(fù)責(zé)將邏輯存儲地址映射到物理存 儲單元的MMU;在本發(fā)明優(yōu)選的實施方式中，計算裝置包括確保 從一個物理單元到另一個物理單元的存儲塊的4壬4可拷貝伴隨著將
這種塊的邏輯地址重新映射到其新的物理單元的MMU。應(yīng)當(dāng)注意， 該技術(shù)對于存儲管理領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟悉的。
收集待用塊的優(yōu)選策略以及其之后的4吏用如下
,人那些包含纟寺用塊和非〗寺用塊的混合中識別兩種特殊的存 儲體，第一種是具有最多數(shù)量的待用塊的存儲體以及第二種是具有 最少數(shù)量的待用塊的存儲體。
將來自第 一混合存儲體的非待用塊的內(nèi)容與來自第二混合 存儲體的待用塊的內(nèi)容交換，直到存儲體中的一個存儲體不再混
合，在這一點上，,人前面的步驟重復(fù)該過程。
繼續(xù)上述的重復(fù)，直到<又存在一個混合的存4諸體。
在這一點上，計算了包含非待用塊的存儲體中未被使用的塊 的總數(shù)，并且如果通過將非待用塊拷貝到未被使用的塊中而將非待 用塊從剩余的混合存儲體中去除是可能的話，則執(zhí)行這個處理步驟。
然后，將僅包含待用數(shù)據(jù)的存儲體置于低功率才莫式下；注意 到，只要存儲體完全由待用塊組成時，實際上這可以與上述重復(fù)步 驟同時寺丸行。
只要將僅包含待用數(shù)據(jù)的存儲體置于低功率模式下，MMU 就在那個存儲體上i殳置—又限，以便如果對其試圖進4f任何訪問就產(chǎn) 生處理器的異常。
在隨后的使用中， 一旦已經(jīng)生成上面沖是及的異常，則異常處 理禾呈序4丸4于以下步備聚
o 將需要被訪問的存儲體切換到其正?，F(xiàn)用操作模式；
。 改變存儲體上的權(quán)限，以便將來的訪問不產(chǎn)生異常；
o 然后，重試指令以訪問存儲器。
o 關(guān)于該第二次嘗試，存儲體將不再處于備用的自刷新模
式，因此其能如正常一才羊凈皮讀耳又。
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)整個計算裝置此后被置于備用或低功率模式下 時，自那個狀態(tài)出現(xiàn)時，有必要檢查哪些存儲體具有如上設(shè)置的權(quán)
限，以在訪問時產(chǎn)生異常；即使裝置的其余部分在全功率下運行， 應(yīng)將這種存儲體保持在低功率模式下。
雖然上述處理本身消耗功率(顯著地通過其需要的數(shù)據(jù)拷貝) 是真實的，待用數(shù)據(jù)正被分類(collate)這個事實保證拷貝存儲塊 實際上將是例外而不是慣例。因此，本發(fā)明必然的好處是，其改進 了整個裝置的能效率。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將注意到，該處理有些類似于現(xiàn)用存儲器的碎 片整理，如上面提到的GB2406668中所披露的，其能夠關(guān)掉未使用 的塊。和那個發(fā)明一樣，本發(fā)明的方法可以有利地在空線程中運行，
本發(fā)明可以在裝置上作為后臺任務(wù)來運行。
本發(fā)明優(yōu)選的實施方式是在結(jié)合MMU的計算裝置上。然而， 在沒有MMU (或如果MMU不能4;M于上述處理中的任意步驟)的 情況下，CPU可以7 a旦在上面描述中已經(jīng)#皮識別為需要MMU的所
有任務(wù)。在本發(fā)明的又一實施例中，當(dāng)存儲體被去除低功率模式時，本 發(fā)明的實施例可以被實現(xiàn)，計算裝置考慮將需要凈皮訪問的存Y渚區(qū)域
移動到當(dāng)前現(xiàn)用存<諸體中的未4吏用的空間中；這意p木著，可以將那 個存儲體中的存儲器的其余部分返回到自刷新。為實現(xiàn)這點所提出
的機制可取決于由定時器驅(qū)動的區(qū)域保持現(xiàn)用的時間。如果定時器 期滿，區(qū)域現(xiàn)在被認(rèn)為是顯著地"使用中"并且一皮移動。如果其僅 暫時地被使用，避免浪費功率將其拷貝到現(xiàn)用存儲體然后將其拷貝 回自刷新的存儲體，則這是必須的。
圖4以i兌明的形式示出了重新4非列計算裝置的RAM中的現(xiàn)用 和空閑存^f渚器的實例。在該實例中，RAM包括三個存儲體。在圖 的左側(cè)示出了原始的物理存4諸器(重新排列之前)，其中，可以看 出存儲體O和存儲體l每個都包含現(xiàn)用、空閑和未占用的(未被分 配的)存儲器，以及存儲體2主要包含空閑的存儲器，僅包含一小 部分現(xiàn)用存儲器。因為每個存儲體都包含一部分現(xiàn)用存儲器，所以 所有三個存儲體都將正常地被保持在全帶電模式下，同時伴隨相對 高的功耗。然而，根據(jù)本發(fā)明，將存儲體2中唯一現(xiàn)用存儲區(qū)域移 到存儲體0,并且用來自存儲體0的空閑存儲區(qū)域替換，所以存儲 體2現(xiàn)在僅包含空閑存儲器。同樣地，將存儲體l中的兩個現(xiàn)用存 儲區(qū)域移到存儲體0,并且用來自存儲體0的兩個未占用的存儲區(qū) 域替換。因此，所有現(xiàn)用存^諸區(qū)域現(xiàn)在一皮集中到存儲體0中，同時 存儲體1僅包含空閑和未占用存儲區(qū)域的混合，以及存儲體2僅包 含空閑存儲區(qū)域。圖4中的右側(cè)示出了這種重新排列之后的存儲體。 因此，存儲體1和存儲體2可以被切換成自刷新以省電，同時存儲 體O保持在"接通"模式下。
因此，本發(fā)明是極其有用的技術(shù)，如果不存在未使用的存儲體， 則其可以被隔離使用，或者除此之外關(guān)閉未被使用的存儲體。其利 用的事實是，對于分配但未積極使用的計算裝置上的大量存儲器極
其普遍。例如，多用戶系統(tǒng)將常常保持開放的但在后臺中的應(yīng)用程 序。同樣，某些類型的進程可永久地存在于系統(tǒng)中并且分配大量的 存儲器，但其大部分時間是空閑的-電話機上的通話、或超高速緩 沖存儲器是很好的實例。
本發(fā)明不限于tt據(jù)存儲器而是還可應(yīng)用到用于遮蔽(shadow ) 代碼的存儲器。例如，在基于NAND-閃存的系統(tǒng)中，可以存在大 量被遮蔽到RAM ^f旦未實際才丸行的代碼。這或者是因為NAND -閃 存被簡單地遮蔽為單獨的存儲塊，或者是因為進程和線程雖然被加 載了4旦是空閑的。這還可以應(yīng)用到允許通過可移動介質(zhì)、因特網(wǎng)或 無線廣纟番下載來安裝代碼的系統(tǒng)。作為實例，智能筆跡(handwriting ) 識別系統(tǒng)可需要4氣石馬RAM (例如，,人NAND遮蔽)加上筆跡H據(jù)、 字典和運行的RAM。系統(tǒng)的所有這些部件都是容易地一皮裝置用戶 得到的，但僅在用戶真正輸入筆跡時，系統(tǒng)才真正運行，其通常僅 是裝置上電后的全部時間的相對小的 一部分。
假定計算裝置已經(jīng)實現(xiàn)了用于收集存儲器的碎片整理算法，以 最大化可以被關(guān)掉的未使用的存儲體的數(shù)量，本發(fā)明可以擴展并且 重新使用這種算法，以便也收集待用存儲器。在這種情況下，可以 將RAM存儲體切換成自刷新以節(jié)省更多的功率。當(dāng)需要時重新激 活存儲器，僅引起將存儲體去除自刷新的小時延。這個時延遠(yuǎn)比將 數(shù)據(jù)重新加載到RAM中所需的時間小。
為所有裝置(無論電池還是電力網(wǎng)供電的)省電的好處是，其 本身的能效率有益于環(huán)境。此外，對于移動的電池供電的計算裝置， 改進的能效率等同于較長的電池壽命并且為主人增加效用。
盡管已經(jīng)參考特定實施例描述了本發(fā)明，《旦是應(yīng)當(dāng)理解，在由 所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以實施修改。
權(quán)利要求
1.一種管理計算裝置中的資源的方法，所述計算裝置包括能夠在簡化功能低功率模式下運行的存儲器，所述方法包括a.識別已經(jīng)被分配但是待用的存儲塊；b.將所述待用存儲塊的內(nèi)容收集在被識別的用于收集待用數(shù)據(jù)的一個或多個物理存儲體中；c.將所述待用存儲塊的位置重新映射到所述物理存儲體；d.將所述物理存儲體置于低功率模式以節(jié)約能量；以及其中e.對已經(jīng)被置于低功率模式的任何物理存儲體的隨后訪問導(dǎo)致所述裝置將所述物理存儲體置于正常的全功率操作模式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述存儲器是同步動態(tài)隨 機存取存儲器，以及其中，所述低功率模式是自刷新。
3. 才艮據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，經(jīng)由最近使用過的列 表的維護來管理那些待用的存儲塊的所述識別。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，以往的存儲器 使用模式的分析被用于確定存儲器的特定區(qū)域是否被看作是 待用的。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，通過空線程或 者通過后臺任務(wù)來實現(xiàn)將所述待用存^f諸塊的所述內(nèi)容收集在 一個或多個物J里存卩諸體中。
6. 4艮據(jù)前述4又利要求中任一項所述的方法，其中，通過在具有現(xiàn) 用塊和最多待用塊的存儲體與具有現(xiàn)用塊和最少待用塊的存 儲體之間反復(fù)地交換塊來執(zhí)行待用存儲塊的收集。
7. 4艮據(jù)前述4又利要求中任一項所述的方法，其中，a. 設(shè)置關(guān)于在低功率模式下的包含待用數(shù)據(jù)的任意物理 存儲體的權(quán)限，以便當(dāng)訪問所述存儲體中的任一個時，引起處理器異常；以及b. 用于所述處理器異常的處理程序?qū)⑺龃鎯w切換到 正常操作模式，并在重新訪問所述存儲器之前重置所述纟又限， 以阻止進一步的訪問產(chǎn)生異常。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，存儲管理單元(MMU )用來<更于識別特定存儲塊《可時凈皮訪問。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，存儲管理單元 用于重新映射從存儲器的 一個物理存儲體移動到另 一個物理 存儲體的任意存儲塊的邏輯地址。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，對在低功率模 式下的包含待用數(shù)據(jù)的存儲體中的 一個或多個存儲塊的訪問 導(dǎo)致所述存儲塊被移入現(xiàn)用存儲體中，同時包含待用數(shù)據(jù)的所 述存儲體中的所述一個或多個存儲塊被再次置于低功率模式。
11. 一種一皮編程用于#1行4艮據(jù)4又利要求1至10中任一項所述方法 的計算裝置。
12. —種用于使計算裝置根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述方法 運4亍的才喿4乍系纟克。
全文摘要
一種結(jié)合有諸如移動SDRAM的存儲器的計算裝置，其能夠通過在低功率自刷新模式下操作來節(jié)約能量，能夠識別那些被分配但待用的存儲區(qū)域。這些區(qū)域被集中到特定的存儲體中，以便創(chuàng)建僅包含待用數(shù)據(jù)的存儲體，并且然后其被置為自刷新。這降低了由計算裝置所消耗的功率，并且改進了裝置的能效率。
文檔編號G06F1/32GK101185066SQ200680017042
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月18日
發(fā)明者理查德·菲茨杰拉德 申請人:西姆畢恩軟件有限公司