CN114490252A - 一种计算机的功耗管理及温度控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机的功耗管理及温度控制系统和方法，属于计算机固件技术领域。系统能够获取到设置在计算机硬件上的温度传感器的信息，并通过BIOS提供的ACPI信息表，实现对温度传感器信息的定位，即，判定该温度来自于哪款硬件，而后功耗管理及温度控制系统根据不同的应用场景使用主动降温策略或被动降温策略，对计算机功耗和温度进行管理，实现功耗和温度的平衡统一。本发明能够解决计算机功耗管理及温度控制缺乏应用场景感知的问题。

Description

一种计算机的功耗管理及温度控制系统和方法

技术领域

本发明属于计算机固件技术领域，具体涉及一种计算机的功耗管理及温度控制系统和方法。

背景技术

目前，国产计算机的功耗及散热方法，一般是采用EC(嵌入式控制器，EMBEDDEDCONTROLLER)、CPLD(复杂可编程逻辑器件，Complex Programmable Logic Device)或其他硬件直接控制风扇，对系统功耗产生的热量进行消散。在某些机型中，EC和CPLD会读取CPU或系统的温度，控制风扇转速。若无法读取CPU或系统温度进行处理的部分，计算机风扇会采用固定速度运行。上述不足导致计算机功耗管理和温度控制缺乏对计算机当前应用场景的感知，用户体验不智能(用户希望的散热体验与计算机提供的散热机制不同。如办公时，用户希望风扇静音、CPU不需要高频运行；如游戏时，用户希望游戏体验最好)。

目前，在计算机领域，特别是国产计算机领域中，现有技术无法和用户的使用场景和状态进行深度匹配，例如：客户在使用计算机时，目前散热方案无法判断系统是在玩游戏需要的高性能散热或是在处理文档时需要的低性能及散热方案，同时客户也无法通过操作系统的设置，来自定义散热和性能方案，性能和能源的消耗与用户在系统下使用场景会出现不匹配。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种计算机的功耗管理及温度控制系统和方法，能够解决计算机功耗管理及温度控制缺乏应用场景感知的问题。

一种计算机的功耗管理及温度控制系统，系统能够获取到设置在计算机硬件上的温度传感器的信息，并通过BIOS提供的ACPI信息表，实现对温度传感器信息的定位，即，判定该温度来自于哪款硬件，而后功耗管理及温度控制系统根据不同的应用场景使用主动降温策略或被动降温策略，对计算机功耗和温度进行管理，实现功耗和温度的平衡统一。

进一步地，所述功耗管理及温度控制系统包括操作系统、BIOS温度管理模块、ACPI通信模块和EC温度管理模块；

操作系统通过获取到的计算机关键硬件温度，基于BIOS提供的ACPI信息表准确将温度与硬件进行绑定，自动化地执行符合当前应用场景的主动降温策略或被动降温策略。

BIOS层温度管理模块，用于定制涉及到功耗管理的硬件和软件定义，如为OS声明被动散热支持的CPU列表及数值、包括风扇控制的定义。

ACPI通信模块，用于通过ACPI协议实现BIOS层和操作系统的通信。

EC温度管理模块收集温度变化和风扇转速度，通知操作系统，以及接收来自于操作系统的散热策略的控制，控制风扇转速；当EC温度管理模块检测到用户场景变化(如在使用电池时插上电源)，还会通知操作系统更新散热和性能策略。

进一步地，所述操作系统包括ACPI解析模块、被动散热策略模块、主动散热策略模块和驱动通信模块；

ACPI解析模块用于解析BIOS传递到操作系统的ACPI表，并提取出温度和硬件的匹配信息；

被动散热策略模块用于调整处理器的运行频率，从而控制处理器温度；若处理器运行频率高、功率消耗大，处理器的温度相对高；若处理器运行频率低、功率消耗小，处理器的温度相对低；

主动散热策略模块用于调整风扇的转速，从而控制主板的温度；若风扇的转速高，则主板降温的效率高；若风扇的转速低，则主板降温的效率低；

驱动通信模块用于实现CPU和风扇的驱动，使操作系统能够直接控制风扇转速和CPU频率。

一种计算机的功耗管理及温度控制方法，该方法的实现包括以下步骤：

步骤一、BIOS温度管理模块依据硬件配置,如EC、CPU和相关硬件，设定和生成不同散热策略，存放在ACPI表中；

步骤二、操作系统启动初始化，操作系统依据自身平台的驱动能力和BIOS提供的ACPI表提供的散热策略进行融合，将温度和硬件进行绑定，操作系统判断用户的使用场景是否处于高计算资源消耗型场景或低计算资源消耗型场景；高计算消耗型场景如工程制图、网络游戏；低资源消耗型如上网、处理文档；

步骤三、操作系统启动运行；

步骤四、操作系统将捕捉计算机温度相关事件；

步骤五、判断捕捉事件为以下三类时，将触发不同分支；三类事件包括，温度变化事件、 OS用户使用场景变化事件、用户设置变化事件；若触发事件为温度变化事件，则转入步骤五；若触发事件为OS用户使用场景变化事件，则转入步骤十；若触发事件为用户设置变化事件，则转入步骤十三；未触发特殊事件时(OS用户使用场景变化、温度变化、用户设置变化)，则转入步骤四；

步骤六、判断触发事件为温度变化导致，即温度超出了阈值；

步骤七、执行温度变化方法和策略；

步骤八、执行主动散热策略，调节风扇转速；若当前温度已经超过了主动散热温度触发点，则将加速风扇转速，按照策略中该温度点对应的转速进行散热；

步骤九、执行被动散热策略，调节CPU频率和电压；若当前温度已经超过了被动散热温度触发点，则降低CPU的电压和频率，将CPU电压和频率调整到该温度点对应的电压值和频率值；

步骤十、判断当前温度是否为紧急温度(某个温度极限值)。若为紧急温度，则转入步骤十六。若不是紧急温度，则转入步骤四；

步骤十一、判断触发事件为OS用户使用场景变化导致；

步骤十二、根据OS使用场景变化方法，调整散热策略；

步骤十三、调整主动、被动、紧急触发温度和风扇转速关系，以及CPU的频率与电压支持关系。转入步骤四；

步骤十四、判断触发事件为用户设置变化导致(如用户设置为高性能、平衡等计算机运行模式)；

步骤十五、执行使用者设置方法，调整策略；调整主动、被动、紧急触发温度和风扇转速关系，以及CPU的频率与电压支持关系，转入步骤四；

步骤十六、关机休眠。

进一步地，所述步骤二中，在OS启动初始化时，可由计算机的BIOS提供的ACPI表或OS或EC来设置初始值，包括主动散热策略、被动散热策略和紧急散热策略中温度和风扇对应关系表，CPU的频率和电压对应关系表和紧急策略的温度值。

进一步地，所述步骤四中，操作系统收到温度信息的方式包括：操作系统轮询获取温度传感器的温度信息；EC产生中断，并向操作系统报送温度信息。

进一步地，所述步骤七中将执行温度变化方法和策略的具体内容包括：BIOS温度管理模块提前制定主动散热温度点和被散热策略的温度触发阈值，若当前温度已经超过了主动散热温度触发点，则将加速风扇转速，按照策略中该温度点对应的转速进行散热；若当前温度已经超过了被动散热温度触发点，则降低CPU的电压和频率，将CPU电压和频率调整到该温度点对应的电压值和频率值；当前温度已经超过了主动和被动热策略设置的温度点时，则降频和风扇同时启动所设触发点温度对应的频率和转速。

进一步地，所述步骤十一中，用户设置场景变化是指：如从原有“平衡散热策略”，转为“性能优先散热策略”，当用户直接修改当前散热策略时，将触发相关策略的修改与执行。

进一步地，所述步骤十二中，用户使用场景变化是指：如:从原有“文字软件办公场景”，转为“游戏场景”，当用户启动和使用某类软件时，代表了其希望执行某类场景，操作系统自动检测所启动的软件类型和CPU/GPU使用情况，依据用户使用场景变化，触发当前散热策略的修改与执行。

有益效果：

1、本发明的系统采用ACPI管理规范框架，基于CPU的硬件及架构条件，特别是国产CPU 平台特点，以及利用现有操作系统对ACPI的支持，设计出相应的方法。

2、本发明的方法能使操作系统依据客户的使用场景来动态调节CPU的性能和风扇散热表现，可自动化实现对用户当前应用场景的感知，并依据预定散热策略，提供较佳的散热效率和性能的平衡(如在办公室提供CPU降频和风扇静音降温)。

附图说明

图1为计算机功耗管理及温度控制系统框架图；

图2为计算机功耗管理及温度控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明的计算机功耗管理及温度控制系统总体框架包含三个层次，系统层、固件策略层和硬件层：

系统层可以获取计算机温度传感器(EC)的状态，依据温度变化和用户使用场景，跟据 ACPI BIOS约定的方法及策略，控制风扇转速或调整CPU频率，从而改变整机功耗和散热表现。

固件策略层介于系统层和硬件层之间，通过ACPI BIOS定义功耗管理及温度控制方法，并向操作系统(OS)进行传递。ACPI BIOS固件为OS和EC声明了涉及功耗管理的硬件和软件定义(如为OS声明被动散热支持的CPU列表及数值、包括风扇控制的定义等)。

硬件层包括了EC、CPU和风扇。其中，EC的作用是收集温度变化和风扇转速度情，通知 OS，以及接收来自于OS的控制，控制风扇转速。当EC检测到用户场景变化(如在使用电池时插上电源)，还会通知OS更新散热和性能策略。CPU的运行频率也会影响其功耗，通过调整CPU运行频率，将会改变其温度。风扇的转速影响了散热效率，越高的风扇转速可以降低温度。

本发明提供了一种计算机功耗管理及温度控制方法，以用户在使用笔记本机型并从“办公场景”自动切换到“游戏场景”为例，其实现步骤如下：

步骤一、笔记本BIOS中的ACPI Table中，存放了散热策略，主要包括以下内容：

1、依据笔记本的需求，定义了主动、被动散热设备：

主动散热设备：风扇设备的定义，包括开和关，及不同转速的定义。

被动散热设备：CPU(支持不同频率和电压的CPU)。

2、散热策略控制：

定义主动散热策略：即，到达预定温度时，打开或关闭及调整相对应的风扇转速，一共最多支持10级，可设定1至10个温度点对应的风扇转速。

定义被动散热策略：即，声明本散热策略控制区的温度达到多少时，被定义的CPU按OS 的使用状况，来调CPU的状态(也就是频率和电压对应关系)，对应关系可以通过本散热策略控制区的d部分进行调节。

定义紧急散热策略：即，达到温度预定时，OS进行关机或OS进行休眠，此温度点可依据机器的硬件方案来确定，或可以通过本散热策略控制区的d部分进行调节。定义了修改策略：即，支持用户自定设置策略和OS自动设置策略。

用户自定设置策略:用户可通过OS(如OS软件设置)或通过BIOS(如BIOS SETUP)及EC(如自定义的游戏加速按钮)来自选择或修改散热策略，包括：提供选择和修改温度和风扇转速及CPU频率对应关系的ACPI方法。

OS自动设置策略：OS依据判断用户使用的软件类型，如按：软件名单，及判断GPU的使用情况，来自动选择或修改散热策略，包括：提供选择和修改温度和风扇转速及CPU频率对应关系的ACPI方法。

步骤二、笔记本操作系统启动初始化时，将获取到ACPI Table，并加载执行散热策略。

步骤三、笔记本操作系统启动运行。

步骤四、笔记本操作系统将通过轮询的方式，根据ACPI Table提供的访问接口，通过温度传感器，获取计算机温度相关事件。

步骤五、判断捕捉事件为以下三类时，将触发不同分支。三类事件包括，温度变化事件、 OS用户使用场景变化事件、用户设置变化事件。

步骤六、本发明涉及的散热系统判断当前的温度变化同时超过了主动散热温度点(72度) 和被动散热温度点(7度)，则此时通知执行主动散热和被动散热方法，即降低CPU电压和频率，提升风扇转速。

步骤七、用户将电源使用策略定为“节能静音”。本发明涉及的散热系统获取到该信息，则调整目前的散热策略，将在CPU降低电压和频率的基础上，降低风扇转速。

步骤八、本发明涉及的散热系统获取到用户当前的主要软件为办公文字类软件。判断当前运行场景为“办公场景”。此时执行“CPU降频运行”、“风扇采用低转速”散热策略。

步骤九、获取到用户关闭办公软件，并开启游戏。开始运行游戏时，温度急剧升高。此时执行“CPU高频运行”、“风扇采用高转速”散热策略。

步骤十、用户开始正常运行游戏。

步骤十一、若用户计算机过热时，并超过了“紧急温度”，则执行计算机强制休眠。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种计算机的功耗管理及温度控制系统，其特征在于，系统能够获取到设置在计算机硬件上的温度传感器的信息，并通过BIOS提供的ACPI信息表，实现对温度传感器信息的定位，即，判定该温度来自于哪款硬件，而后功耗管理及温度控制系统根据不同的应用场景使用主动降温策略或被动降温策略，对计算机功耗和温度进行管理，实现功耗和温度的平衡统一。

2.如权利要求1所述的计算机的功耗管理及温度控制系统，其特征在于，所述功耗管理及温度控制系统包括操作系统、BIOS温度管理模块、ACPI通信模块和EC温度管理模块；

所述操作系统通过获取到的计算机关键硬件温度，基于BIOS提供的ACPI信息表准确将温度与硬件进行绑定，自动化地执行符合当前应用场景的主动降温策略或被动降温策略；

所述BIOS层温度管理模块用于定制涉及到功耗管理的硬件和软件定义；

所述ACPI通信模块用于通过ACPI协议实现BIOS层和操作系统的通信；

所述EC温度管理模块收集温度变化和风扇转速度，通知操作系统，以及接收来自于操作系统的散热策略的控制，控制风扇转速；当EC温度管理模块检测到用户场景变化后通知操作系统更新散热和性能策略。

3.如权利要求2所述的计算机的功耗管理及温度控制系统，其特征在于，所述操作系统包括ACPI解析模块、被动散热策略模块、主动散热策略模块和驱动通信模块；

所述ACPI解析模块用于解析BIOS传递到操作系统的ACPI表，并提取出温度和硬件的匹配信息；

所述被动散热策略模块用于调整处理器的运行频率，从而控制处理器温度；若处理器运行频率高、功率消耗大，处理器的温度相对高；若处理器运行频率低、功率消耗小，处理器的温度相对低；

所述主动散热策略模块用于调整风扇的转速，从而控制主板的温度；若风扇的转速高，则主板降温的效率高；若风扇的转速低，则主板降温的效率低。

所述驱动通信模块用于实现CPU和风扇的驱动，使操作系统能够直接控制风扇转速和CPU频率。

4.一种计算机的功耗管理及温度控制方法，其特征在于，该方法的实现包括以下步骤：

步骤一、BIOS温度管理模块依据硬件配置设定和生成不同散热策略，存放在ACPI表中；

步骤二、操作系统启动初始化，操作系统依据自身平台的驱动能力和BIOS提供的ACPI表提供的散热策略进行融合，将温度和硬件进行绑定，操作系统判断用户的使用场景是否处于高计算资源消耗型场景或低计算资源消耗型场景；

步骤三、操作系统启动运行；

步骤四、操作系统将捕捉计算机温度相关事件；

步骤五、判断捕捉事件为以下三类时，将触发不同分支；三类事件包括，温度变化事件、OS用户使用场景变化事件、用户设置变化事件；若触发事件为温度变化事件，则转入步骤五；若触发事件为OS用户使用场景变化事件，则转入步骤十；若触发事件为用户设置变化事件，则转入步骤十三；未触发特殊事件时，则转入步骤四；

步骤六、判断触发事件为温度变化导致，即温度超出了阈值；

步骤七、执行温度变化方法和策略；

步骤八、执行主动散热策略，调节风扇转速；若当前温度已经超过了主动散热温度触发点，则将加速风扇转速，按照策略中该温度点对应的转速进行散热；

步骤九、执行被动散热策略，调节CPU频率和电压；若当前温度已经超过了被动散热温度触发点，则降低CPU的电压和频率，将CPU电压和频率调整到该温度点对应的电压值和频率值；

步骤十、判断当前温度是否为紧急温度；若为紧急温度，则转入步骤十六，若不是紧急温度，则转入步骤四；

步骤十一、判断触发事件为OS用户使用场景变化导致；

步骤十二、根据OS使用场景变化方法，调整散热策略；

步骤十三、调整主动、被动、紧急触发温度和风扇转速关系，以及CPU的频率与电压支持关系，转入步骤四；

步骤十四、判断触发事件为用户设置变化导致；

步骤十五、执行使用者设置方法，调整策略；调整主动、被动、紧急触发温度和风扇转速关系，以及CPU的频率与电压支持关系，转入步骤四；

步骤十六、关机休眠。

5.如权利要求4所述的计算机的功耗管理及温度控制方法，其特征在于，所述步骤二中，在OS启动初始化时，可由计算机的BIOS提供的ACPI表或OS或EC来设置初始值，包括主动散热策略、被动散热策略和紧急散热策略中温度和风扇对应关系表，CPU的频率和电压对应关系表和紧急策略的温度值。

6.如权利要求5所述的计算机的功耗管理及温度控制方法，其特征在于，所述步骤四中，操作系统收到温度信息的方式包括：操作系统轮询获取温度传感器的温度信息；EC产生中断，并向操作系统报送温度信息。

7.如权利要求6所述的计算机的功耗管理及温度控制方法，其特征在于，所述步骤七中将执行温度变化方法和策略的具体内容包括：BIOS温度管理模块提前制定主动散热温度点和被散热策略的温度触发阈值，若当前温度已经超过了主动散热温度触发点，则将加速风扇转速，按照策略中该温度点对应的转速进行散热；若当前温度已经超过了被动散热温度触发点，则降低CPU的电压和频率，将CPU电压和频率调整到该温度点对应的电压值和频率值；当前温度已经超过了主动和被动热策略设置的温度点时，则降频和风扇同时启动所设触发点温度对应的频率和转速。

8.如权利要求7所述的计算机的功耗管理及温度控制方法，其特征在于，所述步骤十一中，用户设置场景变化是指：如从原有“平衡散热策略”，转为“性能优先散热策略”，当用户直接修改当前散热策略时，将触发相关策略的修改与执行。

9.如权利要求8所述的计算机的功耗管理及温度控制方法，其特征在于，所述步骤十二中，用户使用场景变化是指：如:从原有“文字软件办公场景”，转为“游戏场景”，当用户启动和使用某类软件时，代表了其希望执行某类场景，操作系统自动检测所启动的软件类型和CPU/GPU使用情况，依据用户使用场景变化，触发当前散热策略的修改与执行。

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