一種低功耗的基于虛擬桌面的終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種低功耗的基于虛擬桌面的終端，所述終端連接云服務器，所述云服務器輸出虛擬桌面至所述終端，所述終端包括ARM架構帶有GPU視頻加速器的核心處理器、將多個單組電源芯片整合在一起的智能電源管理模塊、在終端中優(yōu)化的虛擬桌面連接協(xié)議，還實現(xiàn)處理器及相關外圍器件模塊的整體降功耗，包括裁減外圍電路中高輸入電壓模塊，降低整體輸入電壓；關閉閑置的I/O端口，減少無效功耗，對部分輸入信號進行限制。本發(fā)明大大降低了虛擬桌面終端的整體功耗，同時充分滿足虛擬桌面的性能要求，也提高了虛擬桌面的體驗度。
【專利說明】一種低功耗的基于虛擬桌面的終端
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及云計算與虛擬化【技術領域】，特別涉及一種低功耗的基于虛擬桌面的終端。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的發(fā)展，云計算將是未來發(fā)展的潮流，越來越多的大型企業(yè)都已經(jīng)或開始部署云計算。而要使云計算真正落地需要一些新的技術及產(chǎn)品來支撐和應用，其中終端和桌面虛擬化是當前云計算發(fā)展的熱點。那么桌面虛擬化的傳統(tǒng)做法是采用國外的虛擬化技術，在虛擬的資源池中虛擬出虛擬機，然后通過專有的通信協(xié)議傳輸?shù)娇蛻舳耍瑥亩_到計算資源按需使用的目的。而在客戶端，通常采用瘦客戶機的方式，在瘦客戶機硬件上安裝Windows系統(tǒng)，然后再在Windows系統(tǒng)中安裝需要連接虛擬機的客戶端軟件，從而達到虛擬桌面的要求；對于瘦客戶機而言，瘦客戶機也是一種嵌入式終端，但是它使用的是通用的嵌入式系統(tǒng)，因而系統(tǒng)整體優(yōu)化力度非常有限，再加上瘦客戶機硬件大多采用X86平臺，其整機功耗過高，電能消耗也較大，達不到節(jié)能環(huán)保的效果。
[0003]除瘦客戶機外，也有一些廠家使用云終端產(chǎn)品，雖然云終端也是采用嵌入式的專有系統(tǒng)，但是其整體性能較弱，且用戶體驗度也較差，還滿足不了虛擬桌面的要求，而且在功率消耗上也接近51
[0004]針對以上問題，急需要一種能解決的方法。一種低功耗的基于虛擬桌面的終端就是基于上述問題提出，該發(fā)明能在根本上解決虛擬桌面所需終端在功耗、性能和體驗度上的問題，真正提供一套嵌入式低功耗系統(tǒng)及實現(xiàn)低功耗的方法。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種低功耗的基于虛擬桌面的終端，解決現(xiàn)有技術存在的缺陷和不足。
[0006]本發(fā)明提供一種低功耗的基于虛擬桌面的終端，所述終端連接云服務器，所述云服務器輸出虛擬桌面至所述終端，所述終端包括:
帶GPU硬件加速器的ARM架構核心處理器；
智能電源管理模塊，包括將多個單組電源芯片整合在一起的電源芯片，以進行電源的多組管理以及電源芯片的動態(tài)電壓頻率調節(jié)；
所述終端的操作系統(tǒng)包括Linux嵌入式操作系統(tǒng)，所述Linux嵌入式操作系統(tǒng)包括視頻、音頻、USB、系統(tǒng)啟動、網(wǎng)絡、遠程桌面連接協(xié)議功能。
[0007]所述終端還包括連接所述核心處理器的DVFS (動態(tài)電壓頻率調節(jié))模塊，所述的DVFS模塊通過所述終端的電源控制器控制更新電壓和頻率的變化，通過調整驅動程序實現(xiàn)所述核心處理器的動態(tài)電壓頻率調整。
[0008]所述終端還包括通過I2C通信接口連接所述核心處理器的視頻轉換芯片，所述核心處理器通過所述I2C通信接口對所述視頻轉換芯片的內部寄存器進行控制，以限制輸入信號的帶寬。
[0009]所述終端包括桌面連接協(xié)議模塊，以滿足虛擬桌面在終端的顯示要求。
[0010]本發(fā)明大大降低了虛擬桌面終端的整體功耗，同時充分滿足虛擬桌面的性能要求，也提高了虛擬桌面的體驗度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明所述終端降功耗模塊示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例的硬件架構示意圖；
圖3是本發(fā)明所述的電源模塊WM8325芯片框圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施方式進一步說明本發(fā)明的技術方案。
[0013]本發(fā)明提供一種低功耗的基于虛擬桌面的終端，所述終端連接云服務器，所述云服務器輸出虛擬桌面至所述終端，所述終端包括:
帶GPU硬件加速器的ARM架構核心處理器；
智能電源管理模塊，包括將多個單組電源芯片整合在一起的電源芯片，以進行電源的多組管理以及電源芯片的動態(tài)電壓頻率調節(jié)；
作為一實施例，所述終端的操作系統(tǒng)包括Linux嵌入式操作系統(tǒng)，所述Linux嵌入式操作系統(tǒng)包括視頻、音頻、USB、系統(tǒng)啟動、網(wǎng)絡、遠程桌面連接協(xié)議功能。
[0014]作為一實施例，所述終端還包括連接所述核心處理器的DVFS (動態(tài)電壓頻率調節(jié))模塊，所述的DVFS模塊通過所述終端的電源控制器控制更新電壓和頻率的變化，通過調整驅動程序實現(xiàn)所述核心處理器的動態(tài)電壓頻率調整。
[0015]作為一實施例，所述終端還包括通過I2C通信接口連接所述核心處理器的視頻轉換芯片，所述核心處理器通過所述I2C通信接口對所述視頻轉換芯片的內部寄存器進行控制，以限制輸入信號的帶寬。
[0016]作為一實施例，所述終端包括桌面連接協(xié)議模塊，以滿足虛擬桌面在終端的顯示要求。
[0017]另外，還在ARM終端中優(yōu)化的虛擬桌面連接協(xié)議，滿足虛擬桌面對用戶體驗的性能要求。包括處理器及相關外圍器件模塊的整體降功耗方法，包括裁減外圍電路中高輸入電壓模塊，降低整體輸入電壓；關閉閑置的I/O端口，減少無效功耗；對部分輸入信號進行限制。
[0018]參見圖1，下面通過硬件和軟件的基本方案設置來說明本發(fā)明。
[0019]一、硬件降功耗部分
1.選型適用低功耗處理器
根據(jù)桌面終端的適用性，ARM Cortex A系列(A8、A9 )處理器可滿足要求，因而在虛擬桌面中至少需要采用ARM Cortex A8或ARM Cortex A9以上的處理器并帶有GPU硬件加速器，能耗才能降至最低。
[0020]2.采用智能電源管理模塊
核心處理器選取后，為核心處理器供電成為關鍵部分，因而使用合適的電源管理模塊對整體的功率消耗降低至關重要；
傳統(tǒng)的電源芯片都是采用單組芯片管理，通常為DC/DC單組模塊轉換，轉換效率僅70%左右，且各元件分散，占用比較大的PCB板材空間。而現(xiàn)在使用新技術，將多個單組電源芯片整合在一個電源芯片上，多組管理，這樣可以有效的利用電源芯片的整合特性，將電源的輸入和輸出有機結合，能量轉換效率可達到90%以上，大大提升電源的利用率；其次由于多組電源集成在單一的芯片中，可大量節(jié)省PCB板材空間，達到節(jié)能環(huán)保的目的。
[0021]3.降低工作電壓
對于桌面終端設備，功率的大小取決于電壓值和電流值之積，而在電流一定的情況下，電壓的高低起決定性作用，通常輸入電壓有12V、9V、5V等幾種；在滿足桌面終端的需求下，裁減高電壓的外圍電路，將桌面終端采用最佳的5V供電輸入，再配合節(jié)能電源模塊(組合電源管理芯片與DC-DC降壓芯片等)，通過調節(jié)電源模塊各工作電壓對各相應功能模塊分別供電，使總體的功耗減少。
[0022]4.配置閑置I/O端口
對I/o進行設置，使其只在工作時消耗功率。對嵌入式主處理器以及相關的外圍器件的I/O端口配置，對一些在使用的I/O端口進行設置，由于這部分I/O端口從不工作狀態(tài)到工作狀態(tài)的轉換需要較長的時間，通過上拉或上拉電阻來降低轉換時間；另外對于閑置的或不穩(wěn)定狀態(tài)的I/o端口有一個副作用是可能產(chǎn)生與輸出電路有關的額外漏電流，使輸出電壓降至電源的一半，并使其它輸出電路處于很高的漏電交叉工作區(qū)域。通過對這些I/O端口配置，降低功率的消耗。
[0023]5.擴大輸出范圍
采用高度集成的電源管理芯片，對相應的輸出電路保留足夠的驅動能力，一組電壓電路可驅動多個外圍IC器件，這樣減少了電路中的寄生元件(電容、驅動IC等)，也降低了對功率的消耗。
[0024]二、軟件降功耗部分 1.系統(tǒng)閑置功能裁剪
軟件低功耗設計的關鍵是在低功耗桌面終端硬件平臺上嵌入嵌入式系統(tǒng)。通過對嵌入式系統(tǒng)的裁剪及優(yōu)化，編輯了一套可行的低功耗管理方法，同時不改變嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)有的調度策略。此方案采用的是Linux嵌入式系統(tǒng)，將該系統(tǒng)裝載在本地電腦上，然后根據(jù)低功耗桌面終端的具體功能需求在交叉編譯器環(huán)境下進行相應的裁剪，保留必須的視頻、音頻、USB、系統(tǒng)啟動方式、網(wǎng)絡、遠程桌面連接協(xié)議等功能，其它與之不相關的功能裁剪掉，再對各接口處的代碼優(yōu)化，達到最佳效果。
[0025]2.電源動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)
采用智能化控制系統(tǒng)，將控制運行在操作系統(tǒng)中，可方便有序的控制各功能模塊的運行狀況，一些功能在需要時才開啟，可提高程序效率以及降低不必要的功耗。
[0026]另外在電源管理與主控芯片通信之間采用DVFS (電壓頻率動態(tài)調整)技術，動態(tài)電壓頻率調整驅動程序實現(xiàn)CPU的動態(tài)電壓頻率調整。核心(CPU)的時鐘和核心電源電壓可以是在線改變并繼續(xù)正常運作。電壓的改變可以通過設置電源管理芯片PMic來實現(xiàn)。CPU頻率可以通過改變暫時切換到備用PLL時鐘，然后返回到已經(jīng)更新并鎖定的一個特定PLL，或者通過改變分頻器的分頻因子。[0027]DVFS核心模塊是一個電源管理模塊。DVFS模塊的目的是智能檢測合適的CPU操作頻率。DVFS是在GPC(通用電源控制器)的控制下操作。硬件的DVFS核心中斷由GPC IRQ送達。包括電壓和頻率的變化通過GPC控制器來更新。
[0028]DVFS的設備驅動程序允許核心的時鐘域的頻率和電壓隨負載在線改變。核心時鐘域的核心電源電壓和頻率域的改變是根據(jù)定義的頻率電壓臨界點切換。頻率的操作使用的是clock framework時鐘框架API,而電壓設置使用的regulators API。
[0029]3.配置時鐘速率
主處理器的主頻率高低直接影響到整體功率的消耗,通過對整體功能評估后,將主頻率降至最低(比如將原來主頻率為1.2GHz降低至1.0GHz，系統(tǒng)還能正常運行)。由于CMOS電路中功率是開關頻率的函數(shù)，因此降低的時鐘速率下器件的功耗消耗也較小。
[0030]4.對部分輸入信號進行限制
在視頻圖形輸出部分，采用了專有的視頻轉換芯片，主處理器通過I2C通信接口對專有的視頻轉換芯片內部寄存器進行控制，通過適當限制輸入信號的帶寬，從而降低了對視頻電路部分處理的要求，降低相應的功耗。
[0031]下面通過硬件和軟件的實施例來進一步說明本發(fā)明。
[0032]一、硬件降功耗設計實施例
為降低功耗，并滿足相關傳輸協(xié)議以及系統(tǒng)優(yōu)化，采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的1.mx53系列處理器，該處理器是新一代基于ARM內核的先進多媒體、高性能處理器。1.MX535內核運行速度高達I GHz，其理想的性能和功耗可滿足各類高端應用的嚴苛要求。1.MX535含有IOSOp高清視頻解碼和720p視頻編碼、帶有GPU硬件加速器、兩個專用顯卡內核、多種顯示和連接選項并高度集成，是智能設備的理想平臺。選用“頂X53QSB: 1.MX53 Quick StartBoard”開發(fā)板，在此基礎上對硬件`和軟件做二次開發(fā)。低功耗硬件平臺的硬件架構原理圖見附圖2。包括內存模塊、閃存模塊、USB輸出模塊、USB-OTC模塊、串口模塊、網(wǎng)口模塊、配置模塊、電源模塊、音頻模塊、OLED顯示模塊、HDMI視頻模塊、VGA視頻輸出模塊、DVI視頻輸出模塊。
[0033]在電源模塊上，使用W0LFS0N公司的WM8325芯片，實現(xiàn)對MCU及各外圍電路提供相應的直流電源。電源模塊WM8325芯片框圖見附圖3，電源模塊為核心處理器提供工作電壓。
[0034]為滿足低功耗和視頻需要，在核心模塊上項目做了如下設計:為整個系統(tǒng)提供主處理器、內存、存儲及各種外圍接口。采用Freescale 1.MX53主頻可以擴展到IG~1.2GHz，擁有32K的指令緩存和數(shù)據(jù)緩存以及256K的二級緩存，并且集成了多媒體硬件加速單元，3D和2D圖形加速的OpenGL ES 2.0和OpenVG 1.1,多格式高清HD 1080P視頻解碼模塊和多格式HD720P的視頻編碼模塊，支持1080P30 TV視頻信號的直接輸出，及其它一些外圍接口(USB HOST、USB 0丁6、0￥1、冊10、5010、12(:、125等)；
處理器:
1.MX535
ARM Cortex A8 800~1.2GHz 主頻
256K L2 Cache
32K Instruction/Data Cache ARM NEON SIMD媒體加速器 VFPU矢量浮點運算單元 OpenVG 1.1 &0penGL ES 2.0 內存:1GB DDR3 256MB*4 存儲:4GB INAND
同時為滿足低功耗需求，在整個項目上通過技術方式做如下一些設計:
(I)降低工作電壓。對桌面終端采用5V供電輸入，再選擇節(jié)能電源模塊(此次選用的是WM8325電源芯片與RT8010 DC-DC降壓芯片組合)，通過調節(jié)電源模塊各工作電壓對各相應功能模塊分類供電，使總體的功耗減少。
[0035](2)采用智能電源管理系統(tǒng)。在1.MX53內核中設計智能檢測功能，通過IIC與WM8325電源模塊通信，調節(jié)每組電壓的寄存器值，從而控制整個系統(tǒng)的供電情況，并對一些功能模塊僅在啟動時才打開端口對其進行供電。
[0036](3)采用較低的時鐘速率。采用的主處理器1.MX53做主頻率可升至1.2GHz，通過對整體功能評估后，將主頻率降至1.0GHz0由于CMOS電路中功率是開關頻率的函數(shù)，因此降低的時鐘速率下器件的功耗消耗也較小。
[0037](4)對部分輸入信號進行限制。在圖形輸出部分，采用了 TFP410視頻轉換芯片，主處理器通過I2C通信接口對TFP410內部寄存器進行控制，通過適當限制輸入信號的帶寬，從而降低了對視頻電路部分處理的要求，降低相應的功耗。
[0038](5)對I/O進行設置，使其只在工作時消耗功率。對1.MX53主處理器以及相關的外圍器件的I/o端口配置，對一些在使用的I/O端口進行設置，由于這部分I/O端口從不工作狀態(tài)到工作狀態(tài)的轉換需要較長的時間，通過上拉或上拉電阻來降低轉換時間；另外對于閑置的或不穩(wěn)定狀態(tài)的I/o端口有一個副作用是可能產(chǎn)生與輸出電路有關的額外漏電流，使輸出電壓降至電源的一半，并使其它輸出電路處于很高的漏電交叉工作區(qū)域。通過對這些I/O端口配置，降低功率的消耗。
[0039](6)擴大輸出范圍。采用WM8325高度集成的電源管理芯片，對相應的輸出電路保留足夠的驅動能力，一組電壓電路可驅動多個外圍IC器件，這樣減少了電路中的寄生元件(電容、驅動IC等)，也降低了對功率的消耗。
[0040]二、軟件降功耗
在低功耗桌面終端硬件平臺上設計終端軟件低功耗部分。軟件低功耗設計的關鍵是在低功耗桌面終端硬件平臺上嵌入Linux系統(tǒng)。通過對Linux系統(tǒng)的裁剪及優(yōu)化，編輯了一套可行的低功耗管理方法，同時不改變Linux現(xiàn)有的調度策略。此項目采用的是Ubuntu10.0.4 (Linux系統(tǒng)的一種)，將該系統(tǒng)裝載在本地電腦上，然后根據(jù)低功耗桌面終端的具體功能需求在交叉編譯器環(huán)境下進行相應的裁剪，保留視頻、音頻、USB、系統(tǒng)啟動方式等部分功能，其它與之不相關的軟件部分被裁剪掉。同時，在1.MX53內核中通過編輯軟件來調用電源管理部分，設計一個智能的電源動態(tài)監(jiān)控管理應用程序，既對電壓進行動態(tài)觀測與調節(jié)以及控制系統(tǒng)功耗消耗，也對整個系統(tǒng)的運行程序進行了優(yōu)化，包括理清任務的執(zhí)行順序、時間管理、外設使用等。在優(yōu)化好這些程序后，再通過編譯器進行變換，從而降低系統(tǒng)能量消耗。
[0041]本【技術領域】中的普通技術人員應當認識到，以上的實施方式僅是用來說明本發(fā)明，而并非用作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上實施方式的變化、變型都將落在本發(fā)明的權利要求書范圍內。
【權利要求】
1.一種低功耗的基于虛擬桌面的終端，所述終端連接云服務器，所述云服務器輸出虛擬桌面至所述終端，其特征在于，所述終端包括: 帶GPU硬件加速器的ARM架構核心處理器； 智能電源管理模塊，包括將多個單組電源芯片整合在一起的電源芯片，以進行電源的多組管理以及電源芯片的動態(tài)電壓頻率調節(jié)。
2.如權利要求1所述的終端，其特征在于，所述終端的操作系統(tǒng)包括Linux嵌入式操作系統(tǒng)，所述Linux嵌入式操作系統(tǒng)包括視頻、音頻、USB、系統(tǒng)啟動、網(wǎng)絡、遠程桌面連接協(xié)議功能。
3.如權利要求1或2所述的終端，其特征在于，所述終端還包括連接所述核心處理器的DVFS (動態(tài)電壓頻率調節(jié))模塊，所述的DVFS模塊通過所述終端的電源控制器控制更新電壓和頻率的變化，通過調整驅動程序實現(xiàn)所述核心處理器的動態(tài)電壓頻率調整。
4.如權利要求1所述的終端，其特征在于，所述終端還包括通過I2C通信接口連接所述核心處理器的視頻轉換芯片，所述核心處理器通過所述I2C通信接口對所述視頻轉換芯片的內部寄存器進行控制，以限制輸入信號的帶寬。
5.如權利I所述的終端，其特征在于，所述終端包括桌面連接協(xié)議模塊，以滿足虛擬桌面在終端的顯示要求。
【文檔編號】H04L29/08GK103699183SQ201310672925
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】王香連, 萬眾, 徐杰, 徐俊, 陳井 申請人:上海兆民云計算科技有限公司