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為了延長(cháng)電子便攜式產(chǎn)品的電池使用時(shí)間，降低設計功耗變得越來(lái)越重要。在IC設計流程中，多種電源管理技術(shù)逐漸被應用，如clockgating，MSV（Multiple Supply Voltage），PSO（Power ShutOff）。然而這些低功耗技術(shù)的引入，對驗證工作帶來(lái)了很大的挑戰性。 CPF（Common Power Format）是Cadence公司提出的一套完整的低功耗解決方案。本文根據CPF在低功耗驗證過(guò)程中的實(shí)際使用情況，闡述了如何使用CPF來(lái)查找低功耗設計問(wèn)題以及簡(jiǎn)化驗證工作。 VIA芯片的低功耗設計和驗證的挑戰 在筆者目前負責的芯片中，用到的主要的低功耗設計技術(shù)包括clock gating，MSV(Multiple Supply Voltage)和PSO(Power Shut Off)。CPF主要被用于進(jìn)行PSO的驗證。 圖1是一個(gè)芯片結構示意圖：黃色區域表示電源always-on的電源域。電源關(guān)斷的控制信號來(lái)自外部。 圖1 芯片模塊圖 低功耗芯片設計的驗證方式評估 由于RTL代碼沒(méi)有電源信息，因此在RTL通常很難驗證到和低功耗設計相關(guān)的bug。 為了實(shí)現RTL級代碼的power aware驗證，我們在2007年第四季度針對支持低功耗設計的驗證方式進(jìn)行了評估，選擇了基于CPF的Cadence的流程和另外一家基于PLI方式的低功耗驗證方式進(jìn)行了評估。 表1是評估結果。 表1 Power Aware驗證評估結果 應用CPF驗證低功耗設計流程 1 將低功耗設計規范寫(xiě)成cpf文件 此步驟在我們的設計中非常簡(jiǎn)單，下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的cpf文件的示意。 # Define the top domain set_design TOP # Define the default domain create_power_domain -name pdTop -default # Define Power-Domain A create_power_domain -name pdA -instances {uA uC} -shutoff_condition {!uPCM/pso[0]} 2 在驗證流程中讀入cpf文件 應用IDTS進(jìn)行仿真包括3個(gè)步驟: Ncvlog:編譯文件 Ncelab:擴展和鏈接 Ncsim:進(jìn)行仿真 進(jìn)行power aware simulation時(shí)，只需要在第二步ncelab增加一個(gè)option“-nclps_cpf design.cpf”把第一部產(chǎn)生的cpf讀入就可以了。 以下是進(jìn)行仿真之前關(guān)于低功耗設計的相關(guān)信息： ***Low Power Simulation Power Information Power domain -Default -AlwaysOn Power domain -Instances: TESTBENCH.inst.alu_inst.aui Power domain -Instances: TESTBENCH.inst.alu_inst.lui Power domain -Instances: TESTBENCH.inst.alu_inst Power domain -Instances: TESTBENCH.inst.rf_inst Total number of power domains:5 圖2是電源關(guān)斷恢復的波形圖。 當對應的電源關(guān)斷控制信號有效時(shí)，對應的power domain中的信號被置為X值。 當對應的電源關(guān)斷控制信號有效時(shí)，對應的power domain中的信號依然為X，當對應的信號恢復程序執行后，信號恢復正常。 圖2 電源關(guān)斷恢復的波形圖 應用CPF驗證低功耗設計 在選定Cadence基于CPF的power aware verification flow作為此項目的低功耗設計芯片的設計流程之后，我們在其他設計中也應用了此流程，如門(mén)級網(wǎng)表設計等。 在應用此流程之后，設計人員得以發(fā)現了一些與低功耗設計相關(guān)的設計bug，避免了芯片的失敗。 由于設計和驗證環(huán)境都非常復雜，Cadence flow中顯現出一些問(wèn)題： ① default power domain shut-off: 最初CPF文件不支持default power domain可以被關(guān)斷，導致cpf文件寫(xiě)起來(lái)比較麻煩，因為此項目中的design是大部分電路可以被關(guān)斷，只有部分電路是always-on。 經(jīng)功能改進(jìn)后，現在的Cadence在IUS611S011之后的版本中增加了此項功能。 ② pass-through信號的處理： 當一個(gè)來(lái)在always-on domain的信號值通過(guò)一個(gè)shut-off domain到達一個(gè)always-on domain時(shí)，此信號被置為X值。 此功能后未被實(shí)現在新版本軟件中。目前可以有一個(gè)選項控制，對于這類(lèi)信號是保持或者被置為X值。 ③force信號的處理： 為實(shí)現某些特定功能，在驗證環(huán)境中增加了一系列force語(yǔ)句。當這些force應用到可以被關(guān)斷的power domain中的信號時(shí)，一旦此模塊被關(guān)斷，又恢復供電之后，這些force將丟失。 目前此功能增強申請正在處理中。 目前我們的低功耗設計技術(shù)還比較簡(jiǎn)單，只應用了電源關(guān)斷技術(shù)。CPF還可以支持信號隔離(isolation)，狀態(tài)保留寄存器(SRPG)等，這在將來(lái)的設計中可能使用到。 結束語(yǔ) 通過(guò)應用Cadence的基于CPF的power aware驗證流程，實(shí)現了針對低功耗設計的流程。應用此流程，我們無(wú)須對現有流程做修改，并幫助發(fā)現設計中如果不應用此流程無(wú)法發(fā)現的bug，使得開(kāi)發(fā)人員在進(jìn)行后端設計之前就可以及時(shí)發(fā)現和低功耗相關(guān)的bug。 |
