复杂SoC设计中的功率管理 (上)

文章摘要： 功率估计和分析 设计过程中，在如表1所示的4个阶段内进行功耗估计是非常有用的。每个阶段所估计的功耗准确度随增补设计和可利用的库信息的增加而提高。 &nb sp; RTL级功率分析 在设计流程早期，功率分析可对设计的功耗进行粗略估计。此时可能尚未选择库，所以库数据有限，这时，电子数据表(spreadsheet)分析可以用于找出最佳的注重功率的库和设计架构。在选定库之后，即可用Design Compiler和Power Compiler来代替电子数据表，或向电子数据表提供数据。 功率分析的电子数据表中包含了大致的门数和每个模块的活动值、mW

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       功率估计和分析

       设计过程中，在如表1所示的4个阶段内进行功耗估计是非常有用的。每个阶段所估计的功耗准确度随增补设计和可利用的库信息的增加而提高。

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   &nb sp;   RTL级功率分析

       在设计流程早期，功率分析可对设计的功耗进行粗略估计。此时可能尚未选择库，所以库数据有限，这时，电子数据表(spreadsheet)分析可以用于找出最佳的注重功率的库和设计架构。在选定库之后，即可用Design Compiler和Power Compiler来代替电子数据表，或向电子数据表提供数据。

       功率分析的电子数据表中包含了大致的门数和每个模块的活动值、mW/MHz数据以及相关的功率估计。这时进行的分析也有助于确认一项设计的功耗是否过大而不现实，从而可避免花费数周时间来实现一个根本无法制造的设计方案。

       为了使用电子数据表分析方法，有必要对每一模块的门数(每一种类型的库单元数量)和活动水平进行估计。同时还需知道每种类型的单元在开关时所耗费的能量，库供应商手册中的数据可用于确定正确的功率速度比(mW/MHz)。一个模块内每种 类型的单元的内部功耗可由 下式计算：功耗=门数×mW/MHz×活动×频率。将一个模块内所有不同类型的单元的功率加在一起，就可得出这一模块总的内部动态功率的估计值。在综合前，可根据所选择的体系结构和对设计本身的理解来对门数进行估计。例如，从总线宽度、字长、控制层和存储器深度等可得出大致的门数。在选择了库以后，模块的门数就可以利用Design Compiler的report-reference命令在初期综合后进行估计，这项功能将报告设计中每个例化设计的数量。功率计算的一个关键方面是指定活动水平。设计中的门电路都具有不同的活动水平，在对设计进行仿真提取开关动作或不进行仿真的情况下进行估计均可。但在选择了库之后，推荐进行功能仿真来确定开关动作。

       开关动作以翻转率(TR)衡量。翻转率是指在单位时间内，一个设计对象(如节点、引脚或端口)从逻辑0至逻辑1以及从逻辑1至逻辑0进行转换的次数。对于一个节点来说，如果它在100ns的时间间隔内有50次从逻辑1至逻辑0的转换，以及50次从逻辑0至逻辑1的转换，则其翻转率为1，表示每ns有1次动作转换。功率与转换率之间的关系可以理解为，在状态改变的时间间隔内，为了完成内部电路的状态转换，就必须提供一定的能量，因此，每次转换都会消耗功率。

       重要的是，只有在开关动作代表了芯片的实际工作状态的情况下，在任何抽象层次上的功率估计才有意义。常见的错误是在试图确定活动时，使用一个向量来仿真系统启动序列。此项活动极少能够代表真实的工作状况，因而会导致不准确的功率估计。采用RTL级仿真能够自动生成一个SAIF(Switching Activity Interchange Format)文件，但是活动值只有在此向量现实时才是准确的。目前的工具尚不能自动生成这样的向量，因为它需要对电路的实质有明确的理解。

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