為了延長(zhǎng)電子便攜式產(chǎn)品的電池使用時(shí)間，降低設(shè)計(jì)功耗變得越來(lái)越重要。在IC設(shè)計(jì)流程中，多種電源管理技術(shù)逐漸被應(yīng)用，如clockgating，MSV（Multiple Supply Voltage），PSO（Power ShutOff）。然而這些低功耗技術(shù)的引入，對(duì)驗(yàn)證工作帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)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(jù)CPF在低功耗驗(yàn)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(shè)計(jì)問(wèn)題以及簡(jiǎn)化驗(yàn)證工作。

VIA芯片的低功耗設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的挑戰(zhàn)

在目前負(fù)責(zé)的芯片中，用到的主要的低功耗設(shè)計(jì)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(yàn)證。

圖1是一個(gè)芯片結(jié)構(gòu)示意圖：黃色區(qū)域表示電源always-on的電源域。電源關(guān)斷的控制信號(hào)來(lái)自外部。

低功耗芯片設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方式評(píng)估

由于RTL代碼沒有電源信息，因此在RTL通常很難驗(yàn)證到和低功耗設(shè)計(jì)相關(guān)的bug。

為了實(shí)現(xiàn)RTL級(jí)代碼的power aware驗(yàn)證，我們?cè)?007年第四季度針對(duì)支持低功耗設(shè)計(jì)的驗(yàn)證方式進(jìn)行了評(píng)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(yàn)證方式進(jìn)行了評(píng)估。

表1是評(píng)估結(jié)果。

應(yīng)用CPF驗(yàn)證低功耗設(shè)計(jì)流程

1 將低功耗設(shè)計(jì)規(guī)范寫成cpf文件

此步驟在我們的設(shè)計(jì)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(yàn)證流程中讀入cpf文件

應(yīng)用IDTS進(jìn)行仿真包括3個(gè)步驟：

Ncvlog：編譯文件

Ncelab：擴(kuò)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(shè)計(jì)的相關(guān)信息：

圖2是電源關(guān)斷恢復(fù)的波形圖。

當(dāng)對(duì)應(yīng)的電源關(guān)斷控制信號(hào)有效時(shí)，對(duì)應(yīng)的power domain中的信號(hào)被置為X值。

當(dāng)對(duì)應(yīng)的電源關(guān)斷控制信號(hào)有效時(shí)，對(duì)應(yīng)的power domain中的信號(hào)依然為X，當(dāng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)恢復(fù)程序執(zhí)行后，信號(hào)恢復(fù)正常。

應(yīng)用CPF驗(yàn)證低功耗設(shè)計(jì)

在選定Cadence基于CPF的power aware verification flow作為此項(xiàng)目的低功耗設(shè)計(jì)芯片的設(shè)計(jì)流程之后，我們?cè)谄渌O(shè)計(jì)中也應(yīng)用了此流程，如門級(jí)網(wǎng)表設(shè)計(jì)等。

在應(yīng)用此流程之后，設(shè)計(jì)人員得以發(fā)現(xiàn)了一些與低功耗設(shè)計(jì)相關(guān)的設(shè)計(jì)bug，避免了芯片的失敗。

由于設(shè)計(jì)和驗(yàn)證環(huán)境都非常復(fù)雜，Cadence flow中顯現(xiàn)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(dǎo)致cpf文件寫起來(lái)比較麻煩，因?yàn)榇隧?xiàng)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(xiàn)在的Cadence在IUS611S011之后的版本中增加了此項(xiàng)功能。

② pass-through信號(hào)的處理：

當(dāng)一個(gè)來(lái)在always-on domain的信號(hào)值通過(guò)一個(gè)shut-off domain到達(dá)一個(gè)always-on domain時(shí)，此信號(hào)被置為X值。

此功能后未被實(shí)現(xiàn)在新版本軟件中。目前可以有一個(gè)選項(xiàng)控制，對(duì)于這類信號(hào)是保持或者被置為X值。

③force信號(hào)的處理：

為實(shí)現(xiàn)某些特定功能，在驗(yàn)證環(huán)境中增加了一系列force語(yǔ)句。當(dāng)這些force應(yīng)用到可以被關(guān)斷的power domain中的信號(hào)時(shí)，一旦此模塊被關(guān)斷，又恢復(fù)供電之后，這些force將丟失。

目前此功能增強(qiáng)申請(qǐng)正在處理中。

目前我們的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)還比較簡(jiǎn)單，只應(yīng)用了電源關(guān)斷技術(shù)。CPF還可以支持信號(hào)隔離（isolation），狀態(tài)保留寄存器（SRPG）等，這在將來(lái)的設(shè)計(jì)中可能使用到。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用Cadence的基于CPF的power aware驗(yàn)證流程，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)低功耗設(shè)計(jì)的流程。應(yīng)用此流程，我們無(wú)須對(duì)現(xiàn)有流程做修改，并幫助發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中如果不應(yīng)用此流程無(wú)法發(fā)現(xiàn)的bug，使得開發(fā)人員在進(jìn)行后端設(shè)計(jì)之前就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和低功耗相關(guān)的bug。