[發明專利]一種有限狀態機動態功耗與峰值電流優化方法

有效

• 申請號: 201210101887.4
• 申請日: 2012-04-09
• 公開（公告）號: CN102682157A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 夏銀水;儲著飛;王倫耀
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 邱積權

技術領域

本發明涉及一種有限狀態機的自動設計優化方法，尤其是涉及一種有限狀態機動態功耗與峰值電流優化方法。

背景技術

超大規模集成電路(very?large?scale?integration,?VLSI)中絕大多數為時序電路，而時序電路常以有限狀態機(finite?state?machine,?FSM)作為其研究模型，因此，發展FSM自動化設計優化方法對數字系統優化具有較強的應用前景。

隨著平板電腦、智能手機等便攜式消費電子產品的出現，低功耗技術正成為VLSI設計中的關鍵技術。通過狀態分配，即為FSM的每個狀態分配一個唯一的二進制碼，是進行功耗優化的主要方法。在過去的20多年中，已有大量的研究，其主要思想是優化FSM狀態跳變時狀態寄存器的總翻轉次數，以此降低電容充放電次數從而達到優化功耗的目的。然而，FSM既包含時序電路，又包含組合電路。狀態分配法主要針對的是FSM中的時序電路部分，對于組合電路部分，因缺乏相應的工藝庫進行技術映射(technology?mapping)，其動態功耗很難在邏輯級進行有效的估算，因而缺乏對FSM動態功耗優化的研究。

另外，隨著集成電路線寬的進一步縮小，電路中的峰值電流大小越來越受到人們的關注。這是由于過大的峰值電流常常會導致電路出現電遷移和大電壓降問題，從而嚴重影響電路的可靠性。FSM狀態寄存器中的狀態位同時從‘0’翻轉到‘1’，或者同時從‘1’翻轉到‘0’均可能造成過大的峰值電流，?Shih-Hsu?Huang，Chia-Ming?Chang，Yow-Tyng?Nieh在ACM?Transactions?on?Design?Automation?of?Electronic?Systems，（2009，14(1)）的文章“Opposite-phase?register?switching?for?peak?current?minimization”，已提出了FSM峰值電流優化的技術。但通過實驗發現，該技術雖然能降低峰值電流，但同時造成了FSM動態功耗的上升，這與低功耗的實現相違背。因此，發展FSM動態功耗與峰值電流優化方法具有較強的現實意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種FSM動態功耗與峰值電流優化方法。隨著集成電路線寬的進一步縮小，過高的功耗密度(power?density)極大的影響了電池壽命，而過大的峰值電流也會導致電路出現電遷移和大電壓降問題，從而嚴重影響電路的可靠性。考慮到FSM的狀態分配結果與動態功耗與峰值電流直接相關，因此通過對FSM的設計流程進行優化，可有效降低峰值電流和動態功耗。在優化過程中，先對峰值電流進行優化，然后在此基礎上完成動態功耗優化。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種有限狀態機動態功耗與峰值電流優化方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟①：給定一個包含????????????????????????????????????????????????個狀態的有限狀態機及其狀態分配解，設定個狀態寄存器用來存儲相應的狀態分配解；有限狀態機中狀態從到的跳變過程中0翻轉到1的數目為，，，，而從1翻轉到0的數目為，從到的跳變過程中，其峰值為，整個有限狀態機的峰值電流為所有狀態跳變過程中所引起的最大峰值；因此，可得出有限狀態機的峰值電流初始值；同時根據估算得出動態功耗初始值，設定個二進制變量用來標識狀態寄存器是否添加了反相器完成取反操作，為整數，，的初始值為0，表示狀態寄存器未完成取反操作；的值為1，表示狀態寄存器已完成取反操作；?

步驟②：對于狀態寄存器，若，則根據當前的狀態分配解，將狀態寄存器所存儲的二進制值全部取反，得出當前的峰值電流值存入數組中，得出當前的動態功耗值存入數組中；該步驟一直持續到全部個狀態寄存器被遍歷；

步驟③：比較與數組中的值，將峰值電流得到最大程度下降的相關狀態寄存器記錄到集合中；然后將與中的狀態寄存器的動態功耗值進行比較，，，記錄動態功耗得到最大程度下降的狀態寄存器，，，更新當前的峰值電流初始值為狀態寄存器取反后得到的峰值電流值，同時更新當前的動態功耗初始值為狀態寄存器取反后得到的動態功耗值，并且置，清空數組和中的值；

步驟④：重復步驟②，步驟③直到當前解滿足以下（1）、（2）兩個條件之一，然后返回當前的所有的值，；定義當前解的峰值電流為，動態功耗為，

（1）為;

（2）為且；