[發(fā)明專利]基于硬件平臺(tái)的門級(jí)功耗分析裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210308750.6
• 申請(qǐng)日: 2012-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN102866291A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙新超;陳嵐;雷韶華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): G01R21/00
• 分類號(hào): G01R21/00
• 代理公司: 北京漢昊知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11370
• 代理人: 朱海波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種基于硬件平臺(tái)的門級(jí)功耗分析裝置及方法。

背景技術(shù)

超大規(guī)模（VLSI）集成電路的功耗隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展成倍增長(zhǎng)，而功耗及散熱問(wèn)題一直是制約著集成電路設(shè)計(jì)的重要因素，它不但影響著電池的連續(xù)工作時(shí)間及散熱量，更在很大程度上決定著芯片的成本和可靠性，低功耗己經(jīng)成為與面積和性能同等重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

在芯片設(shè)計(jì)過(guò)程中，功耗分析可以分為幾個(gè)層次，自下而上分別是版圖級(jí)、晶體管級(jí)、門級(jí)、寄存器傳輸級(jí)（RTL）、結(jié)構(gòu)級(jí)和算法級(jí)。對(duì)芯片設(shè)計(jì)進(jìn)行功耗優(yōu)化和低功耗設(shè)計(jì)的前提是要能對(duì)功耗進(jìn)行評(píng)估和分析。門級(jí)功耗分析兼有精度高，分析速度快的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的功耗分析設(shè)備都是針對(duì)家用電器、辦公設(shè)備等強(qiáng)電產(chǎn)品提出的，在弱電市場(chǎng)上，特別在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，目前還沒(méi)有一款與硬件平臺(tái)相聯(lián)系的功耗分析裝置。雖然一些EDA軟件生產(chǎn)廠商可以提供功耗分析軟件，比如Synopsys公司的PrmeTime，該工具可以在芯片設(shè)計(jì)的門級(jí)層次進(jìn)行功耗分析；可是其測(cè)試激勵(lì)等仿真模型與實(shí)際情況存在一定的差別，所以一款結(jié)合實(shí)際的硬件平臺(tái)進(jìn)行門級(jí)功耗分析的裝置和方法，是目前集成電路設(shè)計(jì)市場(chǎng)上的一個(gè)迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上提出的功耗分析工具不夠完善的問(wèn)題，本方案提出了一種基于硬件平臺(tái)的門級(jí)功耗分析裝置。方案基于硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了捕獲模塊，并結(jié)合上位機(jī)的功耗分析模型，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)前的工作性能水平和被檢測(cè)模塊功耗水平的硬件平臺(tái)測(cè)試方案。方案應(yīng)用于無(wú)線通信SoC芯片中，可以在SoC前端設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行功耗分析，使得SoC功耗評(píng)估及優(yōu)化方案可以提早實(shí)現(xiàn)，從而可以大大提高SoC一次流片的成功率。

本發(fā)明提供一種基于硬件平臺(tái)的門級(jí)功耗分析裝置，包括矢量捕獲模塊、控制模塊、存儲(chǔ)模塊和功耗分析模塊，其中矢量捕獲模塊、控制模塊和存儲(chǔ)模塊位于硬件平臺(tái)上，功耗分析模塊位于上位機(jī)中；控制模塊為硬件平臺(tái)的工作及信號(hào)捕獲提供時(shí)鐘控制信號(hào)，矢量捕獲模塊在時(shí)鐘控制下捕獲實(shí)時(shí)信號(hào)狀態(tài)，存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)捕獲的信號(hào)，功耗分析模塊根據(jù)捕獲信號(hào)生成門級(jí)波形轉(zhuǎn)換文件，建立門級(jí)功耗模型并完成功耗分析。

其中，所述硬件平臺(tái)包括可編程邏輯驗(yàn)證單元、中央處理核心控制單元、數(shù)字信號(hào)協(xié)處理單元和模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換單元；矢量捕獲模塊和存儲(chǔ)模塊位于可編程邏輯驗(yàn)證單元中，控制模塊包括中央處理核心控制單元和數(shù)字信號(hào)協(xié)處理單元。其捕獲的信號(hào)包括控制信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和地址信號(hào)，所述信號(hào)由所述中央處理核心控制單元、數(shù)字信號(hào)協(xié)處理單元和模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換單元提供。矢量捕獲模塊通過(guò)AHB總線與控制模塊相連。可編程邏輯驗(yàn)證單元通過(guò)JTAG接口與上位機(jī)相連，存儲(chǔ)的信號(hào)通過(guò)JTAG接口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中。

另外，本發(fā)明提供一種基于硬件平臺(tái)的門級(jí)功耗分析方法，包括：

a)由硬件平臺(tái)捕獲實(shí)時(shí)信號(hào)狀態(tài)，存儲(chǔ)并傳送至上位機(jī)，在上位機(jī)中生成信號(hào)狀態(tài)列表文件，所述信號(hào)狀態(tài)列表文件包含信號(hào)的名稱、采樣周期和信號(hào)狀態(tài)；

b)根據(jù)所述信號(hào)狀態(tài)列表文件對(duì)門級(jí)電路進(jìn)行仿真，生成門級(jí)波形轉(zhuǎn)換文件，所述門級(jí)波形轉(zhuǎn)換文件包含了所有信號(hào)的翻轉(zhuǎn)信息；

c)建立門級(jí)功耗模型，所述門級(jí)功耗模型即為門級(jí)功耗的計(jì)算公式，根據(jù)工藝條件確定模型中各個(gè)參數(shù)的值；

d)根據(jù)門級(jí)波形轉(zhuǎn)換文件和門級(jí)功耗模型進(jìn)行門級(jí)功耗分析。

在所述步驟a)中，所述實(shí)時(shí)信號(hào)狀態(tài)由矢量捕獲模塊在控制模塊的時(shí)鐘控制下捕獲，并保存到對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)模塊中，所述矢量捕獲模塊、控制模塊和存儲(chǔ)模塊均位于硬件平臺(tái)上。

所述實(shí)時(shí)信號(hào)包括控制信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和地址信號(hào)，所述實(shí)時(shí)信號(hào)由硬件平臺(tái)上的中央處理核心控制單元、數(shù)字信號(hào)協(xié)處理單元和模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換單元提供。

在所述步驟b)中，所述信號(hào)的翻轉(zhuǎn)信息包括翻轉(zhuǎn)密度和靜態(tài)概率。

在所述步驟b)中，所述門級(jí)電路由寄存器傳輸級(jí)設(shè)計(jì)并綜合得到。

在所述步驟c)中，門級(jí)功耗模型包括開關(guān)功耗模型、短路功耗模型和靜態(tài)功耗模型。所述靜態(tài)功耗模型由門級(jí)電路的泄漏電流和電源電壓決定。所述開關(guān)功耗模型由控制信號(hào)頻率、電源電壓以及所有門級(jí)電路節(jié)點(diǎn)的翻轉(zhuǎn)密度和輸出電容決定。所述短路功耗模型與開關(guān)功耗模型近似線性關(guān)系，其線性系數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得到。

在所述步驟d)中，所述功耗分析包括功耗密度在各個(gè)功能模塊之間的分布；動(dòng)態(tài)功耗、靜態(tài)功耗所占的比重；總的平均功耗和運(yùn)行中出現(xiàn)的峰值功耗。所述動(dòng)態(tài)功耗通過(guò)將所述信號(hào)的翻轉(zhuǎn)密度代入所述開關(guān)功耗模型和短路功耗模型中計(jì)算得到。