为了延长电子便携式产品的电池使用时间,降低设计功耗变得越来越重要。在ic设计流程中,多种电源管理技术逐渐被应用,如clockgating,msv(multiple supply voltage),pso(power shutoff)。然而这些低功耗技术的引入,对验证工作带来了很大的挑战性。
cpf(common power format)是cadence公司提出的一套完整的低功耗解决方案。本文根据cpf在低功耗验证过程中的实际使用情况,阐述了如何使用cpf来查找低功耗设计问题以及简化验证工作。
via芯片的低功耗设计和验证的挑战
在目前负责的芯片中,用到的主要的低功耗设计技术包括clock gating,msv(multiple supply voltage)和pso(power shut off)。cpf主要被用于进行pso的验证。
图1是一个芯片结构示意图:黄色区域表示电源always-on的电源域。电源关断的控制信号来自外部。
低功耗芯片设计的验证方式评估
由于rtl代码没有电源信息,因此在rtl通常很难验证到和低功耗设计相关的bug。
为了实现rtl级代码的power aware验证,我们在2007年第四季度针对支持低功耗设计的验证方式进行了评估,选择了基于cpf的cadence的流程和另外一家基于pli方式的低功耗验证方式进行了评估。
表1是评估结果。
应用cpf验证低功耗设计流程
1 将低功耗设计规范写成cpf文件
此步骤在我们的设计中非常简单,下面是一个简单的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 在验证流程中读入cpf文件
应用idts进行仿真包括3个步骤:
ncvlog:编译文件
ncelab:扩展和链接
ncsim:进行仿真
进行power aware simulation时,只需要在第二步ncelab增加一个option“-nclps_cpf design.cpf”把第一部产生的cpf读入就可以了。
以下是进行仿真之前关于低功耗设计的相关信息:
图2是电源关断恢复的波形图。
当对应的电源关断控制信号有效时,对应的power domain中的信号被置为x值。
当对应的电源关断控制信号有效时,对应的power domain中的信号依然为x,当对应的信号恢复程序执行后,信号恢复正常。
应用cpf验证低功耗设计
在选定cadence基于cpf的power aware verification flow作为此项目的低功耗设计芯片的设计流程之后,我们在其他设计中也应用了此流程,如门级网表设计等。
在应用此流程之后,设计人员得以发现了一些与低功耗设计相关的设计bug,避免了芯片的失败。
由于设计和验证环境都非常复杂,cadence flow中显现出一些问题:
① default power domain shut-off:
最初cpf文件不支持default power domain可以被关断,导致cpf文件写起来比较麻烦,因为此项目中的design是大部分电路可以被关断,只有部分电路是always-on。
经功能改进后,现在的cadence在ius611s011之后的版本中增加了此项功能。
② pass-through信号的处理:
当一个来在always-on domain的信号值通过一个shut-off domain到达一个always-on domain时,此信号被置为x值。
此功能后未被实现在新版本软件中。目前可以有一个选项控制,对于这类信号是保持或者被置为x值。
③force信号的处理:
为实现某些特定功能,在验证环境中增加了一系列force语句。当这些force应用到可以被关断的power domain中的信号时,一旦此模块被关断,又恢复供电之后,这些force将丢失。
目前此功能增强申请正在处理中。
目前我们的低功耗设计技术还比较简单,只应用了电源关断技术。cpf还可以支持信号隔离(isolation),状态保留寄存器(srpg)等,这在将来的设计中可能使用到。
结束语
通过应用cadence的基于cpf的power aware验证流程,实现了针对低功耗设计的流程。应用此流程,我们无须对现有流程做修改,并帮助发现设计中如果不应用此流程无法发现的bug,使得开发人员在进行后端设计之前就可以及时发现和低功耗相关的bug。
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