CPF在低功耗设计验证中的应用 解决方案, Power, 技术, 延长

我是MT

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

在笔者目前负责的芯片中，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。

图1 芯片模块图

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。
表1 Power Aware验证评估结果



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：

***Low Power Simulation Power Information
Power domainDcore
-Default
-AlwaysOn
Power domainDau
-Instances:
TESTBENCH.inst.alu_inst.aui
Power domainDlu
-Instances:
TESTBENCH.inst.alu_inst.lui
Power domainDalu
-Instances:
TESTBENCH.inst.alu_inst
Power domainDrf
-Instances:
TESTBENCH.inst.rf_inst
Total number of power domains:5

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。

图2 电源关断恢复的波形图

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。