一款双核SoC芯片的低功耗设计与验证

摘要

随着微处理器性能的提高，功耗问题日趋严峻，成为限制处理器发展的一大阻碍。传统的低功耗技术大多数针对的是降低动态功耗，但是近几年来，静态功耗所占比重越来越大甚至已经超过动态功耗。因此，在集成电路的设计过程中，在对动态功耗进行优化的同时也要对静态功耗进行有效地优化。
　　本文的主要工作是针对一款低功耗双核SoC芯片（LPE处理器）进行低功耗设计。论文提出了一套合理有效的低功耗设计方案，综合采用电源关断技术、时钟门控技术、动态频率调节技术等多种低功耗技术，设计了功耗管理控制器，完成LPE处理器的低功耗管理，有效地降低动态功耗和静态功耗。
　　论文设计实现了LPE处理器的功耗管理控制单元（PMC）。在PMC中定义了功耗配置、功耗模式、下电间隔、下电标识等寄存器，针对各个处理器核、各IO控制器（DMAC、PEU、GMU）等可关断部件设计了待命、唤醒、上电、下电状态机，使处理器可以工作在不同的功耗模式，从而降低动态功耗和静态功耗。
　　论文基于UVM的验证方法学搭建了PMC的模块级验证平台，验证了PMC寄存器的访问通路、软件控制下的待命/唤醒、电源上电/下电功能的状态转换、动态自适应监测的响应机制等功能。在系统级搭建了LPE全芯片低功耗模拟验证平台，设计用于低功耗设计仿真的CPF文件，主要对LPE各个电源域的电源控制功能、隔离单元的正确使用以及不同功耗场景下的功能进行了仿真，验证了系统级的电源关断流程。
　　最后，论文采用PowerArtist功耗分析工具对LPE进行RTL级的功耗分析与评估。数据表明，所采用的低功耗设计方案能够大幅降低LPE处理器的动态功耗和静态功耗。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 课题主要工作

1.3 论文结构安排

第二章 低功耗设计研究现状

2.1 功耗来源

2.2 低功耗设计技术

2.3 本章小结

第三章 LPE处理器的低功耗设计

3.1 LPE处理器结构

3.2 低功耗设计方案

3.3 本章小结

第四章 功耗管理控制部件设计

4.1 PMC设计方案

4.2 PMC功能

4.3 PMC状态控制

4.4本章小结

第五章 PMC功能验证

5.1 功能验证概述

5.2 基于UVM的PMC模块级验证

5.3 模块级验证结果分析

5.4 LPE系统级低功耗验证

5.5功耗分析与评估

5.6 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果