[发明专利]一种面向动态电压调节系统的片上监测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种片上监测电路，具体涉及一种面向动态电压调节系统的错误恢复方式可切换的片上监测电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

随着集成电路工艺尺寸向着超深亚微米级甚至纳米级进一步缩小，芯片单位面积上的功耗也成指数上升，这使功耗成为集成电路设计中除了性能、面积等因素外必须考虑的重要问题。尤其是近年来，随着各类电池供电的手持式设备、无线传感器网络节点芯片应用的日益广泛，各类系统芯片对低功耗要求越来越高，如何最大限度地降低芯片功耗已成为集成电路设计领域亟待解决的关键问题。多年来，低功耗一直是学术界和工业界研究的热点问题。动态电压调节(Dynamic Voltage Scaling，DVS)，因其能够有效的降低功耗而受到学术界和工业界的广泛重视。

动态电压调节依赖于对主电路工作状态和性能的监测。系统级监测手段主要是传感器，这种方法能一定程度地反映系统当前工作情况，但是片外监测往往依赖于传感器的精度，且很难选择可靠的监测点，因而难以真实反映芯片内部各部分的实际情况。在芯片内部插入关键单元和复制关键路径的方法可以较真实地反映芯片内部全局参数的变化，但由于这些副本与关键单元和路径所处的片内环境并不完全相同，对局部参数，如局部噪声、工艺波动的变化并不敏感，因而它们反映出的也不是电路的真实情况，大大影响了电压调节的效果。

片上监测方法通过在系统芯片主电路关键路径的末端插入片上监测电路，实时监测电路的工作情况，将工艺偏差、电源电压波动、温度变化、噪声等因素的影响归结为关键路径上的片上监测电路延时特性的变化。当电压降低到电路会出现错误的临界电压以下时，片内逻辑就会出现时序违规，这些时序违规被片上监测电路监测，就会产生相应的错误信号，作为工作电压调节模块的调节依据。片上监测的方法可以实时监测主电路在工作时的出错水平，反映全局和局部扰动对电路的真实影响，同时通过引入错误纠正机制，可进一步释放主电路设计阶段为克服工艺偏差、工作电压波动、温度变化、环境噪声等不利影响预留的电压余量，对工作电压进行动态的调节，从而使功耗达到最优。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构精简、工作功耗低、错误监测范围广、具有两种可选纠错方式且纠错及时有效的面向动态电压调节系统的错误恢复方式可切换的片上监测电路。

技术方案：本发明所述的面向动态电压调节系统的片上监测电路，包括主寄存器电路，从寄存器电路，影子寄存器电路，错误信号产生电路，原地错误纠正选择器，亚稳态监测电路，错误信号整合电路，恢复方式选择电路，原地错误恢复控制信号产生电路；所述主寄存器电路的输入端与输入数据相连，时钟低相位时读入输入数据，时钟高相位时锁存输入数据；所述从寄存器电路的输入端与主寄存器电路的输出端和原地错误纠正选择器的输出端相连，根据原地错误恢复控制信号产生电路的输出来选择输入，在时钟低相位时读入输入端数据，时钟高相位时将读入的数据锁存；所述影子寄存器电路的输入端与输入数据相连，在原地错误恢复控制信号产生电路输出的原地错误恢复控制信号的控制下，在时钟高相位时读入输入数据，在时钟低相位时锁存结果并输出；所述错误信号产生电路的输入数据分别是从寄存器电路的锁存输出数据和影子寄存器电路的锁存输出数据，输入控制信号为原地错误恢复控制信号产生电路输出的原地错误恢复控制信号，输出为经运算得到的时序监测错误信号；若恢复方式选择电路选择原地错误恢复方式，所述原地错误纠正选择器的输入为影子寄存器电路的锁存输出数据，在原地错误恢复控制信号产生电路输出的原地错误恢复控制信号的控制下，输出经过原地错误纠正后的正确数据；否则选择上层错误恢复方式，所述原地错误纠正选择器的输入为主寄存器电路的锁存输出数据，此时监测单元没有原地错误恢复功能，只有错误监测功能；所述亚稳态监测电路监测从寄存器电路的锁存输出数据是否处在亚稳态，若处于亚稳态，则输出相应的亚稳态监测错误信号；所述错误信号整合电路，输入端连接多个片上监测电路监测的错误结果，经过“或”操作，输出一个总的错误信号；所述恢复方式选择电路，输入是经错误信号整合电路整合后的总的错误信号和恢复方式选择的配置参数，经运算后，选择将总的错误信号送到原地错误恢复控制信号产生电路或上层恢复模块，以实现错误恢复方式的选择功能，选择原地错误恢复方式或上层错误恢复方式；所述错误恢复控制信号产生电路，输入端为恢复方式选择电路的输出信号，经其内部电路运算，输出原地错误恢复控制信号，控制影子寄存器电路，错误信号产生电路和原地错误纠正选择器的工作。