[发明专利]基于硬件平台的门级功耗分析装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，特别涉及一种基于硬件平台的门级功耗分析装置及方法。

背景技术

超大规模（VLSI）集成电路的功耗随着集成电路制造技术的发展成倍增长，而功耗及散热问题一直是制约着集成电路设计的重要因素，它不但影响着电池的连续工作时间及散热量，更在很大程度上决定着芯片的成本和可靠性，低功耗己经成为与面积和性能同等重要的设计目标。

在芯片设计过程中，功耗分析可以分为几个层次，自下而上分别是版图级、晶体管级、门级、寄存器传输级（RTL）、结构级和算法级。对芯片设计进行功耗优化和低功耗设计的前提是要能对功耗进行评估和分析。门级功耗分析兼有精度高，分析速度快的优点。现有的功耗分析设备都是针对家用电器、办公设备等强电产品提出的，在弱电市场上，特别在芯片设计领域，目前还没有一款与硬件平台相联系的功耗分析装置。虽然一些EDA软件生产厂商可以提供功耗分析软件，比如Synopsys公司的PrmeTime，该工具可以在芯片设计的门级层次进行功耗分析；可是其测试激励等仿真模型与实际情况存在一定的差别，所以一款结合实际的硬件平台进行门级功耗分析的装置和方法，是目前集成电路设计市场上的一个迫切需求。

发明内容

针对以上提出的功耗分析工具不够完善的问题，本方案提出了一种基于硬件平台的门级功耗分析装置。方案基于硬件平台，设计了捕获模块，并结合上位机的功耗分析模型，实现了针对测量系统当前的工作性能水平和被检测模块功耗水平的硬件平台测试方案。方案应用于无线通信SoC芯片中，可以在SoC前端设计时进行功耗分析，使得SoC功耗评估及优化方案可以提早实现，从而可以大大提高SoC一次流片的成功率。

本发明提供一种基于硬件平台的门级功耗分析装置，包括矢量捕获模块、控制模块、存储模块和功耗分析模块，其中矢量捕获模块、控制模块和存储模块位于硬件平台上，功耗分析模块位于上位机中；控制模块为硬件平台的工作及信号捕获提供时钟控制信号，矢量捕获模块在时钟控制下捕获实时信号状态，存储模块用于存储捕获的信号，功耗分析模块根据捕获信号生成门级波形转换文件，建立门级功耗模型并完成功耗分析。

其中，所述硬件平台包括可编程逻辑验证单元、中央处理核心控制单元、数字信号协处理单元和模数/数模转换单元；矢量捕获模块和存储模块位于可编程逻辑验证单元中，控制模块包括中央处理核心控制单元和数字信号协处理单元。其捕获的信号包括控制信号、数据信号和地址信号，所述信号由所述中央处理核心控制单元、数字信号协处理单元和模数/数模转换单元提供。矢量捕获模块通过AHB总线与控制模块相连。可编程逻辑验证单元通过JTAG接口与上位机相连，存储的信号通过JTAG接口传输到上位机中。

另外，本发明提供一种基于硬件平台的门级功耗分析方法，包括：

a)由硬件平台捕获实时信号状态，存储并传送至上位机，在上位机中生成信号状态列表文件，所述信号状态列表文件包含信号的名称、采样周期和信号状态；

b)根据所述信号状态列表文件对门级电路进行仿真，生成门级波形转换文件，所述门级波形转换文件包含了所有信号的翻转信息；

c)建立门级功耗模型，所述门级功耗模型即为门级功耗的计算公式，根据工艺条件确定模型中各个参数的值；

d)根据门级波形转换文件和门级功耗模型进行门级功耗分析。

在所述步骤a)中，所述实时信号状态由矢量捕获模块在控制模块的时钟控制下捕获，并保存到对应的存储模块中，所述矢量捕获模块、控制模块和存储模块均位于硬件平台上。

所述实时信号包括控制信号、数据信号和地址信号，所述实时信号由硬件平台上的中央处理核心控制单元、数字信号协处理单元和模数/数模转换单元提供。

在所述步骤b)中，所述信号的翻转信息包括翻转密度和静态概率。

在所述步骤b)中，所述门级电路由寄存器传输级设计并综合得到。

在所述步骤c)中，门级功耗模型包括开关功耗模型、短路功耗模型和静态功耗模型。所述静态功耗模型由门级电路的泄漏电流和电源电压决定。所述开关功耗模型由控制信号频率、电源电压以及所有门级电路节点的翻转密度和输出电容决定。所述短路功耗模型与开关功耗模型近似线性关系，其线性系数通过实验统计得到。

在所述步骤d)中，所述功耗分析包括功耗密度在各个功能模块之间的分布；动态功耗、静态功耗所占的比重；总的平均功耗和运行中出现的峰值功耗。所述动态功耗通过将所述信号的翻转密度代入所述开关功耗模型和短路功耗模型中计算得到。