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【實例簡介】

【實例截圖】

【核心代碼】

目錄 前言................................................. .......................................... xv 1簡介....................................... .................................... 1 1.1概述................................................. ................................................... ..... 1 1.2問題範圍.................................... ...................................................... 2 1.3功率與能量.................................... .................................................... 3 1.4動態功率............................................... .............................................. 4 1.5動能與靜力之間的衝突................................................. 7 1.6靜態功率.............................................. ................................................... .. 8 1.7本書目的............................................. .............................................. 10 2種標準低功耗方法............................................. ...... 13 2.1時鐘門控..................................................... ................................................................................. 13 2.2門級功率優化............................................. ..................... 15 2.3多VDD .............................................. ................................................... .. 16 2.4多閾值邏輯............................................. .................................... 17 2.5標準低功耗技術的影響摘要.................. 19 3多電壓設計............................................. ...................... 21 3.1多電壓設計中的挑戰.................................................... ............... 22 3.2電壓縮放接口–電平轉換器.................................... ...... 22 3.2.1單向電平轉換器..................................................... ............. 23 viii低功耗方法論手冊 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5自動化和電平轉換器....................................... ............ 27 3.2.6電平轉換器的建議和陷阱................................. 28 3.3多電壓設計中的時序問題................................................... ...... 29 3.3.1時鐘.............................................. ............................................................. 29 3.3.2靜態時序分析..................................................... ....................... 30 3.4多電壓設計的電源規劃................................................... ........ 30 3.5多電壓設計的系統設計問題................................................... 31 4電源門控概述................................................. ................ 33 4.1動態和洩漏功率曲線.................................................... ............. 33 4.2 4.3功率門控設計原理.............................................. ................ 37 4.3.1電源開關–細顆粒與粗顆粒.......................... 38 4.3.2電源門控的挑戰.......................................... .......... 39 5設計電源門控.............................................. ....... 41 5.1交換結構設計.............................................. ............................... 42 5.1.1控制交換結構.................................................... ........ 44 5.1.2 5.2 5.2.1信號隔離技術........................................... ................. 45 5.2.2輸出或輸入隔離................................................. ..................... 47 5.2.3接口協議和隔離.................................................... ......... 48 5.2.4隔離建議和陷阱................................................. 50 5.3 5.3.1使用掃描鏈保持狀態................................................... ...... 51 5.3.2保留寄存器................................. ..................................... 54 5.3.3固定電源控制器的設計.......................................... 56 5.3.4部分保留與完全保留狀態................................................. .............. 56 5.3.5系統級問題和保留................................................... ...... 58 5.3.6 5.4 5.4.1 5.4.2握手協議............................................. ......................... 61 5.4.3 5.5 電平轉換器–高低壓轉換...................... 23 電平轉換器–低至高電壓.............................................................. .. 24 電平轉換器的放置............................................... .................. 25 電源門控對子系統類別的影響............................................... 36 電源門控的建議和注意事項................... 44 信號隔離................................................. ................................................... 45 狀態保留和恢復方法............................................. ...... 50 國家保留的建議和陷阱................................. 58 電源門控..................................................... ................................... 59 電源控制排序..................................... ............... 60 電源門控控制器的建議和陷阱..... 63 電源門控設計驗證– RTL仿真................................. 63 低功耗方法論手冊ix 5.5.1推斷RTL中的電源門控行為................................................ 64 5.5.2推斷RTL中的電源門控和保持行為.................. 68 5.6設計出於測試考慮.................................... ...................... 70 5.6.1電源門控................................................. ....................... 70 5.6.2掃描測試期間的功率限制....................................... ..... 71 5.6.3測試交換網絡.................................................... ...... 71 5.6.4測試隔離和保持................................................. ...... 72 5.6.5測試電源門控控制器....................................... .... 73 電源門控的6個架構問題................................ 75 6.1層次結構和電源門控............................................. .................................... 75 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3電源狀態表和常亮區域....................................... ..... 82 7 A電源門控示例.................................... ...... 85 7.1 7.2設計分區..................................................... ....................................... 88 7.3隔離................................................. ................................................... ..... 92 7.4保留............................................................ ................................................... .... 94 7.5推斷功率門控和保持..................................... ...... 95 7.6測量與分析.............................................. .................................... 96 8低功耗IP設計........................................... .............. 101 8.1電源門控的體系結構和分區.................................................. 102 8.1.1如何以及何時關閉... ............. 103 8.1.2 8.2 USB OTG的電源控制器設計....................................... .... 105 8.3設計便攜式電源控制器中的問題................................................ 108 8.4時鐘和復位.............................................. ....................................... 109 8.5驗證................................................. ...................................................... 109 8.6包裝IP以便在有意圖的情況下重複使用....................................... ....... 110 USB OTG內核的8.7 UPF .................................................... ........................... 111 8.8 USB OTG電源門控控制器狀態機...................................... 114 電力網絡及其控制.................................... ................ 78 片上電源門控................................. ....................... 81 外部電源導軌開關.............................................. ......... 79 支持的洩漏模式............................................... ........................... 85 關閉什麼和保持活力.................................... 103 x低功耗方法論手冊 9頻率和電壓縮放設計....................................... 121 9.1動態功率和能量.................................... ......................... 122 9.2電壓縮放方法................................. ................................. 125 9.3動態電壓和頻率縮放（DVFS）.................................... 125 9.4 CPU子系統設計問題................................. ..................... 129 9.5自適應電壓縮放（AVS）.................................................... .................... 130 9.6電平轉換器和隔離.............................................. .................................... 131 9.7電壓縮放接口–對同步時序的影響.................... 132 9.8 10電壓和頻率縮放設計示例......... 139 10.1電壓縮放-UMC 130nm的工作示例.................................... 139 10.1.1 ULTRA926系統設計框圖.................................. 140 10.1.2 10.1.3同步設計約束.................................................... ...... 144 10.1.4模擬（預測）的節能分析................................... 145 10.1.5 10.1.6 10.2.1 10.2.2 10.2.3 11實現多電壓，功率門控設計..... 155 11.1設計分區..................................... ................................................... 158 11.1.1邏輯和物理層次結構.................................................... ......... 158 11.1.2關鍵路徑時序..................................................... ......................... 160 11.2設計流程概述.............................................. ................................ 160 11.3合成................................................ ................................................... ..162 11.3.1電源意圖............................................. .................................... 162 11.3.2定義電源域和電源連接................... 162 11.3.3分離細胞的插入..................................................... ..................... 163 11.3.4保留寄存器的插入........................................... ............. 164 11.3.5電平轉換器的插入..................................................... ...................... 166 11.3.6掃描合成............................................. .................................... 168 11.3.7永遠在線的網絡綜合....................................... ..... 170 11.4採用電壓縮放設計的多角多模優化.... 171 11.5設計規劃............................................... ................................................... 173 電壓縮放比例的控制.............................................. .................................... 136 電壓/頻率範圍探索.................................................. 141 矽測量的功率和性能分析...................... 145 矽測量的ULTRA926 DVFS節能分析.. 147 10.2電壓縮放-台積電65nm的工作示例................................. 150 電壓/頻率範圍探索.................................................. 151 矽測量的功率和性能分析.................................. 151 ATLAS926案例研究.............................................. .................. 150 低功耗方法論手冊xi 11.5.1創建電壓區域........................................... ..................... 173 11.5.2電源門控拓撲............................................... ........ 175 11.5.3湧流管理................................................... ............. 176 11.5.4建議：............................................. ............................. 176 11.6電源規劃............................................... ......................................................... 177 11.6.1去耦電容器的插入..................................................... ........ 179 11.7時鍾樹綜合................................. ................................... 180 11.8功率分析.............................................. .................................................................. 183 11.9時序分析............................................... ........................................................ 184 11.10低功耗驗證.................................... ................................. 185 11.11製造測試............................................... .................................................... 185 12個物理圖書館............................................... ..................... 187 12.1標准單元庫.............................................. ................................ 187 12.1.1標准單元庫的建模....................................... ..188 12.1.2標准單元庫的表徵....................................... 189 12.2特殊電池-隔離電池..................................................... ........................ 190 12.2.1 12.2.2輸出隔離與輸入隔離................................................. .... 193 12.2.3 12.2.4建議.............................................. .................... 194 12.3特殊單元-電平轉換器..................................................... ........................ 195 12.4內存...................................................... ................................................... 198 12.4.1用於多電壓電源門控設計的RAM ....................................... 199 12.4.2內存和保留..................................... ................... 200 12.5功率門控策略和結構..................................................... ........ 200 12.5.1功率門控結構........................................... ................... 201 12.5.2建議–粗粒與細粒................................ 204 12.6功率門控單元.............................................. ............................................................. 204 13保留寄存器設計.............................................. ......... 209 13.1保留寄存器..................................... ................................................... 209 13.1.1單引腳“ Live Slave”保留寄存器................................ 209 13.1.2 13.1.3 13.1.4保留寄存器：相對佈局....................................... .... 218 13.2.1 信號隔離................................................ ............................. 191 直流洩漏路徑................................................. ..................... 193 12.7功率門控標准單元庫............................... ............ 206 雙控制信號“氣球”保留寄存器....................... 212 單個控制信號“氣球”保留寄存器.................... 215 13.2內存保留方法.................................... ............................ 219 VDD保持方法.............................................. ..................... 219 xii低功耗方法論手冊 13.2.2 13.2.3 13.2.4 14電源開關網絡的設計................................ 225 14.1環形vs.網格樣式..................................................... ....................................... 225 14.1.1 14.1.2 14.1.3行和列網格....................................... ..................... 229 14.1.4 14.1.5建議-環形與網格樣式.............................................. 231 14.2頁眉與頁腳開關.................................. .................................... 232 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4 14.2.5 14.3.1 14.3.2 14.3.3供應分配建議................................................ 239 14.4睡眠晶體管示例.................................... ............................ 239 14.5喚醒電流和延遲控制方法................................. 240 14.5.1 14.5.2 14.5.3 14.5.4 14.5.5 14.5.6 14.5.7 14.5.8電源開關控制建議..................................... 245 14.6雙菊花鏈睡眠晶體管實現示例..... 246 附錄A睡眠晶體管設計...................................................... 249 A.1 A.1.1 A.1.2 A.1.3 A.1.4 減少保留等待時間的方法................................................. 222 來源偏向方法............................................... .................. 221 源二極管偏置方法............................................. ......... 219 鈴聲樣式實現..................................................... ............ 226 網格樣式實現.............................................. ............ 227 混合樣式實現.............................................. ......... 231 開關效率注意事項............................................................. .. 232 建議–頁眉與頁腳................................................... 235 系統級設計注意事項.............................................. 235 面積效率考慮因素和L / W選擇......................................... 234 身體偏見註意事項.............................................. ............... 235 單菊花鏈睡眠晶體管分佈..................................... 241 雙菊花鏈睡眠晶體管分佈................... 241 主鏈開啟控制..................................................... ....... 243 基於緩衝區延遲的主鏈開啟控制.................................. 243 主睡眠晶體管的並行短鏈分佈... 243 降低電源延遲時間............................................. ..... 244 可編程主鏈開啟控制................................. 244 睡眠晶體管設計指標................................................. .................. 250 開關效率................................................ .................................... 250 區域效率................................................. ..................... 253 紅外降落................................................ ................................................... 253 正常vs.反向身體偏向..................................................... ......... 254 14.3供電軌電壓與錶帶VDD的關係.................................................... ......................................................... 236 平行軌VDD分配.............................................. ...... 236 電源帶VDD分佈.............................................. ....... 238 低功耗方法論手冊xiii A.1.5建議.............................................. .................................... 259 A2 A.2.1建議.............................................. ............................. 262 A.3 A.3.1建議.............................................. 263.第263章 A.4 附錄B UPF命令語法................................... 267 B.1 add_pst_state .............................................. 268.第268章 B.2 connect_supply_net .............................................. ............................................. 269 B.3 create_power_domain .............................................. 271 ...第271章 B.4 create_power_switch .............................................. ..................................... 273 B.5 create_pst .............................................. ................................................... .. 275 B.6 create_supply_net .............................................. ....................................... 276 B.7 create_supply_port .............................................. .................................................... 277 B.8 set_domain_supply_net .............................................. .................................... 278 B.9 set_isolation .............................................. ...................................................... 279 B.10 set_isolation_control .............................................. ...................................... 281 B.11 set_level_shifter .............................................. ................................................... 283 B.12 set_retention .............................................. .................................................................. 285 B.13 set_retention_control .............................................. ..................................... 287 B.14 set_scope ................................................. ................................................... ... 288 詞彙表................................................. .............................................. 291 參考書目.................................................. 293第293章 指數 ................................................. ................................................... 297