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文檔簡介
1、隨著半導(dǎo)體制造工藝的快速發(fā)展,功耗問題已然成為當(dāng)今DSP芯片設(shè)計(jì)所面臨的嚴(yán)重挑戰(zhàn)之一,低功耗技術(shù)的應(yīng)用是解決這個問題的最有效途徑。在芯片設(shè)計(jì)中合理采用這些技術(shù),在滿足性能需求的前提下降低整個芯片的功耗,對提高DSP的整體能效比、擴(kuò)展適用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域具有重要作用。
M-DSP是國防科技大學(xué)微電子所自主研發(fā)的32位高性能多核DSP芯片,集成了8個高性能的DSP單核、大容量的片上存儲體和DDR、S RIO等眾多外圍設(shè)備。本課題的主
2、要目標(biāo)是面向 M-DSP設(shè)計(jì)一個功耗管理模塊 PCU(Power Controlling Unit),實(shí)現(xiàn)對整個芯片功耗的控制,滿足芯片高性能、低功耗的應(yīng)用需求。
本文在分析M-DSP體系結(jié)構(gòu)和低功耗設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上,對芯片進(jìn)行了電源區(qū)域與時(shí)鐘模塊劃分,提出了一種基于區(qū)域劃分的電源和時(shí)鐘功耗管理方案,并綜合運(yùn)用多種功耗控制技術(shù)設(shè)計(jì)了PCU控制器的功耗控制邏輯和運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換邏輯。針對電源區(qū)域的電源管理,采用基于 Cadence公
3、司的通用功耗格式 CPF(Common Power Format)的電源關(guān)斷技術(shù)PSO(Power Shut Off),實(shí)現(xiàn)對整個電源區(qū)域電源的控制;針對外設(shè)模塊的時(shí)鐘管理,通過時(shí)鐘門控技術(shù)控制整個模塊的輸入時(shí)鐘,同時(shí)通過復(fù)位信號控制模塊的低功耗狀態(tài);針對片上大容量存儲體的功耗管理,通過特殊功能管腳來控制存儲體實(shí)現(xiàn)電源休眠的低功耗模式;此外,還采用時(shí)鐘門控技術(shù)對整個內(nèi)核模塊和核內(nèi)CPU的時(shí)鐘進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)對處理器核的精細(xì)功耗管理。為確保
4、每個控制目標(biāo)模塊實(shí)現(xiàn)低功耗模式過程中芯片的其他部分正常工作,PCU采用存儲保護(hù)處理多核訪問沖突的多核共享機(jī)制,并設(shè)計(jì)了req-ack握手機(jī)制對模塊的請求和響應(yīng)進(jìn)行清空處理。
最后,本文分別通過軟件模擬和FPGA仿真的方法對所設(shè)計(jì)的PCU控制器進(jìn)行了充分的功能模擬驗(yàn)證和時(shí)序驗(yàn)證,并對 PCU的功耗優(yōu)化效果做了定量分析。驗(yàn)證結(jié)果表明,本文所設(shè)計(jì)的功耗管理模塊PCU控制器功能正確,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的電源和時(shí)鐘的控制目標(biāo),具有一定的功耗優(yōu)化
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