低功率设计中不同功率格式的应用

低功率设计中不同功率格式的应用对于低功率设计，既然存在两种相互竞争的获取功率目的的行业格式——共同功率格式（CPF）和统一功率格式（UPF）——设计组必须理解这两种格式之间的相似点和不同点。

有些设计公司可能会忽视其中的一种格式，但是大部分设计公司将同时使用两种格式。

CPF文件格式的第一个参考文献出现在2006年早期，Cadence宣布了它的Power Forward Initiative。

2006年后期，Cadence和Silicon Integration Initiative公司(Si2)在Si2的资助下创建了低功率联盟（LPC），专注于发展CPF格式。

2007年1月，LPC公布了包含CPF格式定义的第一个公开文件。

该文件可在 网站下载。

Cadence的软件组支持CPF，多个EDA卖主也支持LPC文件中定义的格式。

在DAC 2006年，在德州仪器和诺基亚公司带领下，许多其他公司通过会议创建了由泛EDA公司支持的第二种格式。

这一格式称作统一功率格式，而Accellera组建了一个委员会来敲定所有的细节。

2007年1月，Accellera公布了它的UPF 1.0说明书。

这一文件公布在 网站。

2008年1月Magma，Mentor，以及Synopsys公司联合宣称在他们的软件中支持UPF。

并且再次，许多其他EDA卖家也支持这一格式。

在2007年间，IEEE组建了一个工作组来开发一种行业标准的以功率为目的的格式。

这个标准将叫做IEEE-P1801。

该工作组接受以现有格式的贡献为起点。

Accellera公司贡献了UPF，但是Cadence却没有贡献CPF。

格式的相似点CPF和UPF格式采用完全不同的句法，却有90%相同的概念。

但是在任意一格式中，都有用于低功率设计的功率目的的所有主要特征。

两种格式都基于Tcl——嵌入多数EDA软件的软件控制语言。

因此，我们可以把任意一种格式当作一组Tcl的程序定义，而不是一种新的独特的语言。

特别是，两种格式提供一种方法来描述：- 电压域或模块，在不同的电压下运行，要求在所有的域交叉处都有电平开关；- 功率域或模块，带有独立电源的电源，可关闭；- 若干供应网，有不同名称和不同连接；在这种设计形式中，不存在任何单个的全程功率连接；- 绝缘逻辑，安放于功率域的输出端，该处只有一个逻辑结点，能保持功率开启；- 存储寄存器，是功率域中的触发器，当域关闭时，有一个“保持开启”的供应连接来保持状态；- 功率域中用于逻辑的保持开启元件和通道（与存储寄存器相邻），当包含它们的模块关闭时必须保持功率开启；- 功率开关，是大的芯片级开关晶体管，用来断开进入一个功率域的功率。

除了一些非常小的方面，任何采用以上特征的设计都完全可以用CPF或UPF表示。

但是，CPF表示的句法与UPF表示的句法完全不同。

每个文件都会有许多命令及对每个命令的选择，来获取功率目的。

在少数情况下，CPF命令选择和UPF命令选择之间存在着一一对应的关系。

但是，一般而言，在CPF命令和UPF命令中，关于功率目的的位信息是不同的。

设计人员的一个目的在CPF中也许用三个选择表示在两个命令中，而在UPF中也许是用两个选择表示在三个命令中。

格式的不同点这两种格式之间的主要区别是UPF没有任何定义像电平开关或存储寄存器等库元素的命令。

在这两种格式中，在某一情况下你可能需要使用特定的库单元。

例如，在所有两个特定模块之间的结点处，你可能需要使用一个特定的电平开关。

虽然，UPF没有给出任何句法来定义电平开关单元，它的供应引脚名称，及它的数据引脚名称。

但是，CPF则提供了定义这些库的特征的句法。

在UPF中，假设存在一些其他的库格式来获取这一信息，如Liberty（“Synopsys点存储”）。

Liberty 2006.6标准有一些这样的特征，但是最近的2007.3版本有足够的信息来模拟电平开关及一直开启单元和引脚。

目前还不清楚有多少库提供者创建了基于该标准的库，但是必需的领域都包括了。

上面的相似点表明CPF和UPF的创建者都考虑了完全相同的范围。

至少目前，CPF中大部分区域超出了UPF的范围，同样UPF中大部分区域超出了CPF的范围。

在这些区域中，不可能在每种格式中获得相同的目的，因为在另一格式中没有命令甚至模糊的等式。

多电压设计中的一个复杂问题是在不同的不确定温度和程序点进行定时分析，并保证覆盖到了各个不同的电压阶段。

CPF提供了一些将不同的库文件和工作条件与不同的功率模式联系起来的命令。

因此，一个静态的定时分析软件可以自动地给许多不同的进程进行排序，一个进程对应每个功率模式，从而确保每个独立的电压域与适当的库对应。

但是UPF对于这一阶段没有提供任何特别的句法。

多电压设计中的另一个复杂问题是为数据损坏和电压分辨率提供正解的模拟信号。

一个模块关闭后，模拟中非存储网的值会被设为X。

然而，不同的存储寄存器在控制信号输入的形式上可能有不同的限制来确保正确存储。

如果发生错序列，UPF能提供了一些命令和选择来保证模拟器会检查进入存储寄存器的控制信号，以及产生的中断错误或X值。

UPF也定义了一个电压分辨率包。

如果其输入在特定的电压范围内，则特定模块可能会正确运行，但是如果输入超出了该电压范围，它可能会错误运行并产生未知的输出。

同样，少许额外的命令选择可以很容易地找出两种格式之间的一些较小的具有代表性的区别。

在许多设计中，这些区别不太可能出现。

例如，CPF功率开关库命令提供了一种简便的方法来用两个可行的输入为功率开关指定一个“部分开启”状态，同时也指定电流范围和其他参数。

在UPF和Liberty中的也有可能用同样的方式来表示，但是合成软件不太可能有能力从UPF和Liberty的描述中推断出正确的控制方式。

实例以下四个完整的实例集中于低功率设计的不同领域。

每个实例提供了一个简单的设计描述，然后给出完整的CPF和UPF文件来获取低功率的目的。

每个实例的讨论比较和对照了每种格式达到目的的方法。

一般而言，您将看到两种格式都达到了目的，但是具体的命令结构却完全不同。

例1：两个电压域在第一个设计实例中，“U1”部分的工作电压为1.2V，而其他部分的工作电压为1.0V。

每个域的结点处需要电平开关。

该设计的Code list 1和Code list 2分别代表CPF和UPF。

在文件的第1部分，句法元素之间是一一对应的。

在CPF中，基本命令为“create_power_domain -name X -instances Y Z.”。

在UPF中，相应的命令是“create_power_domain X -elements Y Z.”。

这是两种格式唯一有严格相同的命令名的部分。

对于一个简单的域，这一部分可能全部由最初的RTL设计人员定义。

在第2部分中，我们指定电压到域。

这要求选择恰当的电平开关。

这两种不同的格式用不同的命令表现出多种排列对象的方法。

在CPF中，我们创建一个与域相联系的功率网。

一般而言，“create_...”命令可能用于设计过程的早期。

额外的信息可稍后通过“update_...”命令加入。

在UPF中，我们设定端口电压值，并给定他们几个可能的功率状态。

在这个简单的例子中，我们只定义了一个叫做“default”的功率状态，并为它设定电压。

然后，我们为合适的域将端口联结成为最初的功率网。

CPF和UPF都采用了“rule”的想法来安排电平开关。

假定一个设计中的三个域有两种不同的电压，那将会出现一些域名不同的结点，但是每侧的电压值相同。

可以为每个唯一的结点电压值定义一个规则，这样减少了要定义的数据的数量。

在CPF中，“-from”和“-to”选项为规则定义了有效域。

在UPF中，一次只能指定一个域。

因此，“applies_to inputs”大致相当于“-to”，而““-applies_to outputs”大致相当于“-from”。

最初的RTL设计人员有可能但未必可能希望通过为不同的区域结点命名来指定库单元。

RTL设计人员选择合适的单元时，可能依赖于物理设计组，将来也可能依靠合成软件。

尽管如此，会出现一些特殊的情况，在这些情况中，一些设计团队希望为结点调动特定的单元。

两种格式都支持这种情况，如第4部分所示。

在第3部分提出的规则可以进一步应用到指定单元名。

正如先前注意到的，UPF不提供任何句法来描述电平开关的引脚名及其功能。

在CPF中，使用了“define_...”命令。

CPF的第5部分说明了电平开关将如何被选定。

例2：简单的功率域在第二个设计例子中，“U1”部分可以降低功率。

功率降低时，几个输出端要强制为0，但是“zn”输出端要强制为1。

信号“iso”激活绝缘逻辑。

Code list 3 和Code list 4分别代表设计中的CPF和UPF。

第一部分与例1的电压域相同。

第二部分是是强制值的句法。

两种格式一个规则来获取这一信息是用，然后可用同一规则得到额外的信息。

对于CPF，关于该规则的一般信息采用“-from domain”。

对于UPF，同样的信息采用“-domain domain -applies_to outputs”。

输出端绝缘的显示也会相似，CPF中用“-to”，UPF 中用“-applies_to inputs”。

在两种格式中，或用一个通配符“*”（CPF），或不定义任何元素（UPF）为强加输出定义默认值。

除zn等以外都采用第二规则来表示，这一规则用不同的强加值为指定端口命名。

第3部分是绝缘信号的句法。

在CPF中，用同样的命令来实现。

在UPF中，额外的信息是用随后的命令来获得相同的规则。

两种格式对于绝缘信号都允许采用一个表达式。

第4部分所示句法是用来说明在设计结构中绝缘门所需的位置的。

在有些设计中，绝缘逻辑的位置必须是确定。

大多数时候，可能要求绝缘逻辑位于降低功率（源）域或者目标域。

两种格式都为此采用了“-location”标记，但是合法值的名称却是不同的。

CPF采用“from”和“to”，而UPF采用“self”和“fanout”。

例3：存储寄存器这个设计显示了存储寄存器的几个典型的部分。

它有两个功率域（图1）。

第一个功率域（U1）的所有寄存器都必须具有存储功能。

第二个功率区域（U2）中，只有子模块U3中的寄存器必须有存储功能。

存储寄存器至少有两种形式：只带有一个不活动引脚的“单引脚”寄存器，和带有单独保存和存储引脚的“双引脚”寄存器。

在这种情况下，U1中的寄存器需要保存和存储的控制，同时U2和U3中的寄存器需要一个静态控制。

Code list 5和Code list 6分别代表设计中的CPF和UPF。

（两者都省去已经介绍过的句法）CPF和UPF之间的概念非常相似，但是信息的分布有些许不同。

对于CPF，第1、2部分是定义要保存的部分和控制网名称的命令。