数字电路低功耗设计二Word文档下载推荐.docx
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•T1,T0:
（节点）信号的逻辑值为1和0的持续时间，上图中T1
为4,T0为2。
•静态概率（staticprobability,SP）:
（节点）信号逻辑值为
1的概率，上图中的SP为4/6=2/3。
3开关行为（文件）情况表示
前面我们说到了功耗的分析需要开关行为的情况，一般就是指每个节
点的翻转率情况，我们有下面方式设置翻转率：
•直接命令进行：
例如命令：
set_switching_activity-static0.2-toggle_rate
20-period1000[all_inputs]
这时，翻转率设置的节点是输入，响应的翻转率为：
Tr=20/1000=
0.02GHz
•SAIF文件:
即switchingactivityinterchangeformat，开
关行为内部交换格式文件，用于仿真器和功耗分析之间交换信息的
ASCII文件（美国标准信息交换码文件）。
•VCD文件，即valuechangedump文件，它也是一个ASCII文
件，文件中包括了一个设计中所选择变量值的变化信息，这些信息通
过在仿真testbench中使用“VCD系统函数”得到。
在Synopsys的低功耗设计流程里面，可以使用powercompiler
（包含在designcompiler中）进行功耗分析。
我们可以通过命令来
定义节点的翻转率的方法来分析功耗----称为无向量（vector-free）分析法；
由于SAIF文件和VCD文件可以通过对电路仿真得到，它们是仿真接口格式文件，因此也可以通过VCS仿真器产生SAIF或者VCD文件的方法分析功耗。
当要分析的结果比较精确时，一般使用SAIF
文件或者VCD文件（VCD文件通过相关命令转换成SAIF文件，而后使用SAIF进行功耗分析）。
（2）无向量分析法
前面我们说到，无向量分析法就是通过命令来定义节点的翻转率的方法来分析功耗。
我们先来逐条学习需要什么的命令，然后在后面进行举例说明无向量分析法的脚本。
在学习设置翻转率的命令之前，我们先来了解一下什么是设计的传播起点和黑盒子。
我们定义传播的起点为设计的输入端和黑盒子的输出端，黑盒子是指在工艺库里没有功能描述的单元（比如ROM、RAM或者一些IP核）。
例如对于下面的设计中：
上面的设计有三处起点，一处是整个设计的输入端，一处是黑盒子的输出端，还有一处是某个单元的输入端。
最后一处的起点不包含在我们的定义中，但是我们也把它当做起点，因为这是被标记了翻转率，这个我们后面进行讲解。
利用无向量分析法分析功耗时，我们不必提供设计内部节点的翻转率，而是通过设置起点的翻转率就行了。
我们有两种方法设置翻转率，一种是通过设置翻转变量，一种是通过标记的方法。
下面我们就来介绍如何通过这两种方法进行设置翻转率。
①设置翻转变量在powercompiler中，可以设置下面的两个翻转变量进行设置翻转
率：
power_default_toggle_rate
power_default_static_probability
下面就来介绍一下这两个变量（主要介绍
power_default_toggle_rate）。
power_default_toggle_rate:
其用法我们可以在DC中进行man
一下，这个变量设置设计中默认使用的翻转率。
定义方式是：
setpower_default_toggle_rate翻转值
翻转值默认是0.5。
这个翻转值不是翻转率，这个变量定义的翻转率是个相对的值：
•如果设计定义了时钟，这个power_default_toggle_rate变量定义的翻转率就以最快的时钟为参考，比如翻转值为0.5时，设计中最快的时钟为10ns,那么翻转率Tr=0.5/10ns=0.05GHz，也就是整个设计中默认的翻转率是0.05GHz
•如果设计中没有时钟，那么就会以工艺库中的时间单位作为参考，例如工艺库中的时间单位是ns,翻转值为0.5，那么翻转率Tr=0.5/1ns=0.5GHz。
power_default_static_probability:
这个设置的是默认的静态
概率，也就是起点的逻辑值是1的概率。
至于静态概率，这里就不详细描述了。
这两个变量的默认翻转值都是0.5，翻转率是很大的，一
般情况下需要减小一点，比如设置为0.01和0.02这样的。
一般情况下，默认的翻转率是设置在起点上的，也就是说起点的
翻转率用的是power_default_toggle_rate这个变量设置的翻转率，
I
Sp<
A）^/6-0.ti6Tr（AJ-J/6-05
:
■
内部节点的翻转率可以通过传播得到，如下图所示：
£
腻＜?
）・2/6专一33
loom
Sp（=4/6=0.6b
LTL
lltoicA
阳-0丄
玄沪，c100010
C的詡转率可以通过A和B的观
；
jp-圭1二
ToSfJc
Prnpaga^cit
需要说明的是，传播不可以穿过没有功能描述的黑盒子，也就是不能通过传播的方式得到黑盒子的输出翻转率，因此我们在最前面就定义了，将黑盒子的输出当做起点，这样其他节点的翻转率可以通过传播得到（包括黑盒子的输入），黑盒子输出的翻转率通过默认设置的翻转率得到，我们就得到了设计中所有节点的翻转率。
②标记翻转率
上面的方式设置的是默认的翻转率。
当我们需要为某个节点标记某个指定的翻转率，而不是使用默认的翻转率时，我们就用到了标记频率，如下图所示：
起点
单元A的输入端口标记了特定翻转率，比如说0.04GHzo标记的翻转率比传播的翻转率优先级更高，被标记翻转率的节点将作为一个新的起点，这就不属于起点的定义，但还是叫它为起点的原因。
标记翻转率之后，这个单元后续的节点的翻转率将通过这个新标记的翻转率传播得到。
设置标记翻转率（简称设置翻转率）的命令主要有两条：
set_switching_activity禾口set_case_analysis，下面就
来讲解一下这两条命令的意思。
set_switching_activity:
设置某个节点的翻转率和静态概
率，在使用无向量分析法估算功耗的时候，这个命令被广泛使用，越多的节点上被标记翻转率，估算功耗的精度就越高。
命令和选项如下所示：
set_switching_activity
[-static_probability
static_probability]
[-toggle_ratetoggle_rate]
[-state_condition
state_condition]
[-path_sourcespath_sources]
[-rise_ratiorise_ratio]
[-periodperiod_value|
-base_clockclock]
[-typeobject_type_list]
[-hierarchy]
[object_list]
[-verbose]
下面来简单介绍一下常用的几个选项，详细的介绍可以通过man
set_switching_activity获取。
-static_probability:
设置静态概率。
-periodperiod_value|-base_clockclock:
设置时钟
（周期），-period和-base_clock只能设置其中一个。
-toggle_rate:
设置翻转值，与-period或者-base_clock相关
联。
翻转率Tr等于：
用-base_clock选项指定的时钟周期里面的翻
转数目或用-period选项指定的时间段里的翻转数目；
当没有这
个设置两个选项时，将使用工艺库里面的时间单位，即翻转率等于在每个库单位时间内的翻转数目。
下面来举例说明这个命令的用法：
例一：
create_clockCLK-period20
set_switching_activity-base_clockCLK-toggle0
.5-static0.015[all_inputs]
上述命令设置了时钟周期为20ns,然后命令使用的是-base_clock的选项，所有输入端的翻转值为0.5，静态概率为0.015，于是得到翻
转率Tr=0.5/20=0.025GHz
例二：
-period1000-toggle25-static0.015[all_inputs]
上述没有创建时钟，但是使用了period选项，意思是1000个周期内翻转了25次，于是我们就可以得到所以输入的翻转率Tr=25/1000=0.
025GHz
例三：
-toggle0.025-static0.015[all_inputs]
上述命令中，-period和-base_clock这两个选项都没有使用，这个时候就跟工艺库里面的时间单位有关了，若库中时间单位为ns,那么我们就得到翻转率Tr=0.025/1=0.025GHz
上面讲解了set_switching_activity，下面我们就来讲解一下
set_case_analysis。
set_case_analysis用来指定一个静态逻辑值，也就是设置信
号为常数，不进行翻转；
设计里面的一些信号需要这样子设计，例如
复位信号，设置如下所示：
set_case_analysis1[get_portsreset]
则设置了reset的值常为1.
上面我们讲解了设置翻转率的方法，下面举例说明一下如何综合使用这两种翻转率。
例如对于下面的设计：
翻转率的设置要求如下所示:
1.正确地定义时钟；
2.使用set_case_analysis命令设置常数控制信号reset;
3.在传输起点设置翻转率，在输入端和黑盒子输出端设置任何已知的翻转率，其他的起点将使用默认的翻转率。
4.让工具在设计中把翻转率传播下去
上面的没有要求具体的翻转率，因此我们可以设置我们想要的翻转
率，根据上面的要求，我们编写相应的tcl脚本如下所示：
create_clock-p4[get_portsclk}
set_case_analysis0reset[get_portsreset]
set_power_default_toggle_rate0.003
set_switching_activity-tog0.02a
set_switching_activity-tog0.06b
set_switching_activity-tog0.11x
上面的脚本中，设置了周期为4（ns）的时钟，然后利用
set_case_analysis命令，设置reset端口为常数；
翻转值为0.003,那么对应的翻转率为0.003/4ns，这个是默认的翻转率；
然后利用set_switching_activity命令指定a、b、x的翻转值，其翻转率为翻
转值/4ns。
前面介绍了无向量分析法进行功耗分析，在介绍一下使用SAIF
文件的方法进行功耗分析之前，我们先来介绍一下综合不变物体和综
合变化物体的概念，下图为一个电路的RTL设计和门级设计：
41
¥
-A*B
Svnlhe^Ji
根据定义，在综合前和综合后，设计中的寄存器数目和寄存器的结构是不变的，输入/输出端口和层次边界是不变的，设计中的黑盒子是不变的。
这些不变的物体称为综合不变物体（SynthesisInvariantObjects，有时候也叫综合不变对象）。
设计中大部分的组合电路生成与设计约束有很大的关系，不同的约束产生不同的组合电路。
这些变化的物体称为综合变化的物体（SynthesisVariantObjects）。
由于SAIF文件中涉及这两个概念，这里先进行介绍。
介绍完这两个概念之后，下面我们就来了解一下使用SAIF进行
功耗分析。
SAIF文件当做翻转率输入文件的方法有两种方式，也就是说利用SAIF进行功耗分析有两种方法一一对RTL级的电路仿真后得到的SAIF文件（称为RTLbackwardSAIF）以及对门级网表
的电路仿真后得到的文件（称为GatebackwardSAIF）。
下面逐个进行具体介绍。
（3）SAIF--RTLBACK分析法
RTLbackwardSAIF文件是通过对RTL代码进行仿真得到的，
当设计很大的时候，门级仿真时间就会很长，这时候就可以使用这种方法进行分析。
使用这种方法进行分析功耗的速度比较快，但是进度不够门级仿真SAIF文件的高。
1RTLforwardSAIF文件
RTLforwardSAIF文件是记录RTL设计中综合不变物体的开
关行为文件，可以简单地理解：
RTLforwardSAIF文件简要地记录了综合不变物的翻转率。
RTLbackwardSAIF文件的产生需要
RTLforwardSAIF文件，因此我们首先需要产生RTLforwardSAIF文件。
产生RTLforwardSAIF文件的流程如下：
RTLDesign
Setrelatedvariable
ReadR「Ldesign
WriteRTLforwardSAIFr1
PwC
Synthesis
lnv«
riant
Objccis
，
RTLforwardSAIF文件是由powercompiler（包含在designcompiler中）产生的，根据流程，我们知道，主要设置一些变量，然后读入RTL设计（RTL.v设计），接着读出SAIF文件就可以了。
相应的脚本如下所示：
setpower_preserve_rtl-hier_namestrue
read_verilog"
sub.vtop.v"
rtl2saif-outputfwd_rtl.saif
一个示例RTLforwardSAIF文件里面的部分内容如下所示:
（SAIFILE
（SAIFVERSION"
2.0"
）（DIRECTION"
forward"
）
（DESIGN）（DATE"
WedMay1218:
31:
192004（VENDOR"
SynopsysInc"
）（PROGRAMNAME"
rtl2saif"
）（VERSION"
1.0"
（DIVIDER/）
（INSTANCEtop
（PORT
（address\15\address\15\）
（address\14\address\14\）
（address\13\address\13\）
（address\12\address\12\）
（address\11\address\11\）
（address\10\address\10\）
我们可以看到，文件里面包含设计中一系列综合不变的物体。
在后续仿真中，仿真器只监视这些物体的开关行为。
2RTLbackwardSAIF文件的产生
下面是产生RTLbackwardSAIF文件的流程:
从上图中，我们知道，产生RTLbackwardSAIF文件，需要在仿真器输入testbench测试平台文件、RTL.v设计、RTLforwardSAIF文件,然后使用VCS产生RTLforwardSAIF文件时，需要在testbench调用PLI监测节点的翻转率。
下面我们就来介绍一下这几个部分。
•首先是PLI。
使用VCS产生SAIF文件，需要用到程序设计语言接口（programmingIanguageinterface,PLI）。
通过PLI监测节点的翻转，得到节点的翻转率。
主要需要下面的系统任务：
$set_gate_level_monitoring（on|off|rtl_on）;
$set_toggle_region（obj）;
$read_rtl_saif（rtl_saif_file_name,tb_pathname）;
$read_lib_saif（lib_saif_file_name）;
$toggle_start;
$toggle_stop;
$toggle_reset（）;
$toggle_report（file_name,type,unit）;
•RTL.v就是设计源文件了，然后RTLforwardSAIF文件在前面也讲过了，这里就从略。
•最后是testbench。
testbench中调用RTL设计、调用一下上述的PLI系统函数、调用RTLforwardSAIF文件等。
一个简单的示例testbench文件如下所示：
moduletestbench;
topinstl（a,b,c,s）;
〃例化顶层设计
initialbegin
$read_rtl_saif（"
myrtl.saif"
$set_toggle_region（u1）;
#120a=0;
#STEPin_a二temp_in_a;
$toggle_report（"
rtl.saif"
1.0e-9,"
top"
）;
end
endmodule
上面的测试平台中，用了系统任务程序$read_rtl_saif（"
myrtl.
saif"
），该命令读入综合不变物体文件——RTLforwardSAIF。
因
此，仿真时，仿真器仅仅监视这些综合不变物体的开关行为。
向量中$set_toggle_region（u1）命令选择要监视的模块。
$toggle_start
和$toggle_stop命令用于控制监视的起始和终止时间。
rtl.saif"
1.0e-9,"
）命令输出SAIF信息到指定的文件。
一起都准备就绪了，下面就可以使用VCS运行仿真：
vcs-Rrtl.vtestbench.v
注意，这里我们进行的是RTL设计文件的仿真，仿真完成后，就可以得到rtl.saif文件，这个文件就是RTLbackwardSAIF文件。
3功耗的分析
对RTL代码仿真后，所得到的RTLBackwardSAIF文件包含了设
计中综合不变物体的开关行为信息。
进行功耗分析时，分析工具通过其内部仿真器把综合不变物体的翻转率传播下去，从而得到其他所有
节点的翻转率，进行门级电路的功耗分析。
得到了RTLbackwardSAIF文件之后，我们根据前面的功耗分析的流程（从输入输出关系看），就可以分析功耗了：
Activiiy
Parasiiic
Tech
/Libnry
set1inkEibrin
lirk
ICfllV1_卩「I
rtiidruriKtlics
PowerReport
这里的开关活动文件就是RTLbackwardSAIF文件了。
然后在powercompiler中利用RTLbackwardSAIF文件进行功耗分析的流程如下所示：
Select[
>
clhnklihrar>
reaJ，事if
reportpower
一个相应的示例脚本如下所示:
ready«
rilogrendvhdl
Reportptivcr
rcaddhhnk
J*
current_designtop
link
read
report_power
利用RTLbackwardSAIF文件分析功耗的过程就是上面这个样子
了。
上面的流程和脚本适用于前版图（pre-layout）的设计，没有用到寄生参数文件。
连线的RC参数使用工艺库里的线负载模型。
如果是后版图（post-layout）的设计，要尽量使用寄生参数文件，提高功耗分析的精确度。
从上面我们就知道，利用RTLbackwardSAIF文件分析功耗的流程就是：
powercompiler产生RTLforwardSAIF文件》VCS仿真产生
RTLbackwardSAIF文件》powercompiler进行分析功耗。
（4）SAIF--GATE分析法
前面介绍了RTLbackwardSAIF文件分析功耗的方法和流程，下面介绍一下GatebackwardSAIF文件分析功耗的方法和流程，这个与RTLbackwardSAIF文件的很类似。
1libraryforwardSAIF文件（简称为库SAIF文件）
库SAIF文件是包含SDPD（电路状态路径）信息的SAIF文件。
GatebackwardSAIF文件的生成需要库SAIF文件，该文件可以通过powercompiler生成，流
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