【摘要】：近年來(lái)隨著芯片集成度和復(fù)雜度的提高,芯片的功耗也隨之快速增長(zhǎng)。芯片功耗過(guò)大會(huì)導(dǎo)致一系列問(wèn)題,比如器件穩(wěn)定性變差、封裝可靠性降低及電子產(chǎn)品續(xù)航能力下降等。功耗已成為影響集成電路發(fā)展的重要因素,而在低功耗設(shè)計(jì)研究方面的進(jìn)展變得愈加關(guān)鍵。芯片的低功耗設(shè)計(jì)在各個(gè)設(shè)計(jì)層次上都有對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)方法,本次論文的研究著重進(jìn)行在RTL級(jí)上的低功耗設(shè)計(jì)的研究。本次論文希望通過(guò)對(duì)目前芯片低功耗設(shè)計(jì)方法的理解,以及對(duì)PCIE模塊低功耗機(jī)制的分析,研究在RTL級(jí)上基于子系統(tǒng)控制模塊的降低PCIE模塊功耗的低功耗設(shè)計(jì)方法。首先通過(guò)查閱有關(guān)SOC低功耗設(shè)計(jì)的相關(guān)資料,并研究工程中已有的SOC低功耗設(shè)計(jì),對(duì)現(xiàn)階段常用的幾種低功耗設(shè)計(jì)的思想和方法進(jìn)行分析,掌握基本的RTL級(jí)低功耗設(shè)計(jì)相關(guān)的理論和思路。然后對(duì)PCIE模塊的基本架構(gòu)和功能進(jìn)行理解,并分析PCIE模塊內(nèi)部已有的電源管理機(jī)制。同時(shí)理解芯片子系統(tǒng)控制模塊的基本架構(gòu)和功能,并分析控制模塊與子系統(tǒng)內(nèi)部其它模塊進(jìn)行交互的機(jī)制。之后分別通過(guò)對(duì)PCIE模塊的電源和時(shí)鐘進(jìn)行控制的思路實(shí)現(xiàn)在RTL級(jí)上的兩種PCIE低功耗設(shè)計(jì)方法。論文實(shí)現(xiàn)的兩種PCIE低功耗設(shè)計(jì)方法的思路如下。第一種是通過(guò)PCIE模塊與子系統(tǒng)控制模塊之間的交互,在PCIE內(nèi)部進(jìn)行電源狀態(tài)轉(zhuǎn)換的同時(shí)關(guān)斷不需要工作的PCIE電源域的電源。第二種是通過(guò)檢測(cè)對(duì)應(yīng)的PCIE電源域的工作狀態(tài),動(dòng)態(tài)調(diào)整工作時(shí)鐘的頻率,實(shí)現(xiàn)空閑狀態(tài)下時(shí)鐘頻率的自動(dòng)降低。論文在最后對(duì)所實(shí)現(xiàn)的兩種PCIE模塊的低功耗設(shè)計(jì)進(jìn)行了功能驗(yàn)證和功耗仿真,并且功耗數(shù)據(jù)結(jié)果表明第一種設(shè)計(jì)能夠降低約27.0%的PCIE Controller運(yùn)行功耗,第二種設(shè)計(jì)能夠降低約1.5%的PCIE Controller運(yùn)行功耗,而同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種設(shè)計(jì)則能夠降低約27.4%的PCIE Controller運(yùn)行功耗,從而驗(yàn)證了本次設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目的,即通過(guò)硬件機(jī)制更大程度的降低了PCIE模塊在運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的功耗。本次論文中的PCIE低功耗設(shè)計(jì)與以往項(xiàng)目中的不同點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)硬件機(jī)制的調(diào)整實(shí)現(xiàn)PCIE模塊運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其電源和時(shí)鐘更大程度上的自動(dòng)控制。其一,在UPF文件中加入保持單元實(shí)現(xiàn)在電源域斷電前保存模塊信息,并允許在L12鏈路電源狀態(tài)下對(duì)VMAIN電源域進(jìn)行關(guān)斷,從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)硬件機(jī)制自動(dòng)關(guān)斷VMAIN電源域的功能。其二,通過(guò)判斷VMAIN電源域中模塊的工作狀態(tài)來(lái)選擇空閑狀態(tài)下的時(shí)鐘頻率或工作狀態(tài)下的時(shí)鐘頻率,從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)硬件機(jī)制自動(dòng)調(diào)整工作時(shí)鐘頻率的功能。論文中提出的低功耗設(shè)計(jì)方法基于對(duì)現(xiàn)階段常用低功耗設(shè)計(jì)思想的研究以及項(xiàng)目中已有設(shè)計(jì)的分析,并通過(guò)功能驗(yàn)證和功耗仿真保證了設(shè)計(jì)的正確性,具有良好的項(xiàng)目基礎(chǔ)和實(shí)用價(jià)值。
【圖文】：

在進(jìn)行 PCIE 低功耗設(shè)計(jì)前，需要對(duì) PCIE 模塊的架構(gòu)和功能進(jìn)行了解。本節(jié)對(duì)PCIE 的架構(gòu)及其內(nèi)部各模塊的功能進(jìn)行了介紹，同時(shí)重點(diǎn)對(duì) PCIE 基于數(shù)據(jù)包的事務(wù)交互進(jìn)行了分析。3.1.1 PCIE 架構(gòu)PCIE 是一種通用的串行高速數(shù)據(jù)傳輸接口，可以用于互連所有的外圍 I/O 設(shè)備從而使設(shè)備之間進(jìn)行交互[25]。PCIE 通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式對(duì)兩端設(shè)備進(jìn)行互連。兩端設(shè)備之間的 PCIE 連接叫做 PCIE 鏈路。最基本的 PCIE 鏈路包含兩個(gè)低壓的差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)，即一個(gè)發(fā)送信號(hào)對(duì)和一個(gè)接收信號(hào)對(duì)。鏈路在每個(gè)方向上可以有 X1，X2，X4，X8，X12，X16，X32 個(gè)信號(hào)對(duì)。一個(gè) PCIE 鏈路其實(shí)就是兩端設(shè)備之間的一個(gè)物理連接，其所對(duì)應(yīng)的 PCIE 通道在兩個(gè)相反的方向上都由信號(hào)對(duì)組成。如圖 3.1 所示，一個(gè) X1 鏈路有一個(gè)通道，也就是說(shuō)在每個(gè)方向上有一對(duì)差分信號(hào)，那么總共是四個(gè)信號(hào)。PCIE 鏈路上的信號(hào)對(duì)叫做 PCIE 通道，而設(shè)計(jì)者可以根據(jù)事先給定的 PCIE 鏈路要求來(lái)決定 PCIE 通道的數(shù)量。

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文以及保持寄存器等。由于 UPF 文件在整個(gè) IC 設(shè)計(jì)流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)上是通用的，，所以降低了低功耗設(shè)計(jì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)[28]。相比于傳統(tǒng)的 IC 設(shè)計(jì)流程，UPF 文件的出現(xiàn)使低功耗分析進(jìn)行在 IC 設(shè)計(jì)流程中更早的階段，從而有利于更早的進(jìn)行電路功耗的優(yōu)化。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN402

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