本文關(guān)鍵詞：手機(jī)基帶芯片處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

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【摘要】：近兩年,4G技術(shù)的出現(xiàn)和飛速發(fā)展使得智能手機(jī)和手機(jī)基帶芯片迎來(lái)爆發(fā)性的需求和增長(zhǎng)。與此同時(shí),摩爾定律的推動(dòng)讓集成電路制造工藝邁向新的臺(tái)階,芯片的集成度和規(guī)模也不斷提升。但是伴隨著基帶芯片上集成更多新的功能和設(shè)計(jì),芯片的面積越來(lái)越大,芯片上的晶體管數(shù)也越來(lái)越多,在基帶芯片設(shè)計(jì)時(shí)不得不將功耗和速度、面積、成本等指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮。尤其是對(duì)于依賴電池供電的手機(jī)來(lái)說,低功耗設(shè)計(jì)更是基帶芯片設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文設(shè)計(jì)來(lái)源于實(shí)際手機(jī)基帶芯片項(xiàng)目,在寄存器傳輸級(jí)完成對(duì)低功耗處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。本文首先敘述了在現(xiàn)今IC設(shè)計(jì)中各個(gè)層級(jí)上經(jīng)常使用的低功耗設(shè)計(jì)方法,并將其中的幾種基本技術(shù)用于處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。門控電源技術(shù)能夠可控制地關(guān)斷某些模塊的電源;門控時(shí)鐘技術(shù)可以控制邏輯模塊的工作狀態(tài),減少不必要的時(shí)鐘翻轉(zhuǎn);多電壓多頻率技術(shù)用來(lái)給處理器提供可選擇的不同工作電壓和頻率。本文設(shè)計(jì)的核心模塊有以下三個(gè):有效周期計(jì)數(shù)模塊、平均模塊和閾值檢測(cè)模塊。有效周期模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)處理器核工作狀態(tài)的監(jiān)控,得到有效周期數(shù);平均模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)和求和計(jì)算,得到關(guān)鍵調(diào)整步驟對(duì)應(yīng)的值;閾值檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)將各個(gè)調(diào)整步驟對(duì)應(yīng)的值與預(yù)設(shè)門限值比較,得到調(diào)整步驟,調(diào)節(jié)處理器核性能等級(jí)。最終在不會(huì)影響處理器性能的情況下,實(shí)現(xiàn)了對(duì)多核基帶芯片動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié)的目的。最后本文完成對(duì)設(shè)計(jì)模塊的全面功能驗(yàn)證,首先根據(jù)設(shè)計(jì)說明列出詳細(xì)的驗(yàn)證計(jì)劃。在前期驗(yàn)證中,借助JasperGold工具開始基于斷言的驗(yàn)證,生成大量標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言的斷言檢查負(fù)載計(jì)數(shù)器模塊的基本功能和結(jié)構(gòu),加速開發(fā)過程。后期驗(yàn)證中會(huì)搭建驗(yàn)證環(huán)境和驗(yàn)證平臺(tái),編寫驗(yàn)證案例形成針對(duì)驗(yàn)證功能點(diǎn)的測(cè)試激勵(lì),利用Modelsim工具進(jìn)行仿真,為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)功能的全面覆蓋,對(duì)驗(yàn)證初提出的所有功能驗(yàn)證點(diǎn)遍歷驗(yàn)證,最終代碼的覆蓋率也達(dá)到了項(xiàng)目要求。驗(yàn)證結(jié)果顯示,低功耗處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)能夠根據(jù)處理器核的工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其性能等級(jí),最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)CPU核動(dòng)態(tài)降頻和降壓調(diào)節(jié)的目的,滿足設(shè)計(jì)要求。本文設(shè)計(jì)模塊的面積大約7427μm2,僅占整個(gè)基帶芯片的0.14%,初期測(cè)試卻能將處理器功耗降低約28.24%,因此這是一種有效而且低成本的基帶芯片降低功耗的處理方法。
【關(guān)鍵詞】：低功耗設(shè)計(jì) 基帶芯片 處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器 DVFS 功能驗(yàn)證
【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】：2016
【分類號(hào)】：TP332
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符號(hào)對(duì)照表11-12
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表12-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 研究背景16
• 1.2 研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 英特爾芯片的SpeedStep技術(shù)17
• 1.2.2 基于閉環(huán)系統(tǒng)的自適應(yīng)DVFS技術(shù)17
• 1.2.3 基于同構(gòu)多核處理器的DVFS技術(shù)17-18
• 1.2.4 Freescale芯片的DVFS技術(shù)18
• 1.2.5 本文改進(jìn)的基于硬件的DVFS技術(shù)18-19
• 1.3 論文安排19-20
• 第二章 低功耗設(shè)計(jì)20-34
• 2.1 CMOS電路功耗的組成20-22
• 2.1.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)換功耗20-21
• 2.1.2 短路功耗21
• 2.1.3 靜態(tài)功耗21-22
• 2.1.4 動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗之間的平衡22
• 2.2 低功耗設(shè)計(jì)的方法22-32
• 2.2.1 工藝級(jí)的低功耗技術(shù)22-23
• 2.2.2 版圖級(jí)的低功耗技術(shù)23-24
• 2.2.3 電路級(jí)的低功耗技術(shù)24-25
• 2.2.4 門級(jí)的低功耗技術(shù)25-26
• 2.2.5 RTL級(jí)的低功耗技術(shù)26-29
• 2.2.6 結(jié)構(gòu)級(jí)的低功耗技術(shù)29-32
• 2.3 本章總結(jié)32-34
• 第三章 低功耗處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)34-48
• 3.1 處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)中用到的低功耗技術(shù)34-39
• 3.1.1 門控電源技術(shù)34-35
• 3.1.2 門控時(shí)鐘技術(shù)35-36
• 3.1.3 多電壓技術(shù)36-37
• 3.1.4 多頻率技術(shù)37-39
• 3.2 處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-41
• 3.3 處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)41-47
• 3.3.1 有效周期計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)41-43
• 3.3.2 平均模塊43-44
• 3.3.3 閾值檢測(cè)模塊44-47
• 3.4 本章總結(jié)47-48
• 第四章 低功耗處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器驗(yàn)證48-70
• 4.1 驗(yàn)證計(jì)劃48-49
• 4.2 基于斷言的驗(yàn)證49-55
• 4.2.1 斷言的概念49-50
• 4.2.2 斷言用于驗(yàn)證處理器負(fù)載計(jì)數(shù)器50-55
• 4.3 驗(yàn)證環(huán)境和驗(yàn)證平臺(tái)55-59
• 4.3.1 驗(yàn)證思路55
• 4.3.2 驗(yàn)證環(huán)境55-56
• 4.3.3 驗(yàn)證平臺(tái)56-59
• 4.4 驗(yàn)證案例和驗(yàn)證結(jié)果分析59-66
• 4.4.1 驗(yàn)證案例59
• 4.4.2 驗(yàn)證結(jié)果分析59-66
• 4.5 驗(yàn)證指標(biāo)分析66-68
• 4.5.1 代碼覆蓋率分析66-67
• 4.5.2 后端結(jié)果分析67-68
• 4.6 本章小結(jié)68-70
• 第五章 總結(jié)與展望70-72
• 5.1 總結(jié)70
• 5.2 展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-74
• 致謝74-76
• 作者簡(jiǎn)介76-77

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本文編號(hào)：717338