專利名稱：一種片上系統(tǒng)的低功耗電壓島劃分方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種片上系統(tǒng)的自動化設(shè)計方法，尤其是涉及一種片上系統(tǒng)的低功耗電壓島劃分方法。
背景技術(shù)：
隨著智能手機(jī)、平板電腦等手持電子設(shè)備的大量應(yīng)用，低功耗正成為片上系統(tǒng)(System-on-a-Chip, SoC)設(shè)計的重要指標(biāo)。功耗的主要來源分為動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗，且都與供電電壓有著最直接的聯(lián)系。因此，降低供電電壓是最有效、最直接的低功耗技術(shù)。多供電電壓(Multi-SupplyVoltage, MSV)技術(shù)通過給關(guān)鍵路徑上的模塊分配較高電壓,而給非關(guān)鍵路徑上的模塊分配較低電壓，從而在不影響性能的情況下較大幅度的降低功耗。然而，MSV技術(shù)給片上系統(tǒng)的電源管理帶來了挑戰(zhàn)。首先，工作在不同電壓下的?！K之間需要插入額外的電平轉(zhuǎn)換器(Level Shifter, LS)完成電壓匹配；其次，給各模塊完成供電需要耗費較多的電源網(wǎng)絡(luò)布線資源(Power Network Routing Resource, PNRR)。因此，將物理布圖中的模塊聚集形成電壓島(Voltage Island，VI)可同時減少電平轉(zhuǎn)換器數(shù)目及電源網(wǎng)絡(luò)布線資源。電壓島的形狀通常分為規(guī)則形狀和不規(guī)則形狀，其中規(guī)則形狀大多為矩形，而不規(guī)則形狀的生長沒有規(guī)律。從電源網(wǎng)絡(luò)布線資源來看，規(guī)則形狀較不規(guī)則形狀的開銷小，且不會產(chǎn)生較大的電壓降(IR-Drop)，從而確保了系統(tǒng)的可靠性；從功耗來看，不規(guī)則形狀所能產(chǎn)生的功耗較規(guī)則形狀要小。已有一些矩形電壓島劃分技術(shù)，但嚴(yán)格限制電壓島的形狀為矩形使得解的質(zhì)量無法得到較大的改進(jìn)，因此SoC的功耗還有很大的改進(jìn)空間。綜合考慮電源網(wǎng)絡(luò)資源和功耗，優(yōu)化電壓島形狀非常重要，對片上系統(tǒng)的低功耗設(shè)計有著較強(qiáng)的現(xiàn)實意義和實踐意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種片上系統(tǒng)的低功耗電壓島劃分方法，該方法基于矩形電壓島生成方法，對若干個相鄰的工作在同一電壓下的矩形電壓島，若符合判定相鄰條件，則進(jìn)行粘合操作，得到一個非矩形電壓島，從而有效降低功耗，同時不會耗費較多的電源網(wǎng)絡(luò)布線資源。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種片上系統(tǒng)的低功耗電壓島劃分方法，其特征在于包括以下步驟步驟①片上系統(tǒng)由多個電路宏模塊組成，定義電路宏模塊的合法工作電壓是滿足電路宏模塊正確時序要求的供電電壓，所有電路宏模塊的合法工作電壓值構(gòu)成電路宏模塊的合法工作電壓集，其中所有電路宏模塊均可工作在芯片電壓V。下；定義電壓島為工作在同一合法工作電壓下且占據(jù)連續(xù)物理空間的電路宏模塊組成的區(qū)域；計算機(jī)讀入和分析用戶提供的電路宏模塊的幾何拓?fù)湫畔⑽募碗娐泛昴K的合法工作電壓集；步驟②根據(jù)電路宏模塊的幾何拓?fù)湫畔ⅲ瑯?gòu)造一個二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示電路宏模塊間的位置關(guān)系，可選擇采用以下步驟(I)、( 2 )生成矩形電壓島；(I)若二叉樹中某一子樹所包含的電路宏模塊有一個公共的合法工作電壓，則該子樹所包含的電路宏模塊可匯聚成矩形電壓島；(2)若二叉樹的左/右樹干上的節(jié)點具有相同的操作符‘H’或者‘V’，且樹葉上所包含的電路宏模塊有一個公共的合法工作電壓，則樹干上的樹葉所包含的電路宏模塊可匯聚成矩形電壓島；步驟③給定矩形電壓島I1和I2的左下角坐標(biāo)分別為彳)，(.(％)，右上角坐標(biāo)分別為(Χ，Χ)，(4'，> )，若勾=4且滿足以下(I)、(2)、(3)三個條件之一,則矩形電壓島I1和I2水平相鄰；(I)
(2) (ji <y{)>y[)·,(3) U >yi)n(y； <f2)；若且滿足以下(4)、(5)、(6)三個條件之一，則矩形電壓島I1和I2垂直相鄰；(4) 1 =X11-,(5) (x( <xi)r> (χ[ > λ{(lán)) ·'(6) (λ*,7 >χ'2)η,(χ[ <χ'2)；步驟④對于一個二叉樹中的某一父節(jié)點，若其包含左子樹和右子樹，左子樹可匯聚成矩形電壓島I1且公共的合法工作電壓v〈V。，則在右子樹中繼續(xù)尋找一個同樣工作在V的矩形電壓島I2，然后通過步驟③判斷I1和I2的物理位置是否相鄰，若相鄰，則返回由I1和I2組成的非矩形的面積更大的電壓島I = I1 U I2，若不相鄰，則返回矩形電壓島I1 ；步驟⑤對于一個二叉樹中的某一父節(jié)點，若其包含左子樹和右子樹，右子樹可匯聚成矩形電壓島I1且公共的合法工作電壓V〈v。，則在左子樹中繼續(xù)尋找一個同樣工作在V的矩形電壓島I2，然后通過步驟③判斷I1和I2的物理位置是否相鄰，若相鄰，則返回由I1和I2組成的非矩形的面積更大的電壓島I = I1 U I2，若不相鄰，則返回矩形電壓島I1 ；步驟⑥重復(fù)步驟④ ⑤可得到滿足要求的電壓島，完成電壓島的劃分。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于提出的方法松弛了電壓島必須為矩形的形狀約束，基于已有的矩形電壓島生成技術(shù)，通過搜索電壓島，進(jìn)行電壓島相鄰判定等步驟將若干個工作在同一電壓下且位置相鄰的電壓島進(jìn)行粘合操作，最終形成一個非矩形的面積更大的電壓島，從而實現(xiàn)了功耗的降低。相比于傳統(tǒng)的片上系統(tǒng)電壓島劃分方法，提出的方法以較小的電源網(wǎng)絡(luò)資源代價，降低了片上系統(tǒng)的功耗。即豐富了片上系統(tǒng)電壓島劃分的自動設(shè)計優(yōu)化方法，又降低了設(shè)計成本。


圖I為國際基準(zhǔn)測試電路實例MCNC中nlO布圖表示；圖2為國際基準(zhǔn)測試電路實例MCNC中nlO的對應(yīng)于圖I的二叉樹；圖3為國際基準(zhǔn)測試電路實例MCNC中nlO經(jīng)本發(fā)明產(chǎn)生的一個電壓島。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
表一
權(quán)利要求
1.一種片上系統(tǒng)的低功耗電壓島劃分方法，其特征在于包括以下步驟 步驟①片上系統(tǒng)由多個電路宏模塊組成，定義電路宏模塊的合法工作電壓是滿足電路宏模塊正確時序要求的供電電壓，所有電路宏模塊的合法工作電壓值構(gòu)成電路宏模塊的合法工作電壓集，其中所有電路宏模塊均可工作在芯片電壓V。下；定義電壓島為工作在同一合法工作電壓下且占據(jù)連續(xù)物理空間的電路宏模塊組成的區(qū)域；計算機(jī)讀入和分析用戶提供的電路宏模塊的幾何拓?fù)湫畔⑽募碗娐泛昴K的合法工作電壓集； 步驟②根據(jù)電路宏模塊的幾何拓?fù)湫畔ⅲ瑯?gòu)造一個二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示電路宏模塊間的位置關(guān)系，可選擇采用以下步驟(I)、( 2 )生成矩形電壓島； (1)若二叉樹中某一子樹所包含的電路宏模塊有一個公共的合法工作電壓，則該子樹所包含的電路宏模塊可匯聚成矩形電壓島； (2)若二叉樹的左/右樹干上的節(jié)點具有相同的操作符‘H’或者‘V’，且樹葉上所包含的電路宏模塊有一個公共的合法工作電壓，則樹干上的樹葉所包含的電路宏模塊可匯聚成矩形電壓島； 步驟③給定矩形電壓島I1和I2的左下角坐標(biāo)分別為，(4，j4)，右上角坐標(biāo)分別為((X)，(.《)，若=4且滿足以下(I)、(2)、(3)三個條件之一，則矩形電壓島I1和I2水平相鄰；(I ) =y[；(.2)(){<y'2)^(y[>y'2), (3)(}{ >}{)r^{y[ <}ζ)·, 若且滿足以下(4)、(5)、(6)三個條件之一，則矩形電壓島I1和I2垂直相鄰； (4 ) = *^2 * (5)(χ( < χ[)r\(χ[ >.τ ); (6)(χ( >χ'2)ηι(xj <X;); 步驟④對于一個二叉樹中的某一父節(jié)點，若其包含左子樹和右子樹，左子樹可匯聚成矩形電壓島I1且公共的合法工作電壓v〈V。，則在右子樹中繼續(xù)尋找一個同樣工作在V的矩形電壓島I2，然后通過步驟③判斷I1和I2的物理位置是否相鄰，若相鄰，則返回由I1和I2組成的非矩形的面積更大的電壓島I = I1 U I2，若不相鄰，則返回矩形電壓島I1 ； 步驟⑤對于一個二叉樹中的某一父節(jié)點，若其包含左子樹和右子樹，右子樹可匯聚成矩形電壓島I1且公共的合法工作電壓V〈v。，則在左子樹中繼續(xù)尋找一個同樣工作在V的矩形電壓島I2，然后通過步驟③判斷I1和I2的物理位置是否相鄰，若相鄰，則返回由I1和I2組成的非矩形的面積更大的電壓島I = I1 U I2，若不相鄰，則返回矩形電壓島I1 ； 步驟⑥重復(fù)步驟④ ⑤可得到滿足要求的電壓島，完成電壓島的劃分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種片上系統(tǒng)的低功耗電壓島劃分方法，優(yōu)點在于提出的方法松弛了電壓島必須為矩形的形狀約束，基于已有的矩形電壓島生成技術(shù)，通過搜索電壓島，進(jìn)行電壓島相鄰判定等步驟將若干個工作在同一電壓下且位置相鄰的電壓島進(jìn)行粘合操作，最終形成一個非矩形的面積更大的電壓島，從而實現(xiàn)功耗的降低。相比于傳統(tǒng)的片上系統(tǒng)電壓島劃分方法，提出的方法以較小的電源網(wǎng)絡(luò)資源代價，降低了片上系統(tǒng)的功耗。從而豐富了片上系統(tǒng)電壓島劃分的自動設(shè)計優(yōu)化方法，又降低了設(shè)計成本。通過實例驗證，本發(fā)明的方法得到的電壓島能有效降低片上系統(tǒng)的功耗。
文檔編號G06F1/32GK102902347SQ20121036721
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者夏銀水, 儲著飛, 王倫耀 申請人:寧波大學(xué)