一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法
2023-10-22 17:05:32 3
一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法
【專利摘要】本發明公開了一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，優點在於提出的方法能根據對網表的靜態時序分析，插入虛擬電平移位器為布圖中的電平移位器布局提供足夠的空白面積；此外，在布圖階段，通過建立內部循環將電平移位器布局的物理信息反饋給電壓分配，使得產生的布圖解同時滿足時序和物理約束。相比於已有的面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，提出的方法能進一步優化功耗。既豐富了片上系統的自動設計優化方法，又降低了設計成本。通過實例驗證，本發明的方法得到的空白面積能有效完成電平移位器布局，優化了功耗。
【專利說明】一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種片上系統的自動化設計方法，尤其是涉及一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法。
【背景技術】
[0002]因晶片的動態功耗與供電電壓呈平方關係，通過降低供電電壓進行低功耗設計是最有效直接的優化方式。片上系統由電路宏模塊(以下簡稱模塊)構成，多電壓片上系統設計正是基於此原理，在保證片上系統性能的前提下，通過給關鍵模塊分配較高電壓，而給非關鍵模塊分配較低電壓達到功耗優化的目的，是當前片上系統低功耗設計的主流設計方法。
[0003]然而，在多電壓片上系統的設計過程中，當低電壓模塊直接驅動高電壓模塊時，因額外的靜態電流將產生洩漏功耗，甚至邏輯錯誤，因此必須在低電壓模塊和高電壓模塊間插入電平移位器(level shifter, LS)來完成電壓域的匹配。這給多電壓片上系統的布圖規劃帶來兩方面的問題。首先是電平移位器的布局問題，因其具有一定的面積開銷，在布圖中必須有足夠的空白面積；其次是時序約束下的模塊電壓分配問題，電平移位器同樣具有一定的延時以及互連產生的延時開銷，必須結合電平移位器的物理信息才能完成電壓分配。
[0004]B.Yu, S.Dong, S.Goto 等在 2009 年 ACM Great Lakes Symposium on VLSI 發表的文章〈〈Voltage-1sland driven floorplanning considering level-shifter positions))針對面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法進行了研究，在進行電平移位器布局時，因沒有足夠的空白面積，該方法儘可能多的對電平移位器完成布局，對於剩下的未能成功布局的電平移位器則在布圖規劃完成後，即後布圖階段進一步優化。此方法存在兩方面的缺陷:一方面，後布圖階段的布局解空間有限，不僅功耗改進受限，而且會造成時序難以收斂；另一方面，後布圖若不成功，需重新進行布圖，造成設計難以收斂。
[0005]針對上述已有方法的缺陷，一方面需要做好布圖中空白面積的管理工作，使得既有足夠的用於電平移位器布局的空白面積，又不至於使布圖面積急劇增大；另一方面，電壓分配需要和電平移位器的布局產生循環迭代，通過電平移位器的物理信息反饋完成電壓分配，使得時序約束和物理約束同時得到滿足，並優化功耗。因此本發明方法對於面向多供電電壓技術的片上系統設計有著較強的現實意義和實踐意義。
【發明內容】
[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，分為兩個實施階段:網表修改階段和布圖階段。針對網表首先進行靜態時序分析，得到每個模塊的時延裕量，以此為基礎進行模塊電壓的基於概率的模擬分配，分配過程完成後，遍歷網表，當低電壓模塊驅動高電壓模塊時插入虛擬電平移位器，並更新網表，以期在布圖階段佔據空白面積。在布圖階段，首先基於更新後的網表產生布圖可行解；然後對其進行時序約束下的電壓分配；依據分配結果得到需要插入電平移位器的數目和連接信息，然後在布圖的空白面積中進行電平移位器的布局，若布局後不滿足時序約束，則將布局的物理信息反饋到電壓分配步驟，通過升高模塊的工作電壓鬆弛時序約束，再繼續進行電平移位器的布局，以此形成一個循環直到時序和物理約束均得到滿足後跳出循環；對當前布圖可行解通過成本函數綜合評估線長、面積和功耗，然後擾動布圖產生新的可行解，直到達到布圖規劃終止條件，輸出電平移位器和模塊的布圖結果。
[0007]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為:
[0008]1、一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0009]步驟①:定義網表為包含電路宏模塊的長寬信息、時延-功耗信息和連接信息的描述文件；定義虛擬電平移位器為存在於網表中與電平移位器具有相同的尺寸、時延和功耗的電路宏模塊；計算機讀入和分析用戶提供的網表，通過靜態時序分析，計算出每個電路宏模塊的時延裕量，插入虛擬電平移位器到網表中，並更新網表；
[0010]步驟②:基於更新後的網表，產生布圖可行解；
[0011]步驟③:當布圖可行解首次電壓分配時，在滿足時序約束的前提下，基於布圖可行解中電路宏模塊的坐標信息和連線長度信息進行電壓分配；當布圖可行解非首次電壓分配時，基於當前電壓分配結果，通過將若干工作在低電壓的電路宏模塊的工作電壓升高，重新進行電壓分配；
[0012]步驟④:基於電壓分配的結果，利用布圖可行解中的空白面積進行電平移位器的布局;
[0013]步驟⑤:結合電平移位器布局後的物理信息，當網表中所有的電路宏模塊均滿足時序約束時，繼續下一步；當網表中存在電路宏模塊不滿足時序約束時，返回到步驟③；
[0014]步驟⑥:對當前布圖解採用成本函數進行評估，得到成本值C。.，當C。.小於當前最小成本值Cbest時，更新當前最小成本值為C.；^ Ccurr大於等於當前最小成本值Cbest時，繼續下一步；
[0015]步驟⑦:當布圖擾動次數P小於設定的上限次數Pmax時，擾動布圖產生新的布圖可行解，布圖擾動次數計數加1，並返回到步驟②；當布圖擾動次數等於設定的上限次數Pmax時，輸出結果。
[0016]2、步驟①中虛擬電平移位器插入到網表中的方法包括以下步驟:
[0017]步驟①-a:定義電路宏模塊i的時延裕量為Scki,所有電路宏模塊的平均時延裕量為Sckavg,最小時延裕量為sckmin,定義概率質量函數為
[0018]pmf{i) = 1- exp(-'S^,: SLk""")(I)
axscKg
[0019]其中α為大於O的實數；對於電路宏模塊i隨機產生的位於O和I之間的浮點數rand O,當rand O小於等於pmf(i)時,認為電路宏模塊i工作在低電壓；當rand O大於pmf(i)時，認為電路宏模塊i工作在高電壓；
[0020]步驟①-b:遍歷所有電路宏模塊，得到每個電路宏模塊的工作電壓狀態；
[0021]步驟①-C:遍歷網表，當網表中有低電壓電路宏模塊驅動高電壓電路宏模塊時，插入虛擬電平移位器到該低電壓電路宏模塊和高電壓電路宏模塊中間，並更新網表。
[0022]3、步驟④中電平移位器的布局方法包括以下步驟:[0023]步驟④_a:在布圖可行解中，搜尋電路宏模塊布圖組合產生的固有空白面積和虛擬電平移位器佔據的空白面積；
[0024]步驟④_b:按照電平移位器的大小，將搜尋出的空白面積分成電平移位器可行的布局站點；
[0025]步驟④-C:根據電壓分配的結果將所需的電平移位器逐個分配到唯一一個可行站點中。
[0026]與現有技術相比，本發明的優點在於提出的方法能夠根據網表進行預判，通過插入虛擬電平移位器的方式對布圖階段產生的空白面積進行管理，以便於電平移位器的布局，合適的布局有助於減少連線的長度，從而降低連接線延時，達到優化功耗的目的；此外，布圖階段的電壓分配和電平移位器的布局通過循環求解，電平移位器的物理信息反饋給電壓分配，循環直到時序和物理約束同時得到滿足後終止，通過一個內部循環即可取保得到電平移位器布局的可行解，提高了面向多供電電壓技術的片上系統設計的收斂速度。相比於已發表的面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，提出的方法能進一步優化功耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為不例電路的連接關係不意圖；
[0028]圖2為虛擬電平移位器插入後更新的連接關係示意圖；
[0029]圖3為基於更新的網表產生的布圖可行解示意圖；
[0030]圖4為電平移位器布局可行的位置示意圖；
[0031 ] 圖5為電平移位器布局完成後的布圖；
[0032]圖6為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]表1 例電路網表信息
[0034]
【權利要求】
1.一種面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟①:定義網表為包含電路宏模塊的長寬信息、時延-功耗信息和連接信息的描述文件；定義虛擬電平移位器為存在於網表中與電平移位器具有相同的尺寸、時延和功耗的電路宏模塊；計算機讀入和分析用戶提供的網表，通過靜態時序分析，計算出每個電路宏模塊的時延裕量，插入虛擬電平移位器到網表中，並更新網表； 步驟②:基於更新後的網表，產生布圖可行解； 步驟③:當布圖可行解首次電壓分配時，在滿足時序約束的前提下，基於布圖可行解中電路宏模塊的坐標信息和連線長度信息進行電壓分配；當布圖可行解非首次電壓分配時，基於當前電壓分配結果，通過將若干工作在低電壓的電路宏模塊的工作電壓升高，重新進行電壓分配； 步驟④:基於電壓分配的結果，利用布圖可行解中的空白面積進行電平移位器的布局; 步驟⑤:結合電平移位器布局後的物理信息，當網表中所有的電路宏模塊均滿足時序約束時，繼續下一步；當網表中存在電路宏模塊不滿足時序約束時，返回到步驟③； 步驟⑥:對當前布圖解採用成本函數進行評估，得到成本值C。.，當C。.小於當前最小成本值Cbest時，更新當前最小成本值為C.；^ Ccurr大於等於當前最小成本值Cbest時，繼續下一步； 步驟⑦:當布圖擾動次數P小於設定的上限次數Pmax時，擾動布圖產生新的布圖可行解，布圖擾動次數計數加1，並返回到步驟②；當布圖擾動次數等於設定的上限次數Pmax時，輸出結果。
2.如權利要求1所述的面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，其特徵在於，步驟①中虛擬電平移位器插入到網表中的方法包括以下步驟: 步驟①_a:定義電路宏模塊i的時延裕量為Scki,所有電路宏模塊的平均時延裕量為Sckavg,最小時延裕量為sckmin,定義概率質量函數為
3.如權利要求1所述的面向多供電電壓技術的片上系統布圖規劃方法，其特徵在於，步驟④中電平移位器的布局方法包括以下步驟: 步驟④_a:在布圖可行解中，搜尋電路宏模塊布圖組合產生的固有空白面積和虛擬電平移位器佔據的空白面積； 步驟④_b:按照電平移位器的大小，將搜尋出的空白面積分成電平移位器可行的布局站點；步驟④-C:根據電壓 分配的結果將所需的電平移位器逐個分配到唯一一個可行站點中。
【文檔編號】G06F17/50GK104021240SQ201410200227
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月13日 優先權日:2014年5月13日
【發明者】夏銀水, 儲著飛, 王倫耀 申請人:寧波大學