基于基带芯片UPC子系统的电源域控制设计及验证

发布时间：2020-06-16 06:57

【摘要】：科技的迅猛发展使得智能手机在人们生活中占据着重要地位,而人们对智能手机功能的需求促进了手机基带芯片技术的不断革新。但是随着芯片功能的强大,芯片设计的复杂程度越来越高,设计难度成倍提升,同时功耗问题很难得到控制,这些随之而来的问题制约着基带芯片技术的进一步发展。因此,降低芯片功耗以及基带芯片本身的控制系统的优化设计成为了芯片开发设计中的重点,尤其是电源控制系统的设计,由于其直接与功耗相关而显得尤为重要。本文研究的内容是围绕英特尔公司的一款基带芯片项目中新添加的模块——统一处理器组(Unified Processor Cluster,UPC)子系统进行的。UPC子系统是基带芯片中为了提高其工作效率而加入的含处理器组子系统,用于快速的数据处理和系统控制。本文通过对UPC子系统各个功能的分析,针对各个模块的不同功能及对电源的需求,对其的电源域进行了合理的划分。并基于该划分方法和相关模块的工作原理,在现有的电源设计低功耗方法的基础上,针对UPC子系统中ARC处理器组内部的系统级缓存(System Level Cache,SLC)控制单元的电源控制逻辑进行了系统设计。在此基础上,本文运用了两种不同的验证方法对UPC子系统整体的电源域控制单元进行了全面的验证。通过基于C语言的定向验证用例,对UPC子系统的电源控制单元中的主要功能点进行了高效的定向验证,该验证意在直接针对功能进行验证,提高验证效率及功能覆盖率。同时,通过搭建通用验证方法学(Universal Verification Methodology,UVM)验证环境,对UPC电源控制单元的功能进行了随机验证,该验证意在通过随机的验证激励,发现定向验证中难以觉察到的设计方案以及设计中存在的问题,使验证更加完善,验证结果更具说服力。本文中对UPC子系统整体电源域的划分基于多种电源低功耗设计的方法,使UPC子系统的功耗达到了设计要求,工程中的功耗指标为120mW,实际结果比预期的功耗低了20mW左右。在对其中SLC控制逻辑的电源控制设计上,不仅满足了UPC子系统功能本身的要求,还通过设计状态机控制电源,两级状态机间的握手进行电源控制,延时控制状态机进行状态跳转等方法,简化了部分复杂的控制逻辑,使控制结构更加明晰。在验证上,通过C语言的定向验证,使得UPC电源控制功能覆盖率达到100%。通过基于UVM的随机验证,使得最终的代码覆盖率也达到了100%。两种验证方法结合验证,使得设计更加符合功能需求。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN402
【图文】：

结构图,语言,结构图,寄存器

相关的控制单元，图 5.1 为该环境的基本结构图。图中 Modem单元，UPC 的很多信号接口是直接与 Modem CU 相连的。在寄存器，可以通过配置这些寄存器，来产生对应的控制信号， UPC 子系统中来对 UPC 子系统进行控制。主要使用的控制寄中处理器核的启动控制，对 UPC 存储器或寄存器访问时的制断电控制等。同时在 Modem CU 中还有表明 UPC 中 ARC状态寄存器以及 DMI 请求应答状态的状态寄存器。图中还有ocessor，在该验证环境中，它并非是实际意义上 UPC 外部的理器功能的验证环境的一部分。由于当 UPC 电源关闭时，需odemCU 中的寄存器去触发 UPC 中处理器核的启动请求信号，不能通过访问 UPC 的寄存器来查看处理器的状态，而是需于 Modem CU 中的镜像状态寄存器来查看状态，此时r 来访问 Modem CU。因此，C_Processor 不仅是验证环境中的到了状态检查器的作用。

功能验证,电源控制

和 DCCM 进行加载。如果 force_to_run 设置为“1”，在处理器核复位释放之后，硬件启动时，将会跳过通过 DMA 加载 ICCM 和 DCCM 这一步骤。图5.3 功能验证结果图 5.3 为以上用例的验证结果，电源控制功能验证全部通过。以 SLC 电源控制为例，对验证案例中的波形进行分析，图 5.4 至图 5.7 均为 SLC 电源控制仿真。图5.4 SLC 电源控制初次开启电源波形如图 5.4 所示，当状态信号 BISR_DONE_FLAG_I 从“0”变为“1”后，状态从COLD_START_E 跳出来，并给出了电源开启请求；在 SLC_PWR_STATUS_I 从“0”变为“1”后，表示电源已经开启，SLC 状态机进入 POWER_ON_E 状态。图5.5 SLC 电源控制关闭电源波形如图 5.5 所示，为 SLC 电源从开到关的状态。可以看到在有 PD1_PD_REQ_I 这个断电请求后状态机跳转

【参考文献】