手机基带芯片处理器负载计数器的设计与验证

发布时间：2017-08-22 05:32

  本文关键词：手机基带芯片处理器负载计数器的设计与验证

  更多相关文章： 低功耗设计 基带芯片 处理器负载计数器 DVFS 功能验证

【摘要】：近两年,4G技术的出现和飞速发展使得智能手机和手机基带芯片迎来爆发性的需求和增长。与此同时,摩尔定律的推动让集成电路制造工艺迈向新的台阶,芯片的集成度和规模也不断提升。但是伴随着基带芯片上集成更多新的功能和设计,芯片的面积越来越大,芯片上的晶体管数也越来越多,在基带芯片设计时不得不将功耗和速度、面积、成本等指标进行综合考虑。尤其是对于依赖电池供电的手机来说,低功耗设计更是基带芯片设计中需重点关注的问题。本文设计来源于实际手机基带芯片项目,在寄存器传输级完成对低功耗处理器负载计数器的设计和验证。本文首先叙述了在现今IC设计中各个层级上经常使用的低功耗设计方法,并将其中的几种基本技术用于处理器负载计数器的设计。门控电源技术能够可控制地关断某些模块的电源;门控时钟技术可以控制逻辑模块的工作状态,减少不必要的时钟翻转;多电压多频率技术用来给处理器提供可选择的不同工作电压和频率。本文设计的核心模块有以下三个:有效周期计数模块、平均模块和阈值检测模块。有效周期模块实现对处理器核工作状态的监控,得到有效周期数;平均模块实现对历史监控数据的存储和求和计算,得到关键调整步骤对应的值;阈值检测模块实现将各个调整步骤对应的值与预设门限值比较,得到调整步骤,调节处理器核性能等级。最终在不会影响处理器性能的情况下,实现了对多核基带芯片动态电压和频率调节的目的。最后本文完成对设计模块的全面功能验证,首先根据设计说明列出详细的验证计划。在前期验证中,借助JasperGold工具开始基于断言的验证,生成大量标准化语言的断言检查负载计数器模块的基本功能和结构,加速开发过程。后期验证中会搭建验证环境和验证平台,编写验证案例形成针对验证功能点的测试激励,利用Modelsim工具进行仿真,为了实现对设计功能的全面覆盖,对验证初提出的所有功能验证点遍历验证,最终代码的覆盖率也达到了项目要求。验证结果显示,低功耗处理器负载计数器的设计能够根据处理器核的工作状态动态调节其性能等级,最终实现了对CPU核动态降频和降压调节的目的,满足设计要求。本文设计模块的面积大约7427μm2,仅占整个基带芯片的0.14%,初期测试却能将处理器功耗降低约28.24%,因此这是一种有效而且低成本的基带芯片降低功耗的处理方法。
【关键词】：低功耗设计 基带芯片 处理器负载计数器 DVFS 功能验证
【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】：2016
【分类号】：TP332
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 研究背景16
• 1.2 研究现状16-19
• 1.2.1 英特尔芯片的SpeedStep技术17
• 1.2.2 基于闭环系统的自适应DVFS技术17
• 1.2.3 基于同构多核处理器的DVFS技术17-18
• 1.2.4 Freescale芯片的DVFS技术18
• 1.2.5 本文改进的基于硬件的DVFS技术18-19
• 1.3 论文安排19-20
• 第二章 低功耗设计20-34
• 2.1 CMOS电路功耗的组成20-22
• 2.1.1 状态转换功耗20-21
• 2.1.2 短路功耗21
• 2.1.3 静态功耗21-22
• 2.1.4 动态功耗和静态功耗之间的平衡22
• 2.2 低功耗设计的方法22-32
• 2.2.1 工艺级的低功耗技术22-23
• 2.2.2 版图级的低功耗技术23-24
• 2.2.3 电路级的低功耗技术24-25
• 2.2.4 门级的低功耗技术25-26
• 2.2.5 RTL级的低功耗技术26-29
• 2.2.6 结构级的低功耗技术29-32
• 2.3 本章总结32-34
• 第三章 低功耗处理器负载计数器设计34-48
• 3.1 处理器负载计数器设计中用到的低功耗技术34-39
• 3.1.1 门控电源技术34-35
• 3.1.2 门控时钟技术35-36
• 3.1.3 多电压技术36-37
• 3.1.4 多频率技术37-39
• 3.2 处理器负载计数器结构设计39-41
• 3.3 处理器负载计数器模块设计41-47
• 3.3.1 有效周期计数模块设计41-43
• 3.3.2 平均模块43-44
• 3.3.3 阈值检测模块44-47
• 3.4 本章总结47-48
• 第四章 低功耗处理器负载计数器验证48-70
• 4.1 验证计划48-49
• 4.2 基于断言的验证49-55
• 4.2.1 断言的概念49-50
• 4.2.2 断言用于验证处理器负载计数器50-55
• 4.3 验证环境和验证平台55-59
• 4.3.1 验证思路55
• 4.3.2 验证环境55-56
• 4.3.3 验证平台56-59
• 4.4 验证案例和验证结果分析59-66
• 4.4.1 验证案例59
• 4.4.2 验证结果分析59-66
• 4.5 验证指标分析66-68
• 4.5.1 代码覆盖率分析66-67
• 4.5.2 后端结果分析67-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 总结70
• 5.2 展望70-72
• 参考文献72-74
• 致谢74-76
• 作者简介76-77

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 丛秋波;;京芯半导体获3G基带芯片等核心技术转让[J];电子设计技术;2009年10期

2 杜照海;陈咏恩;;基于蓝牙基带芯片的的布局技术[J];集成电路应用;2003年11期

3 ;展讯:开拓业务新领域,推出商用AVS芯片[J];中国新通信;2007年18期

4 hiker;;基带芯片 智能手机不能没有你[J];电脑爱好者;2012年21期

5 ;90纳米TD—SCDMA/GSM双模芯片问世[J];集成电路应用;2005年11期

6 王锦山;;移动终端基带芯片设计发展现状及趋势分析[J];移动通信;2007年10期

7 ;华力创通开发出HwaNavChip-1[J];数字通信世界;2011年S1期

8 ;通用双模——杰尔推出3G基带芯片组及软件[J];每周电脑报;2005年05期

9 ;对比ADI两代TD-SCDMA射频IC得到的启示[J];电子设计技术;2008年02期

10 ;创毅视讯展示TD-LTE研发成果[J];移动通信;2009年19期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 田万廷;刘新阳;陈波峰;陈月峰;栾心芙;;WCDMA Node B基带芯片的设计[A];2003中国通信专用集成电路技术及产业发展研讨会论文集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 安勇龙;基带芯片：更快更强更集成[N];中国电子报;2007年

2 欣明;互芯获“手机基带芯片自主创新奖”[N];中国电子报;2006年

3 记者　 周晓娟;成于芯片[N];通信产业报;2006年

4 ;“互芯”开创手机基带芯片新纪元[N];人民邮电;2006年

5 本报记者 伊佳;测量“展讯速度”[N];通信产业报;2007年

6 ;国产手机迎来“芯”动时刻[N];通信产业报;2006年

7 聂洪彦;互芯开创中国手机基带芯片完全自主知识产权新纪元[N];中国高新技术产业导报;2006年

8 万林;中国企业应接盘博通基带芯片业务[N];中国电子报;2014年

9 孙t;展讯：“3G第一股”盈利靠2G[N];第一财经日报;2007年

10 记者 安勇龙;基带芯片：整合未竟 交钥匙模式引发争议[N];中国电子报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 史晓锋;DVB-C基带芯片的设计与实现[D];同济大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 倪鹏;28nm低功耗移动基带芯片的IR Drop分析与优化[D];西安电子科技大学;2016年

2 李丹;基带芯片中CPU的低功耗设计[D];西安电子科技大学;2016年

3 奚宏亚;手机基带芯片处理器负载计数器的设计与验证[D];西安电子科技大学;2016年

4 马林;手机基带芯片的低功耗研究与设计[D];西安电子科技大学;2012年

5 杨峥嵘;手机基带芯片中系统功耗控制模块的设计与验证[D];西安电子科技大学;2013年

6 李宏孝;基带芯片的低功耗时钟系统设计[D];西安电子科技大学;2014年

7 恽林峰;LTE基带芯片HardPHY子系统的FPGA验证[D];电子科技大学;2012年

8 邱进超;40纳米3G手机基带芯片的物理实现[D];西安电子科技大学;2012年

9 沈欣舞;EGV3手机基带芯片中GPTU模块的验证[D];西安电子科技大学;2010年

10 赵乾;GPS基带芯片的系统级功能验证[D];西北工业大学;2007年

，

本文编号：717338