一种面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，优点在于提出的方法能根据对网表的静态时序分析，插入虚拟电平移位器为布图中的电平移位器布局提供足够的空白面积；此外，在布图阶段，通过建立内部循环将电平移位器布局的物理信息反馈给电压分配，使得产生的布图解同时满足时序和物理约束。相比于已有的面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，提出的方法能进一步优化功耗。既丰富了片上系统的自动设计优化方法，又降低了设计成本。通过实例验证，本发明的方法得到的空白面积能有效完成电平移位器布局，优化了功耗。
【专利说明】一种面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种片上系统的自动化设计方法，尤其是涉及一种面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法。
【背景技术】
[0002]因芯片的动态功耗与供电电压呈平方关系，通过降低供电电压进行低功耗设计是最有效直接的优化方式。片上系统由电路宏模块(以下简称模块)构成，多电压片上系统设计正是基于此原理，在保证片上系统性能的前提下，通过给关键模块分配较高电压，而给非关键模块分配较低电压达到功耗优化的目的，是当前片上系统低功耗设计的主流设计方法。
[0003]然而，在多电压片上系统的设计过程中，当低电压模块直接驱动高电压模块时，因额外的静态电流将产生泄漏功耗，甚至逻辑错误，因此必须在低电压模块和高电压模块间插入电平移位器(level shifter, LS)来完成电压域的匹配。这给多电压片上系统的布图规划带来两方面的问题。首先是电平移位器的布局问题，因其具有一定的面积开销，在布图中必须有足够的空白面积；其次是时序约束下的模块电压分配问题，电平移位器同样具有一定的延时以及互连产生的延时开销，必须结合电平移位器的物理信息才能完成电压分配。
[0004]B.Yu, S.Dong, S.Goto 等在 2009 年 ACM Great Lakes Symposium on VLSI 发表的文章〈〈Voltage-1sland driven floorplanning considering level-shifter positions))针对面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法进行了研究，在进行电平移位器布局时，因没有足够的空白面积，该方法尽可能多的对电平移位器完成布局，对于剩下的未能成功布局的电平移位器则在布图规划完成后，即后布图阶段进一步优化。此方法存在两方面的缺陷:一方面，后布图阶段的布局解空间有限，不仅功耗改进受限，而且会造成时序难以收敛；另一方面，后布图若不成功，需重新进行布图，造成设计难以收敛。
[0005]针对上述已有方法的缺陷，一方面需要做好布图中空白面积的管理工作，使得既有足够的用于电平移位器布局的空白面积，又不至于使布图面积急剧增大；另一方面，电压分配需要和电平移位器的布局产生循环迭代，通过电平移位器的物理信息反馈完成电压分配，使得时序约束和物理约束同时得到满足，并优化功耗。因此本发明方法对于面向多供电电压技术的片上系统设计有着较强的现实意义和实践意义。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，分为两个实施阶段:网表修改阶段和布图阶段。针对网表首先进行静态时序分析，得到每个模块的时延裕量，以此为基础进行模块电压的基于概率的模拟分配，分配过程完成后，遍历网表，当低电压模块驱动高电压模块时插入虚拟电平移位器，并更新网表，以期在布图阶段占据空白面积。在布图阶段，首先基于更新后的网表产生布图可行解；然后对其进行时序约束下的电压分配；依据分配结果得到需要插入电平移位器的数目和连接信息，然后在布图的空白面积中进行电平移位器的布局，若布局后不满足时序约束，则将布局的物理信息反馈到电压分配步骤，通过升高模块的工作电压松弛时序约束，再继续进行电平移位器的布局，以此形成一个循环直到时序和物理约束均得到满足后跳出循环；对当前布图可行解通过成本函数综合评估线长、面积和功耗，然后扰动布图产生新的可行解，直到达到布图规划终止条件，输出电平移位器和模块的布图结果。
[0007]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
[0008]1、一种面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，其特征在于包括以下步骤:
[0009]步骤①:定义网表为包含电路宏模块的长宽信息、时延-功耗信息和连接信息的描述文件；定义虚拟电平移位器为存在于网表中与电平移位器具有相同的尺寸、时延和功耗的电路宏模块；计算机读入和分析用户提供的网表，通过静态时序分析，计算出每个电路宏模块的时延裕量，插入虚拟电平移位器到网表中，并更新网表；
[0010]步骤②:基于更新后的网表，产生布图可行解；
[0011]步骤③:当布图可行解首次电压分配时，在满足时序约束的前提下，基于布图可行解中电路宏模块的坐标信息和连线长度信息进行电压分配；当布图可行解非首次电压分配时，基于当前电压分配结果，通过将若干工作在低电压的电路宏模块的工作电压升高，重新进行电压分配；
[0012]步骤④:基于电压分配的结果，利用布图可行解中的空白面积进行电平移位器的布局;
[0013]步骤⑤:结合电平移位器布局后的物理信息，当网表中所有的电路宏模块均满足时序约束时，继续下一步；当网表中存在电路宏模块不满足时序约束时，返回到步骤③；
[0014]步骤⑥:对当前布图解采用成本函数进行评估，得到成本值C。.，当C。.小于当前最小成本值Cbest时，更新当前最小成本值为C.；^ Ccurr大于等于当前最小成本值Cbest时，继续下一步；
[0015]步骤⑦:当布图扰动次数P小于设定的上限次数Pmax时，扰动布图产生新的布图可行解，布图扰动次数计数加1，并返回到步骤②；当布图扰动次数等于设定的上限次数Pmax时，输出结果。
[0016]2、步骤①中虚拟电平移位器插入到网表中的方法包括以下步骤:
[0017]步骤①-a:定义电路宏模块i的时延裕量为Scki,所有电路宏模块的平均时延裕量为Sckavg,最小时延裕量为sckmin,定义概率质量函数为
[0018]pmf{i) = 1- exp(-'S^,: SLk""")(I)
axscKg
[0019]其中α为大于O的实数；对于电路宏模块i随机产生的位于O和I之间的浮点数rand O,当rand O小于等于pmf(i)时,认为电路宏模块i工作在低电压；当rand O大于pmf(i)时，认为电路宏模块i工作在高电压；
[0020]步骤①-b:遍历所有电路宏模块，得到每个电路宏模块的工作电压状态；
[0021]步骤①-C:遍历网表，当网表中有低电压电路宏模块驱动高电压电路宏模块时，插入虚拟电平移位器到该低电压电路宏模块和高电压电路宏模块中间，并更新网表。
[0022]3、步骤④中电平移位器的布局方法包括以下步骤:[0023]步骤④_a:在布图可行解中，搜寻电路宏模块布图组合产生的固有空白面积和虚拟电平移位器占据的空白面积；
[0024]步骤④_b:按照电平移位器的大小，将搜寻出的空白面积分成电平移位器可行的布局站点；
[0025]步骤④-C:根据电压分配的结果将所需的电平移位器逐个分配到唯一一个可行站点中。
[0026]与现有技术相比，本发明的优点在于提出的方法能够根据网表进行预判，通过插入虚拟电平移位器的方式对布图阶段产生的空白面积进行管理，以便于电平移位器的布局，合适的布局有助于减少连线的长度，从而降低连接线延时，达到优化功耗的目的；此外，布图阶段的电压分配和电平移位器的布局通过循环求解，电平移位器的物理信息反馈给电压分配，循环直到时序和物理约束同时得到满足后终止，通过一个内部循环即可取保得到电平移位器布局的可行解，提高了面向多供电电压技术的片上系统设计的收敛速度。相比于已发表的面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，提出的方法能进一步优化功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为不例电路的连接关系不意图；
[0028]图2为虚拟电平移位器插入后更新的连接关系示意图；
[0029]图3为基于更新的网表产生的布图可行解示意图；
[0030]图4为电平移位器布局可行的位置示意图；
[0031 ] 图5为电平移位器布局完成后的布图；
[0032]图6为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0033]表1 例电路网表信息
[0034]
【权利要求】
1.一种面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤①:定义网表为包含电路宏模块的长宽信息、时延-功耗信息和连接信息的描述文件；定义虚拟电平移位器为存在于网表中与电平移位器具有相同的尺寸、时延和功耗的电路宏模块；计算机读入和分析用户提供的网表，通过静态时序分析，计算出每个电路宏模块的时延裕量，插入虚拟电平移位器到网表中，并更新网表； 步骤②:基于更新后的网表，产生布图可行解； 步骤③:当布图可行解首次电压分配时，在满足时序约束的前提下，基于布图可行解中电路宏模块的坐标信息和连线长度信息进行电压分配；当布图可行解非首次电压分配时，基于当前电压分配结果，通过将若干工作在低电压的电路宏模块的工作电压升高，重新进行电压分配； 步骤④:基于电压分配的结果，利用布图可行解中的空白面积进行电平移位器的布局; 步骤⑤:结合电平移位器布局后的物理信息，当网表中所有的电路宏模块均满足时序约束时，继续下一步；当网表中存在电路宏模块不满足时序约束时，返回到步骤③； 步骤⑥:对当前布图解采用成本函数进行评估，得到成本值C。.，当C。.小于当前最小成本值Cbest时，更新当前最小成本值为C.；^ Ccurr大于等于当前最小成本值Cbest时，继续下一步； 步骤⑦:当布图扰动次数P小于设定的上限次数Pmax时，扰动布图产生新的布图可行解，布图扰动次数计数加1，并返回到步骤②；当布图扰动次数等于设定的上限次数Pmax时，输出结果。
2.如权利要求1所述的面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，其特征在于，步骤①中虚拟电平移位器插入到网表中的方法包括以下步骤: 步骤①_a:定义电路宏模块i的时延裕量为Scki,所有电路宏模块的平均时延裕量为Sckavg,最小时延裕量为sckmin,定义概率质量函数为
3.如权利要求1所述的面向多供电电压技术的片上系统布图规划方法，其特征在于，步骤④中电平移位器的布局方法包括以下步骤: 步骤④_a:在布图可行解中，搜寻电路宏模块布图组合产生的固有空白面积和虚拟电平移位器占据的空白面积； 步骤④_b:按照电平移位器的大小，将搜寻出的空白面积分成电平移位器可行的布局站点；步骤④-C:根据电压 分配的结果将所需的电平移位器逐个分配到唯一一个可行站点中。
【文档编号】G06F17/50GK104021240SQ201410200227
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】夏银水, 储著飞, 王伦耀 申请人:宁波大学