专利名称：一种片上系统的低功耗电压岛划分方法
技术领域：
本发明涉及一种片上系统的自动化设计方法，尤其是涉及一种片上系统的低功耗电压岛划分方法。
背景技术：
随着智能手机、平板电脑等手持电子设备的大量应用，低功耗正成为片上系统(System-on-a-Chip, SoC)设计的重要指标。功耗的主要来源分为动态功耗和静态功耗，且都与供电电压有着最直接的联系。因此，降低供电电压是最有效、最直接的低功耗技术。多供电电压(Multi-SupplyVoltage, MSV)技术通过给关键路径上的模块分配较高电压,而给非关键路径上的模块分配较低电压，从而在不影响性能的情况下较大幅度的降低功耗。然而，MSV技术给片上系统的电源管理带来了挑战。首先，工作在不同电压下的模·块之间需要插入额外的电平转换器(Level Shifter, LS)完成电压匹配；其次，给各模块完成供电需要耗费较多的电源网络布线资源(Power Network Routing Resource, PNRR)。因此，将物理布图中的模块聚集形成电压岛(Voltage Island，VI)可同时减少电平转换器数目及电源网络布线资源。电压岛的形状通常分为规则形状和不规则形状，其中规则形状大多为矩形，而不规则形状的生长没有规律。从电源网络布线资源来看，规则形状较不规则形状的开销小，且不会产生较大的电压降(IR-Drop)，从而确保了系统的可靠性；从功耗来看，不规则形状所能产生的功耗较规则形状要小。已有一些矩形电压岛划分技术，但严格限制电压岛的形状为矩形使得解的质量无法得到较大的改进，因此SoC的功耗还有很大的改进空间。综合考虑电源网络资源和功耗，优化电压岛形状非常重要，对片上系统的低功耗设计有着较强的现实意义和实践意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种片上系统的低功耗电压岛划分方法，该方法基于矩形电压岛生成方法，对若干个相邻的工作在同一电压下的矩形电压岛，若符合判定相邻条件，则进行粘合操作，得到一个非矩形电压岛，从而有效降低功耗，同时不会耗费较多的电源网络布线资源。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种片上系统的低功耗电压岛划分方法，其特征在于包括以下步骤步骤①片上系统由多个电路宏模块组成，定义电路宏模块的合法工作电压是满足电路宏模块正确时序要求的供电电压，所有电路宏模块的合法工作电压值构成电路宏模块的合法工作电压集，其中所有电路宏模块均可工作在芯片电压V。下；定义电压岛为工作在同一合法工作电压下且占据连续物理空间的电路宏模块组成的区域；计算机读入和分析用户提供的电路宏模块的几何拓扑信息文件和电路宏模块的合法工作电压集；步骤②根据电路宏模块的几何拓扑信息，构造一个二叉树数据结构来表示电路宏模块间的位置关系，可选择采用以下步骤(I)、( 2 )生成矩形电压岛；(I)若二叉树中某一子树所包含的电路宏模块有一个公共的合法工作电压，则该子树所包含的电路宏模块可汇聚成矩形电压岛；(2)若二叉树的左/右树干上的节点具有相同的操作符‘H’或者‘V’，且树叶上所包含的电路宏模块有一个公共的合法工作电压，则树干上的树叶所包含的电路宏模块可汇聚成矩形电压岛；步骤③给定矩形电压岛I1和I2的左下角坐标分别为彳)，(.(％)，右上角坐标分别为(Χ，Χ)，(4'，> )，若勾=4且满足以下(I)、(2)、(3)三个条件之一,则矩形电压岛I1和I2水平相邻；(I)
(2) (ji <y{)>y[)·,(3) U >yi)n(y； <f2)；若且满足以下(4)、(5)、(6)三个条件之一，则矩形电压岛I1和I2垂直相邻；(4) 1 =X11-,(5) (x( <xi)r> (χ[ > λ{) ·'(6) (λ*,7 >χ'2)η,(χ[ <χ'2)；步骤④对于一个二叉树中的某一父节点，若其包含左子树和右子树，左子树可汇聚成矩形电压岛I1且公共的合法工作电压v〈V。，则在右子树中继续寻找一个同样工作在V的矩形电压岛I2，然后通过步骤③判断I1和I2的物理位置是否相邻，若相邻，则返回由I1和I2组成的非矩形的面积更大的电压岛I = I1 U I2，若不相邻，则返回矩形电压岛I1 ；步骤⑤对于一个二叉树中的某一父节点，若其包含左子树和右子树，右子树可汇聚成矩形电压岛I1且公共的合法工作电压V〈v。，则在左子树中继续寻找一个同样工作在V的矩形电压岛I2，然后通过步骤③判断I1和I2的物理位置是否相邻，若相邻，则返回由I1和I2组成的非矩形的面积更大的电压岛I = I1 U I2，若不相邻，则返回矩形电压岛I1 ；步骤⑥重复步骤④ ⑤可得到满足要求的电压岛，完成电压岛的划分。与现有技术相比，本发明的优点在于提出的方法松弛了电压岛必须为矩形的形状约束，基于已有的矩形电压岛生成技术，通过搜索电压岛，进行电压岛相邻判定等步骤将若干个工作在同一电压下且位置相邻的电压岛进行粘合操作，最终形成一个非矩形的面积更大的电压岛，从而实现了功耗的降低。相比于传统的片上系统电压岛划分方法，提出的方法以较小的电源网络资源代价，降低了片上系统的功耗。即丰富了片上系统电压岛划分的自动设计优化方法，又降低了设计成本。
图I为国际基准测试电路实例MCNC中nlO布图表示；图2为国际基准测试电路实例MCNC中nlO的对应于图I的二叉树；图3为国际基准测试电路实例MCNC中nlO经本发明产生的一个电压岛。
具体实施例方式以下结合附图实例对本发明作进一步详细描述。
表一
权利要求
1.一种片上系统的低功耗电压岛划分方法，其特征在于包括以下步骤 步骤①片上系统由多个电路宏模块组成，定义电路宏模块的合法工作电压是满足电路宏模块正确时序要求的供电电压，所有电路宏模块的合法工作电压值构成电路宏模块的合法工作电压集，其中所有电路宏模块均可工作在芯片电压V。下；定义电压岛为工作在同一合法工作电压下且占据连续物理空间的电路宏模块组成的区域；计算机读入和分析用户提供的电路宏模块的几何拓扑信息文件和电路宏模块的合法工作电压集； 步骤②根据电路宏模块的几何拓扑信息，构造一个二叉树数据结构来表示电路宏模块间的位置关系，可选择采用以下步骤(I)、( 2 )生成矩形电压岛； (1)若二叉树中某一子树所包含的电路宏模块有一个公共的合法工作电压，则该子树所包含的电路宏模块可汇聚成矩形电压岛； (2)若二叉树的左/右树干上的节点具有相同的操作符‘H’或者‘V’，且树叶上所包含的电路宏模块有一个公共的合法工作电压，则树干上的树叶所包含的电路宏模块可汇聚成矩形电压岛； 步骤③给定矩形电压岛I1和I2的左下角坐标分别为，(4，j4)，右上角坐标分别为((X)，(.《)，若=4且满足以下(I)、(2)、(3)三个条件之一，则矩形电压岛I1和I2水平相邻；(I ) =y[；(.2)(){<y'2)^(y[>y'2), (3)(}{ >}{)r^{y[ <}ζ)·, 若且满足以下(4)、(5)、(6)三个条件之一，则矩形电压岛I1和I2垂直相邻； (4 ) = *^2 * (5)(χ( < χ[)r\(χ[ >.τ ); (6)(χ( >χ'2)ηι(xj <X;); 步骤④对于一个二叉树中的某一父节点，若其包含左子树和右子树，左子树可汇聚成矩形电压岛I1且公共的合法工作电压v〈V。，则在右子树中继续寻找一个同样工作在V的矩形电压岛I2，然后通过步骤③判断I1和I2的物理位置是否相邻，若相邻，则返回由I1和I2组成的非矩形的面积更大的电压岛I = I1 U I2，若不相邻，则返回矩形电压岛I1 ； 步骤⑤对于一个二叉树中的某一父节点，若其包含左子树和右子树，右子树可汇聚成矩形电压岛I1且公共的合法工作电压V〈v。，则在左子树中继续寻找一个同样工作在V的矩形电压岛I2，然后通过步骤③判断I1和I2的物理位置是否相邻，若相邻，则返回由I1和I2组成的非矩形的面积更大的电压岛I = I1 U I2，若不相邻，则返回矩形电压岛I1 ； 步骤⑥重复步骤④ ⑤可得到满足要求的电压岛，完成电压岛的划分。
全文摘要
本发明公开了一种片上系统的低功耗电压岛划分方法，优点在于提出的方法松弛了电压岛必须为矩形的形状约束，基于已有的矩形电压岛生成技术，通过搜索电压岛，进行电压岛相邻判定等步骤将若干个工作在同一电压下且位置相邻的电压岛进行粘合操作，最终形成一个非矩形的面积更大的电压岛，从而实现功耗的降低。相比于传统的片上系统电压岛划分方法，提出的方法以较小的电源网络资源代价，降低了片上系统的功耗。从而丰富了片上系统电压岛划分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电压岛能有效降低片上系统的功耗。
文档编号G06F1/32GK102902347SQ20121036721
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者夏银水, 储著飞, 王伦耀 申请人:宁波大学