設(shè)計的初始估計功率通常小于硅上的功耗。這是因為沒有可用的功率估計流可以準確地將功率估計結(jié)果與硅結(jié)果相關(guān)聯(lián)。此外，對于涉及許多新設(shè)計功能的部件和IP塊，確切的門數(shù)詳細信息很難在流程的早期預(yù)測。

除了更準確的功率估算流程外，還需要RTL級功耗估算，提供減少的機會在設(shè)計初期就有力量。本文討論了功率估計的基礎(chǔ)知識，以及RTL級的功率估計流程，每個設(shè)計IP和IP的人都應(yīng)該知道。 SoC。

首先我們將討論功率估算流程中使用的一些術(shù)語：

靜態(tài)泄漏功率：它是門時消耗的功率沒有轉(zhuǎn)換。它是由流過晶體管的電流引起的，即使它們被關(guān)閉也是如此。它不僅取決于電路的物理參數(shù)，還取決于提供給電路的輸入，這意味著當輸入狀態(tài)變化時泄漏功率會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致狀態(tài)相關(guān)的泄漏功率。

動態(tài)電源：當電路處于活動狀態(tài)時執(zhí)行某些功能時消耗的功率。它進一步分為兩個部分：開關(guān)和內(nèi)部。

開關(guān)電源：在電池輸出端對負載電容進行充電和放電時會耗散。負載電容由互連（凈）電容和網(wǎng)絡(luò)連接的柵極電容組成。

內(nèi)部或短路電源：電池內(nèi)消耗內(nèi)部電池電容的功率。在邏輯轉(zhuǎn)換期間，P和N型晶體管都在短時間內(nèi)同時導(dǎo)通，從而導(dǎo)致從Vdd軌到地軌的直接連接。

標準單元庫：標準單元庫是低級電子邏輯功能的集合，例如AND，OR ，INVERT，觸發(fā)器，鎖存器和緩沖器。使用技術(shù)庫的單元，綜合工具執(zhí)行將寄存器傳輸級別（RTL）描述轉(zhuǎn)換為依賴于技術(shù)的網(wǎng)表的過程。此過程類似于將高級C程序列表轉(zhuǎn)換為依賴于處理器的匯編語言列表的軟件編譯器。網(wǎng)表是邏輯視圖級別的RTL的標準單元表示。它由標準單元庫門的實例和門之間的端口連接組成。適當?shù)暮铣杉夹g(shù)確保了合成網(wǎng)表和原始RTL描述之間的數(shù)學(xué)等價。網(wǎng)表不包含未映射的RTL語句和聲明。典型的標準單元庫包含兩個主要組件：

a）庫數(shù)據(jù)庫 - 由許多視圖組成，通常包括布局，原理圖，符號，抽象和其他邏輯或模擬視圖。

b）時序摘要 - 通常采用Liberty格式，為每個單元提供功能定義，時序，功率和噪聲信息。

線負載模型：它用于綜合以解決物理延遲。它包含一個查找表，可以提供線電阻，線電容和每單位長度的面積，可以從扇出中進行插值。

功率估算流程

對于RTL功率估算，我們需要以下輸入：

a）設(shè)計文件
b）包含在合成設(shè)計時使用的標準單元的庫
c）線載模型給出寄生信息（電容和電阻值）
d）模擬信息：VCD/FSDB/SAIF
e）功率估算工具

本文采用簡單的AND門設(shè)計，并應(yīng)用估計流程，以便更深入地了解數(shù)字的計算方式。針對相同的AND門采用各種活動簡檔并比較結(jié)果。所有分析均在C55FG技術(shù)的標準單元庫上進行，在溫度（150°C），電壓（1.08V）和最壞情況下運行。

情況1：采樣周期為2ns（與AND門（A，B）的輸入和AND門（Z）的輸出相比，被認為是最快的切換信號）計算輸入和輸出的活動。

活動定義為信號相對于最快信號周期數(shù)的周期數(shù)。例如，

A，B，Z的1個周期是5個最快信號周期（采樣信號）= 1/5 = 0.2

概率定義為信號的時間在整個模擬期間（高）。

A，B，Z在10個采樣信號周期中（高）一半時間。

案例2：在此職責(zé)周期中，輸入A（25％）發(fā)生變化。

因此，活動與周期數(shù)保持一致A的采樣周期相同。 A的概率由于現(xiàn)在在10個采樣信號周期中為25％（高）并且類似地為Z，因為Z = A＆amp; B。

案例3：在這種情況下，輸入B反轉(zhuǎn)為A.因此，Z的活動為0而A和B的活動是相同。概率相同。

注意：由于輸入A和輸入A在Z上觀察到毛刺，可能會有一些開關(guān)功率AND門上的B同時切換。 RTL級別的模擬不會處理因輸入延遲不同而發(fā)生的故障。

以下是上述情況的結(jié)果：

觀察

1）切換功率取決于輸出（Z）的切換，因此在情況3中，當Z的活動為0（在主輸入存在的情況下）為0時，它為0。

2）此外，通過從與index1對應(yīng)的庫中的查找表中選取值來計算內(nèi)部功率：轉(zhuǎn)換速率和index2：電容值。

3）在查找表中用于計算p的庫ower數(shù)，A和B的內(nèi)部功率為0，因此內(nèi)部功率取決于凈Z（輸出）的內(nèi)部功率。

4）內(nèi)部功率也取決于活動;因此，當Z的活動為0時，它為0。

5）使用的庫具有狀態(tài)相關(guān)的泄漏功率，當我們改變信號A的占空比以包括不同的AND狀態(tài)時，在情況2中可以看到門。

RTL功率估算與門級網(wǎng)表功率估算

以下電路用于分析：

觀察

RTL級使用的綜合算法與門級網(wǎng)表不同。

在RTL級別估計時，遵循區(qū)域最小化算法。因此，與實際網(wǎng)表相比，在RTL合成中選取的單元面積較小。

在網(wǎng)表級別，遵循泄漏功率最小化算法。因此，與實際網(wǎng)表相比，在RTL合成時拾取的單元的泄漏功率更大。

與門級功率估算相比，我們有網(wǎng)表，由標準單元組成，自由文件具有這些標準單元的功率數(shù)，線負載模型具有互連電容信息，切換活動，時鐘樹信息和操作條件。在RTL級別，缺少一些信息，特別是門級網(wǎng)表，時鐘樹信息，布局，時序等。

對于RTL功率估算流程，我們使用可以創(chuàng)建門的邏輯綜合引擎設(shè)計的水平模型以與實際合成相同的方式在設(shè)計周期中創(chuàng)建。這是因為功率估計工具進行粗略綜合，而不是綜合工具可以做的詳盡。因此，需要向RTL功率估計工具提供如上所述的進一步信息，以便復(fù)制門級流的實際合成環(huán)境。

例如，為了估計時鐘樹功率，我們需要來自綜合工程師。我們需要知道將使用哪些緩沖區(qū)以及它們的扇出將是什么。如果我們可以從網(wǎng)表中獲得每個時鐘域的觸發(fā)器數(shù)量，那么我們可以計算出驅(qū)動觸發(fā)器的緩沖器數(shù)量，即觸發(fā)器除以扇出數(shù)量，將是最終數(shù)量時鐘緩沖區(qū)。然后我們可以重復(fù)相同的過程來獲得時鐘樹的其余部分。這當然不是最準確的方法，但這有助于建立實際的合成環(huán)境。

結(jié)論

精確的功率估算在RTL中至關(guān)重要水平，以便找到耗電的細分市場，并應(yīng)用低功耗架構(gòu)和技術(shù)。雖然RTL的數(shù)字不如合成后的數(shù)字準確，但趨勢與兩者相關(guān)。