為了延長電子便攜式產品的電池使用時間，降低設計功耗變得越來越重要。在IC設計流程中，多種電源管理技術逐漸被應用，如clockgating，MSV（Multiple Supply Voltage），PSO（Power ShutOff）。然而這些低功耗技術的引入，對驗證工作帶來了很大的挑戰性。

CPF（Common Power Format）是Cadence公司提出的一套完整的低功耗解決方案。本文根據CPF在低功耗驗證過程中的實際使用情況，闡述了如何使用CPF來查找低功耗設計問題以及簡化驗證工作。

VIA芯片的低功耗設計和驗證的挑戰

在目前負責的芯片中，用到的主要的低功耗設計技術包括clock gating，MSV（Multiple Supply Voltage）和PSO（Power Shut Off）。CPF主要被用于進行PSO的驗證。

圖1是一個芯片結構示意圖：黃色區域表示電源always-on的電源域。電源關斷的控制信號來自外部。

低功耗芯片設計的驗證方式評估

由于RTL代碼沒有電源信息，因此在RTL通常很難驗證到和低功耗設計相關的bug。

為了實現RTL級代碼的power aware驗證，我們在2007年第四季度針對支持低功耗設計的驗證方式進行了評估，選擇了基于CPF的Cadence的流程和另外一家基于PLI方式的低功耗驗證方式進行了評估。

表1是評估結果。

應用CPF驗證低功耗設計流程

1 將低功耗設計規范寫成cpf文件

此步驟在我們的設計中非常簡單，下面是一個簡單的cpf文件的示意。

# Define the top domain

set_design TOP

# Define the default domain

create_power_domain

-name pdTop -default

# Define Power-Domain A

create_power_domain

-name pdA

-instances {uA uC}

-shutoff_condition {！uPCM/pso［0］}

2 在驗證流程中讀入cpf文件

應用IDTS進行仿真包括3個步驟：

Ncvlog：編譯文件

Ncelab：擴展和鏈接

Ncsim：進行仿真

進行power aware simulation時，只需要在第二步ncelab增加一個option“-nclps_cpf design.cpf”把第一部產生的cpf讀入就可以了。

以下是進行仿真之前關于低功耗設計的相關信息：

圖2是電源關斷恢復的波形圖。

當對應的電源關斷控制信號有效時，對應的power domain中的信號被置為X值。

當對應的電源關斷控制信號有效時，對應的power domain中的信號依然為X，當對應的信號恢復程序執行后，信號恢復正常。

應用CPF驗證低功耗設計

在選定Cadence基于CPF的power aware verification flow作為此項目的低功耗設計芯片的設計流程之后，我們在其他設計中也應用了此流程，如門級網表設計等。

在應用此流程之后，設計人員得以發現了一些與低功耗設計相關的設計bug，避免了芯片的失敗。

由于設計和驗證環境都非常復雜，Cadence flow中顯現出一些問題：

① default power domain shut-off：

最初CPF文件不支持default power domain可以被關斷，導致cpf文件寫起來比較麻煩，因為此項目中的design是大部分電路可以被關斷，只有部分電路是always-on。

經功能改進后，現在的Cadence在IUS611S011之后的版本中增加了此項功能。

② pass-through信號的處理：

當一個來在always-on domain的信號值通過一個shut-off domain到達一個always-on domain時，此信號被置為X值。

此功能后未被實現在新版本軟件中。目前可以有一個選項控制，對于這類信號是保持或者被置為X值。

③force信號的處理：

為實現某些特定功能，在驗證環境中增加了一系列force語句。當這些force應用到可以被關斷的power domain中的信號時，一旦此模塊被關斷，又恢復供電之后，這些force將丟失。

目前此功能增強申請正在處理中。

目前我們的低功耗設計技術還比較簡單，只應用了電源關斷技術。CPF還可以支持信號隔離（isolation），狀態保留寄存器（SRPG）等，這在將來的設計中可能使用到。

結束語

通過應用Cadence的基于CPF的power aware驗證流程，實現了針對低功耗設計的流程。應用此流程，我們無須對現有流程做修改，并幫助發現設計中如果不應用此流程無法發現的bug，使得開發人員在進行后端設計之前就可以及時發現和低功耗相關的bug。