一種片上系統(tǒng)的啟發(fā)式多電壓分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種片上系統(tǒng)的自動化設(shè)計方法，具體是一種片上系統(tǒng)的啟發(fā)式多電 壓分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 片上系統(tǒng)（system-on-a-chip,SoC)由多個電路宏模塊組成，電路宏模塊之間采 用互連線連接。單電壓技術(shù)要求所有電路宏模塊在該電壓下均能正常工作，但其中某些電 路宏模塊是非關(guān)鍵模塊，即位于非關(guān)鍵路徑或運行頻率較低。因此多電壓技術(shù)將其中一部 分非關(guān)鍵模塊的工作電壓降低，在確保SoC滿足性能約束的前提下有效降低功耗，成為當 前低功耗SoC設(shè)計的主流方法。
[0003] 多電壓分配即為每個電路宏模塊分配一個工作電壓，使得時序約束滿足的前提下 盡可能優(yōu)化功耗。同時，多電壓分配作為多電壓布局規(guī)劃協(xié)同優(yōu)化的關(guān)鍵步驟，求解質(zhì)量和 速度均是考量的重要因素。現(xiàn)有的研宄一般采用確定性求解方法，例如整數(shù)線性規(guī)劃來完 成多電壓分配，雖然求解質(zhì)量得到保證，但往往耗費了較多CPU時間，因此求解速度偏慢。 特別是隨著SoC規(guī)模增大，整數(shù)線性規(guī)劃需要更多的約束，造成求解時間非線性上升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種片上系統(tǒng)的多電 壓分配方法，該方法基于給定的電路宏模塊的"延遲-功耗"信息，首先將所有電路宏模塊 的工作電壓置為低電壓，此時的時序約束肯定不滿足，需要在接下來的算法迭代中選取若 干電路宏模塊升高其工作電壓，直到時序約束滿足后輸出當前解。為了確定哪些電路宏模 塊需要升高工作電壓，通過計算電路宏模塊的扇入/扇出延遲裕量，并將電路宏模塊按照 拓撲排序繪制扇入/扇出延遲裕量曲線。在曲線中搜尋波峰和波谷，波峰位置對應(yīng)的電路 宏模塊表明其為非關(guān)鍵模塊的可能性大，因此鎖定其當前電壓狀態(tài)，不允許升高工作電壓； 而對于波谷對應(yīng)的電路宏模塊，其為關(guān)鍵模塊的可能性大，因此被保存進隊列進行處理。從 隊列中取出電路宏模塊處理時，首先搜尋經(jīng)過該電路宏模塊的關(guān)鍵路徑，保存關(guān)鍵路徑上 所有的電路宏模塊，若其工作在低電壓且不處于鎖定狀態(tài)，則按照成本函數(shù)在這些電路宏 模塊中選取需要升高電壓的電路宏模塊，并置其工作電壓為高電壓。為了避免時序約束滿 足后仍有電路宏模塊升高電壓造成功耗損失，定義標志位判定當前已滿足時序約束的互連 線數(shù)目和總的互連線數(shù)目的比值。在時序約束接近滿足時，每次迭代僅取出一個電路宏模 塊進行處理，否則每次迭代取出存進隊列中的所有電路宏模塊進行處理。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種片上系統(tǒng)的啟發(fā)式多電壓分 配方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟①：片上系統(tǒng)由多個電路宏模塊組成，電路宏模塊之間采用互連線進行連接， 互連線數(shù)目為NwiMS，定義WRsladt (u，v)是連接電路宏模塊sbu和sbv的互連線的線延遲裕量， 計算公式如下：
[0007] WRslack (u,v) =trv-duv-tau (1)
[0008] 其中trv為電路宏模塊sbv的要求到達時間，duv為連接電路宏模塊sbu和sb^勺 互連線的延遲，tau為電路宏模塊sbu的到達時間；計算機讀入和分析用戶提供的片上系統(tǒng) 布局信息、時延約束信息、電路宏模塊的坐標信息及工作在高電壓和低電壓時的"時延-功 耗"信息；定義Flag是真假標志位，當Flag=FALSE表示假，當Flag=TRUE表示真，令 Flag=FALSE；
[0009] 步驟②：定義片上系統(tǒng)中所包含的電路宏模塊集合為B，對于每一個電路宏模塊 sbiGB，令其工作電壓為低電壓；
[0010] 步驟③：對片上系統(tǒng)進行靜態(tài)時序分析，計算所有互連線的線延遲裕量，并計算線 延遲裕量大于等于0的互連線數(shù)目Nlegal;
[0011] 步驟④：定義電路宏模塊sb"^ 1個扇入電路宏模塊，即{sbml，sbm2,L，sbml}，則電 路宏模塊扇入延遲裕量計算公式如下：
[0012]
【主權(quán)項】
1. 一種片上系統(tǒng)的啟發(fā)式多電壓分配方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟①：片上系統(tǒng)由多個電路宏模塊組成，電路宏模塊之間采用互連線進行連接，互連 線數(shù)目為Nwiras，定義WRslad5(u,V)是連接電路宏模塊sbu和互連線的線延遲裕量，計算 公式如下： WRsiack(u, v) = trv-duv-tau (I) 其中trv為電路宏模塊sb v的要求到達時間，duv為連接電路宏模塊sb u和sb ￥的互連線 的延遲，tau為電路宏模塊sb u的到達時間；計算機讀入和分析用戶提供的片上系統(tǒng)布局信 息、時延約束信息、電路宏模塊的坐標信息及工作在高電壓和低電壓時的"時延-功耗"信 息；定義Flag是真假標志位，當Flag = FALSE表示假，當Flag = TRUE表示真，令Flag = FALSE ； 步驟②：定義片上系統(tǒng)中所包含的電路宏模塊集合為B，對于每一個電路宏模塊 SbiG B，令其工作電壓為低電壓； 步驟③：對片上系統(tǒng)進行靜態(tài)時序分析，計算所有互連線的線延遲裕量，并計算線延遲 裕量大于等于〇的互連線數(shù)目Nlegal; 步驟④：定義電路宏模塊81\1有1個扇入電路宏模塊，即{sb ml，sbm2，…，sbml}，則電路 宏模塊8\的扇入延遲裕量計算公式如下：
定義電路宏模塊81^有1^個扇出電路宏模塊，即{sbnl，sbn2，…，sb nk}，則電路宏模塊 扇出延遲裕量計算公式如下：
分別計算電路宏模塊的扇入/扇出延遲裕量值，將電路宏模塊按照拓撲排序，分別繪 制扇入/扇出延遲裕量曲線； 步驟⑤：在扇入/扇出延遲裕量曲線中尋找曲線的波峰和波谷，并分別將波峰和波谷 所對應(yīng)的電路宏模塊存進集合P和Q ; 步驟⑥：遍歷所有電路宏模塊，對于每一個電路宏模塊Sbi，如果Sbi e P，令Sb i為鎖定 狀態(tài)；如果SbiE Q，且不處于鎖定狀態(tài)，將電路宏模塊存入隊列U ; 步驟⑦：計算線延遲裕量大于等于O的互連線占總互連線的比率ratio = Nlegal/Nwiras; 定義PER G (〇, 1)是預(yù)定義的浮點小數(shù)，如果ratio>PER，則令Flag = TRUE ;如果Flag = TRUE，則從隊列U中選取唯一一個電路宏模塊進行處理；如果Flag = FALSE，則將隊列U中 所有電路宏模塊進行處理；對于需要處理的電路宏模塊Sbi,首先搜索經(jīng)過需要處理的電路 宏模塊Sb i的關(guān)鍵路徑，對于關(guān)鍵路徑上的所有電路宏模塊，如果其當前工作在低電壓，且 不處于鎖定狀態(tài)，按照如下公式計算成本：
其中A slack和Apower分別表示需要處理的電路宏模塊工作電壓從低電壓到 高電壓時所引起的延遲裕量增量和功耗增量，weight e (0, 1)表示用戶定義的浮點小數(shù)， 用來反映需要處理的電路宏模塊權(quán)重；成本最小的電路宏模塊被選取，令其工作在高 電壓； 步驟⑧：如果當前時序約束已滿足，則算法終止，輸出當前電壓分配結(jié)果；否則重復(fù)步 驟③~⑧。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種片上系統(tǒng)的啟發(fā)式多電壓分配方法，優(yōu)點在于提出的方法基于啟發(fā)式算法，兼顧了求解結(jié)果的質(zhì)量和求解速度。其首先將所有電路宏模塊的工作電壓置為低電壓，然后根據(jù)電路宏模塊的扇入/扇出延遲裕量信息，繪制扇入/扇出延遲裕量曲線，通過搜尋曲線中的波峰和波谷，在算法迭代中選定若干電路宏模塊升高其工作電壓，當片上系統(tǒng)的時序約束得到滿足后，算法終止并輸出當前多電壓分配結(jié)果。相比于傳統(tǒng)的整數(shù)線性規(guī)劃多電壓分配方法，本發(fā)明方法以較小的求解質(zhì)量代價，能有效加快多電壓分配速度，豐富了片上系統(tǒng)多電壓分配的自動設(shè)計優(yōu)化方法，又降低了設(shè)計成本。通過實例驗證，本發(fā)明方法得到的CPU求解時間得到有效降低。
【IPC分類】G06F9-50
【公開號】CN104820620
【申請?zhí)枴緾N201510172475
【發(fā)明人】儲著飛, 夏銀水, 王倫耀, 王健
【申請人】寧波大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月14日