低功耗设计及其UPF实现第二节

通过上一节对基本概念的了解之后，我们对下面的基本概念进行跟进一步学习。

Power domain

对于upf的实现，我们必须要有一个pd，哪怕只有一个aon的pd，任何一个逻辑只能属于一个pd，不能同时属于两个pd。允许嵌套的pd，即一个pd里面还有另外的pd。下面是一个例子。注意:一般定义top为aon pd，这会大大降低实现难度，top上的端口input，output，inout也是aon的。

图 1

UPF描述：

create_power domain Top // 创建TOP PD

create_power_domain pd1 -elements

u_dhm_core // 创建 TOP下的pd1

pd的scope的概念，对于hier的upf调用，我们使用scope,如果子模块的upf在top中调用我们使用scope

upf描述：load upf -scope u_dhm_core core.upf

或者>set scope u_dhm_core  

       >load_upf core.upf

Pd的划分

如果把B定义成一个pd，那么B下面所有的逻辑都是这个pd的，图2紫色upf描述。

如果把A定义成一个pd，如果A下面还有逻辑不是这个pd的，图2绿色upf描述。

有时候大家想使用图三红色框图的pd划分，这个时候因为D是A下面的逻辑，我们需要把D flatten出来做一个VA（voltage area），再使用PD1去供电，这样实现的难度很大，一般不建议。同理，也不建议像图4那样去定义pd，如果非要这样，图4左图需要使用下面的upf描述

create_power_domain PD1 -elements {A} //定义A及其附属结构为pd1。

create_power_domain PD2 -elements {A/C}//定义A下面C的附属结构为pd2。

图4右图需要使用下面的upf描述

create_power_domain pd1 -elements {B}

create_power_domain pd2 -elements {B/F}

图 2

图 3

         

                                                                        图 4

Pd的具体实现

不同的pd划分，后端会在不同的pd上面做VA（voltage area）,并在VA上面做power plan，再放入special cell。图5是pd的划分对应的后端版图的划分，这是一一对应的关系。如果top下面的一个ip里面还有另外的一个pd，我们可以把这个pd flatten出来，如图6所示，即单独把D的逻辑拉到顶层，使用顶层的pd供电，D和C之间的逻辑均需要插入special cells。同理，在图7中，我们也需要把B flatten出来和A在一块VA上。

图 5

   

                                                                           图 6

                        

                                                                             图 7

Supply network

Supply network包含了下面3种元素，supply nets（电线），supply ports（插座）和power switch（开关）。

首先我们学习一些基本的UPF描述去定义Supply network。

1. -create_supply_net       //  创建一根电线
2. -create_supply_port      //  创建一根电源
3. -connect_supply_net     //  把电源和电线连接起来
4. –set_domain_supply_net  //  告诉工具一个pd里面所有的电源都来自哪一个port
5.  -create_power_switch       //  创建开关

对下面的图8进行supply network举例。

图 8

1. 建立两个pd

create_power_domain TOP

create power domain pd1 -elements u_dhm_core

1. 建立ports

create_supply_port VDD

create_supply_port VDDL

create_supply_port VSS

1. 在top层建立supply nets，信号可以和ports一样。

create_supply_net VDD-domain TOP

create_supply_net VDDL -domain TOP

create_supply_net VSS  -domain TOP

1. 在pd1创建supply nets，这里的reuse表示从top上的nets可以复用到这里。

create_supply_net VDDL   -domain pd1 -reuse

create_supply_net VSS     -domain pd1 -reuse

create_supply_net VDDLS1  -domain pd1

1. 将ports和nets链接起来

connect_supply_net VDD  –ports  { VDD }

connect_supply_net VDDL -ports   { VDDL }

connect_supply_net VSS  -ports   {VSS}

1. 但是这个时候我们还是不知道top层的电源从哪里过来的。下面的描述告诉工具，top和pd1的电和地来自哪里,TOP的电工具认为可能来自VDDL。所以需要定义。

set_domain_supply_net TOP -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSS

set_domain_supply_net pd1  -primary_power_net VDDLS1 -primary_ground_net VSS

Supply set

Supply network包含了下面3种元素，supply nets（电线），supply ports（插座）和power switch（开关）。

首先我们学习一些基本的UPF描述去定义Supply network。

1. -create_supply_net       //  创建一根电线
2. -create_supply_port      //  创建一根电源
3. -connect_supply_net     //  把电源和电线连接起来
4. –set_domain_supply_net  //  告诉工具一个pd里面所有的电源都来自哪一个port
5.  -create_power_switch       //  创建开关

对下面的图8进行supply network举例。

Supply network包含了下面3种元素，supply nets（电线），supply ports（插座）和power switch（开关）。

首先我们学习一些基本的UPF描述去定义Supply network。

1. -create_supply_net       //  创建一根电线
2. -create_supply_port      //  创建一根电源
3. -connect_supply_net     //  把电源和电线连接起来
4. –set_domain_supply_net  //  告诉工具一个pd里面所有的电源都来自哪一个port
5.  -create_power_switch       //  创建开关

对下面的图8进行supply network举例。

 图 8

1. 建立两个pd

create_power_domain TOP

create power domain pd1 -elements u_dhm_core

1. 建立ports

create_supply_port VDD

create_supply_port VDDL

create_supply_port VSS

1. 在top层建立supply nets，信号可以和ports一样。

create_supply_net VDD-domain TOP

create_supply_net VDDL -domain TOP

create_supply_net VSS  -domain TOP

1. 在pd1创建supply nets，这里的reuse表示从top上的nets可以复用到这里。

create_supply_net VDDL   -domain pd1 -reuse

create_supply_net VSS     -domain pd1 -reuse

create_supply_net VDDLS1  -domain pd1

1. 将ports和nets链接起来

connect_supply_net VDD  –ports  { VDD }

connect_supply_net VDDL -ports   { VDDL }

connect_supply_net VSS  -ports   {VSS}

1. 但是这个时候我们还是不知道top层的电源从哪里过来的。下面的描述告诉工具，top和pd1的电和地来自哪里,TOP的电工具认为可能来自VDDL。所以需要定义。

set_domain_supply_net TOP -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSS

set_domain_supply_net pd1  -primary_power_net VDDLS1 -primary_ground_net VSS

Supply set和Supply set handle

电源集合（Supply set）

Supply set就是多组supply nets的集合，每一组包含了power供电和vss接地，方便调用。Supply set物理上不存在的，是一种抽象的，只是方便在upf中的使用。设计者只关心Supply set，不关心Supply nets。下面进行例子说明。下面的例子中myss1的电源为MYVDD，接地为MYVSS，myss2，myss3都插在myss1上，且电源和地都是MYVDD和MYVSS。

create_supply_set myss1 // 创建myss1 supply set

create_supply_set myss2// 创建myss1 supply set

create_supply_set myss3 -function {ground myss1.ground}  -function {power \ myss1.power}// 创建myss3 supply set，function只有两个选项，power和ground，这里的意思是将myss1的ground和power给到myss3

create_supply_set myss2 -function {power myss1.power} -function {ground myss1.ground} \

-update // 因为之前创建了myss2，现在使用-update更新myss2,只能更新一次。这里的意思是将myss1的power给到myss2

create_supply_set myss1 -function {power MYVDD}  -function {ground MYVSS}     \

-update //因为之前创建了myss1，现在使用-update更新myss1。这里的意思是将myss1的电源设置为MYVDD，接地设置为MYVSS。

需要注意的是，定义set之前还是需要定义port和net，然后组成set用于iso和retention等special cell

电源集合句柄（Supply set handle）

Supply set handle用于在一个pd里面设置默认值，包含了primary，default_isolation，default_retention三个基础选项。Primary又包括了power和ground。

举例1：

写法1：

set_isolation PD1_iso –domain PD1 -isolation_supply_set PD2.primary

//这里在pd1里面建立一个iso，但是它的primary即它的供电和接地来自pd2，这样的方法比第二种写法简单高效。

写法2：先定义一个在pd2 建立一个supply set ss2， 在把supply set给到PD1里面的iso。

create_supply_set ss2 -function {ground VSS}  -function {power  VDD}

// VSS，VDD都来自pd2

set_isolation PD1_iso –domain PD1 -isolation_supply_set ss2

//再把ss2的power和ground给到iso

举例2：

写法1：

create_supply_set ssPD1 -function {power MYVDD0}  -function {ground MYVSS0} // 创建ssPD1 supply set ，MYVDD和MYVSS不是顶层接入，可能被关掉。

create_supply_set ssAo  -function {power MYVDD}  -function {ground MYVSS} //  创建ssAO supply set , MYVDD和MYVSS是顶层接入，为aon信号。

create_power_domain PD1 -elements {inst1} // 创建PD1

set_domain_supply_net PD1-primary_power_net ssPD1.power -primary_ground_net ssPD1.ground //告诉工具PD1的供电来自ssPD1.power，接地来自ssPD1.ground，他们都是ssPD1这个supply set里的。

set_domain_supply_net AON -primary_power_net ssAo.power -primary_ground_net ssAo.ground //告诉工具AON的供电来自ssAo.power，接地来自ssAo.ground，他们都是ssAo这个supply set里的。

set_isolation PDiso -domain PD1-isolation_supply_set ssAO

-clamp_value 1 // 在PD1创建ISO，ISO的电源来自ssAO，为aon的信号，所以在pd1断电后保持1

set_retention PDret -domain PD1-retention_supply_set ssAO //在PD1创建retention电源来自ssAO，为aon的信号，所以在pd1断电保持。

写法2：

create_power_domain PD1 -elements {inst1}  // 创建PD1

set isolation PDiso -domain PD1

-isolation_supply_set PD1.default_isolation

-clamp_value 1

// 使用了pd1默认的ISO供电，这就是Supply set handle

set_retention PDret -domain PD1

-retention_supply_set PD1.default_retention

// 使用了pd1默认的retention供电，这就是Supply set handle

习题：对比下面两种upf的写法，并理解。

第一种：相当于把外面的电线和地线都拉到pd1

create_power_domain PD1-elements {inst1} //建立pd1

create_supply_port spVPD1 -direction in //建立spVPD1 电线

create_supply_port snvss //建立snvss port

create_supply_net snVPD1 -domain PD1 //在PD1建立snVPD1电线

create_supply_net snVss -domain PD1. //在PD1建立snVss地线

connect_supply_net snVPD1 -ports {spVPD1} // 链接snVPD1电线和spVPD1 port

oonnect_supply net snVss -ports {snvss} // 链接snVss地线和spvss port

set_domain_supply_net PD1 -primary_power snVPD1 -primary_ground snvss

//在告诉工具PD1的供电和接地来自snVPD1和snvss

第二种：相当于带外面的电线和地线的插座送到了pd1

create_supply_set ssPD1 -function {ground VSS}  -function {power  VDD}

create_power_domain PD1 -elements {inst1}

set_domain_supply_net PD1 -primary_power_net ssPD1.power -primary_ground_net ssPD1.ground

图 8

1. 建立两个pd

create_power_domain TOP

create power domain pd1 -elements u_dhm_core

1. 建立ports

create_supply_port VDD

create_supply_port VDDL

create_supply_port VSS

1. 在top层建立supply nets，信号可以和ports一样。

create_supply_net VDD-domain TOP

create_supply_net VDDL -domain TOP

create_supply_net VSS  -domain TOP

1. 在pd1创建supply nets，这里的reuse表示从top上的nets可以复用到这里。

create_supply_net VDDL   -domain pd1 -reuse

create_supply_net VSS     -domain pd1 -reuse

create_supply_net VDDLS1  -domain pd1

1. 将ports和nets链接起来

connect_supply_net VDD  –ports  { VDD }

connect_supply_net VDDL -ports   { VDDL }

connect_supply_net VSS  -ports   {VSS}

1. 但是这个时候我们还是不知道top层的电源从哪里过来的。下面的描述告诉工具，top和pd1的电和地来自哪里,TOP的电工具认为可能来自VDDL。所以需要定义。

set_domain_supply_net TOP -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSS

set_domain_supply_net pd1  -primary_power_net VDDLS1 -primary_ground_net VSS

Supply set和Supply set handle

电源集合（Supply set）

Supply set就是多组supply nets的集合，每一组包含了power供电和vss接地，方便调用。Supply set物理上不存在的，是一种抽象的，只是方便在upf中的使用。设计者只关心Supply set，不关心Supply nets。下面进行例子说明。下面的例子中myss1的电源为MYVDD，接地为MYVSS，myss2，myss3都插在myss1上，且电源和地都是MYVDD和MYVSS。

create_supply_set myss1 // 创建myss1 supply set

create_supply_set myss2// 创建myss1 supply set

create_supply_set myss3 -function {ground myss1.ground}  -function {power \ myss1.power}// 创建myss3 supply set，function只有两个选项，power和ground，这里的意思是将myss1的ground和power给到myss3

create_supply_set myss2 -function {power myss1.power} -function {ground myss1.ground} \

-update // 因为之前创建了myss2，现在使用-update更新myss2,只能更新一次。这里的意思是将myss1的power给到myss2

create_supply_set myss1 -function {power MYVDD}  -function {ground MYVSS}     \

-update //因为之前创建了myss1，现在使用-update更新myss1。这里的意思是将myss1的电源设置为MYVDD，接地设置为MYVSS。

需要注意的是，定义set之前还是需要定义port和net，然后组成set用于iso和retention等special cell

电源集合句柄（Supply set handle）

Supply set handle用于在一个pd里面设置默认值，包含了primary，default_isolation，default_retention三个基础选项。Primary又包括了power和ground。

举例1：

写法1：

set_isolation PD1_iso –domain PD1 -isolation_supply_set PD2.primary

//这里在pd1里面建立一个iso，但是它的primary即它的供电和接地来自pd2，这样的方法比第二种写法简单高效。

写法2：先定义一个在pd2 建立一个supply set ss2， 在把supply set给到PD1里面的iso。

create_supply_set ss2 -function {ground VSS}  -function {power  VDD}

// VSS，VDD都来自pd2

set_isolation PD1_iso –domain PD1 -isolation_supply_set ss2

//再把ss2的power和ground给到iso

举例2：

写法1：

create_supply_set ssPD1 -function {power MYVDD0}  -function {ground MYVSS0} // 创建ssPD1 supply set ，MYVDD和MYVSS不是顶层接入，可能被关掉。

create_supply_set ssAo  -function {power MYVDD}  -function {ground MYVSS} //  创建ssAO supply set , MYVDD和MYVSS是顶层接入，为aon信号。

create_power_domain PD1 -elements {inst1} // 创建PD1

set_domain_supply_net PD1-primary_power_net ssPD1.power -primary_ground_net ssPD1.ground //告诉工具PD1的供电来自ssPD1.power，接地来自ssPD1.ground，他们都是ssPD1这个supply set里的。

set_domain_supply_net AON -primary_power_net ssAo.power -primary_ground_net ssAo.ground //告诉工具AON的供电来自ssAo.power，接地来自ssAo.ground，他们都是ssAo这个supply set里的。

set_isolation PDiso -domain PD1-isolation_supply_set ssAO

-clamp_value 1 // 在PD1创建ISO，ISO的电源来自ssAO，为aon的信号，所以在pd1断电后保持1

set_retention PDret -domain PD1-retention_supply_set ssAO //在PD1创建retention电源来自ssAO，为aon的信号，所以在pd1断电保持。

写法2：

create_power_domain PD1 -elements {inst1}  // 创建PD1

set isolation PDiso -domain PD1

-isolation_supply_set PD1.default_isolation

-clamp_value 1

// 使用了pd1默认的ISO供电，这就是Supply set handle

set_retention PDret -domain PD1

-retention_supply_set PD1.default_retention

// 使用了pd1默认的retention供电，这就是Supply set handle

习题：对比下面两种upf的写法，并理解。

第一种：相当于把外面的电线和地线都拉到pd1

create_power_domain PD1-elements {inst1} //建立pd1

create_supply_port spVPD1 -direction in //建立spVPD1 电线

create_supply_port snvss //建立snvss port

create_supply_net snVPD1 -domain PD1 //在PD1建立snVPD1电线

create_supply_net snVss -domain PD1. //在PD1建立snVss地线

connect_supply_net snVPD1 -ports {spVPD1} // 链接snVPD1电线和spVPD1 port

oonnect_supply net snVss -ports {snvss} // 链接snVss地线和spvss port

set_domain_supply_net PD1 -primary_power snVPD1 -primary_ground snvss

//在告诉工具PD1的供电和接地来自snVPD1和snvss

第二种：相当于带外面的电线和地线的插座送到了pd1

create_supply_set ssPD1 -function {ground VSS}  -function {power  VDD}

create_power_domain PD1 -elements {inst1}

set_domain_supply_net PD1 -primary_power_net ssPD1.power -primary_ground_net ssPD1.ground