芯片RTL設(shè)計中如何做到低功耗設(shè)計

做芯片第一應(yīng)該關(guān)注的是芯片的PPA（Performance， Power， Area），本篇淺顯的部分討論，第二個 P，Power功耗，在RTL設(shè)計中如何做到低功耗設(shè)計，對于移動設(shè)備續(xù)航的十分重要，不要讓你的芯片徒增功耗。

數(shù)據(jù)通路寄存器打拍

數(shù)據(jù)寄存器打拍帶上vld，不加復(fù)位邏輯，這樣會省去寄存器復(fù)位電路的布線面積，而且工具還會給寄存器自動插時鐘門控，還達(dá)到了降低功耗的效果。至于寄存器不復(fù)位，一些剛學(xué)習(xí)的朋友可能會感覺有些刷新認(rèn)知，寄存器怎么能不復(fù)位，不復(fù)位不就是x態(tài)了，系統(tǒng)不就紊亂了。是的，寄存器不復(fù)位是會產(chǎn)生x態(tài)，不過這里說的是數(shù)據(jù)通路，控制通路的所有信號都是必須帶復(fù)位邏輯。數(shù)據(jù)通路因為這里是帶著vld進(jìn)行打拍，只需要保證在你使用的時候，它不是x態(tài)就行了?？刂仆返男盘?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/8966/" target="_blank">控制系統(tǒng)的運(yùn)行，出現(xiàn)x態(tài)，必然掛死。而數(shù)據(jù)通路只要保證在vld的有效，也就是我踩這個數(shù)據(jù)的時候它是正確的就行了，不管它是x態(tài)還是其他無效的數(shù)據(jù)。當(dāng)然如果數(shù)據(jù)有作為判斷邏輯用于控制，那這個數(shù)據(jù)一定要進(jìn)行復(fù)位。代碼示例，時序邏輯可以省略else，寄存器默認(rèn)保持，組合邏輯必須寫else。vld是一個脈沖將這個數(shù)據(jù)踹一腳直接踹進(jìn)這個寄存器存儲，在下一腳來臨之前，這個寄存器都將保持這個數(shù)據(jù)。

always @（posedge clk）begin if（data_vld） dout［63:0］ 《= din;end

手動插入時鐘門控

手動插入時鐘門控，根據(jù)控制場景的不同自動關(guān)掉部分模塊的時鐘，留有軟件的控制通道，由軟件關(guān)閉。可以有效的減少動態(tài)功耗。舉例，比如一塊運(yùn)算電路配置全開的時候需要四個相同的計算模塊同時工作，最少的情況只需要一個模塊工作，這時根據(jù)配置的不同可以將其他三個模塊的時鐘關(guān)掉，減少動態(tài)功耗。

整個Top模塊掉電

整個二級Top模塊掉電休眠，掉電后將所有需要保存的數(shù)據(jù)寫到memory中，等下一次模塊喚醒上電啟動時再重新寫回到硬件中。ASIC中的RAM可以自己生成是否需要掉電保存數(shù)據(jù)的功能，不需要的專門存儲的RAM也一起掉電。需要使用和保存的數(shù)據(jù)寄存器較少，可以從模塊伸出接口到頂層，讓軟件讀走，等下一次模塊喚醒上電啟動時再通過軟件配置寄存器配置回模塊。這就是低功耗模式。

靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗

靜態(tài)功耗只要電路供電就有，除非掉電休眠，否則無法避免，動態(tài)功耗只要存在高低電平切換就有。在rtl設(shè)計時，良好的代碼風(fēng)格也可以降低動態(tài)功耗，乘法器、加法器等運(yùn)算單元，通過減少組合邏輯的翻轉(zhuǎn)，從而達(dá)到降低動態(tài)功耗的效果。輸入到輸出，組合邏輯的a、b端值不變，沒有電平翻轉(zhuǎn)，所以不會有動態(tài)功耗，只存在靜態(tài)功耗。在設(shè)計中考慮組合邏輯無效翻轉(zhuǎn)問題，某段時間這部分?jǐn)?shù)據(jù)無效，通過使能信號選擇這部分邏輯保持，得到避免動態(tài)功耗的效果。

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