RTL级低功耗设计

 

重点：门控时钟和操作数隔离

1.并行与流水的选择

并行与流水都是用面积换速度，但是有时可以降低功耗

并行处理常用于数字信号处理部分，采用并行处理，也已降低系统工作频率从而降低功耗

用两个乘法器取代原设计中的一个乘法器，时钟频率会降低，系统整体功耗也会降低。

 

流水线技术是将一个较长的组合路径分为M级流水线。路径长度缩短为原始路径长度的1/M。这样一个时钟周期内充/放电短融变为C/M。如果在加入流水线之后，时钟速度不变，则一个周期能只需要对C/M进行充/放电。因此在相同的速度要求下，可以采用较低的电源电压来驱动系统，系统的整体功耗可能会降低

2.资源共享与状态编码

利用数据编码来降低开关活动(例如,用格雷码比用二进制码翻转更少,功耗更低)

3.操作数隔离（operand isolation,简称OI）

可以通过EDA工具来实现

1.如果在某一段时间内,数据通路的输出是无用的,则将它的输入置成个固定值,这样,数据通路部分没有翻转.功耗就会降低.不过这种做法会增加面积，影响到DFT

2.在使用compile命令进行综合时，如果手动指定的IO物体满足前面的三点：

　　1.OI物体是算术运算器或层次组合单元。

　　2.OI物体的输出是选择性地使用。

　　3.运算器必须有非零的翻转率。

那么综合器就会进行操作数隔离。

3.实现操作数隔离需要插入相应的隔离逻辑，比如与门或者或门之类的。

4.门控时钟（注意和使能时钟的区别，门控时钟降低功耗，而使能时钟不能降低功耗）

 

注意。使用的是锁存器。

这种方式消除了EN与CLK组合产生的毛刺对门控时钟的影响。该方法的原理在于:锁存器在CLK为低时透明。这样，EN 信号上的毛刺仅出现在CLK的低电平处，EN1与CLK进行与操作，可以将这部分毛刺消除掉。这样，GCLK上就没有毛刺了。

 

这里粘一下锁存器和DFF的区别

锁存器：电平敏感；DFF:边沿敏感

if和case不全的时候很同意产生latch

区别：

1、latch由电平触发，非同步控制。在使能信号有效时latch相当于通路，在使能信号无效时latch保持输出状态。DFF由时钟沿触发，同步控制。

2、latch容易产生毛刺（glitch），DFF则不易产生毛刺。

3、如果使用门电路来搭建latch和DFF，则latch消耗的门资源比DFF要少，这是latch比DFF优越的地方。所以，在ASIC中使用 latch的集成度比DFF高，但在FPGA中正好相反，因为FPGA中没有标准的latch单元，但有DFF单元，一个LATCH需要多个LE才能实现。

4、latch将静态时序分析变得极为复杂。

    一般的设计规则是：在绝大多数设计中避免产生latch。它会让您设计的时序完蛋，并且它的隐蔽性很强，非老手不能查出。latch最大的危害在于不能过滤毛刺。这对于下一级电路是极其危险的。所以，只要能用D触发器的地方，就不用latch。

    有些地方没有时钟，也只能用latch了。比如现在用一个clk接到latch的使能端(假设是高电平使能),这样需要的setup时间，就是数据在时钟的下降沿之前需要的时间，但是如果是一个DFF，那么setup时间就是在时钟的上升沿需要的时间。这就说明如果数据晚于控制信号的情况下，只能用 latch,这种情况就是，前面所提到的latch timing borrow。基本上相当于借了一个高电平时间。也就是说，latch借的时间也是有限的。

latch优缺点：

latch的好处：
因为使用latch可以timing borrow，在高速电路设计中（timing会很紧），有时候就需要用latch。

latch的缺点：

1. latch是电平触发，无法实现同步操作，与我们正常的时序逻辑电路设计思路不符。
2. latch会对输入电平敏感，受布线延迟影响较大，比较容易导致输出有毛刺产生。
3. latch会导致静态时序分析和DFT会很复杂。
4. 在ASIC中使用latch的集成度比DFF高，但在FPGA中正好相反，因为FPGA中没有标准的latch单元，但有DFF单元，一个LATCH需要多个LE才能实现。

 

所以ASIC中一般用latch，fpga中一般用DFF，或者没有时钟的时候用latch

timing borrow:比如现在用一个clk接到latch的使能端(假设是高电平使能),这样需要的setup时间，就是数据在时钟的下降沿之前需要的时间，但是如果是一个DFF，那么setup时间就是在时钟的上升沿需要的时间。这就说明如果数据晚于控制信号的情况下，只能用 latch,这种情况就是，前面所提到的latch timing borrow。基本上相当于借了一个高电平时间。也就是说，latch借的时间也是有限的。