如何创建电源状态表

电源状态表

当某个区域不工作时，可以关掉其电源以节省功耗；当性能要求不高时，也可以降低电源的电压以节省功耗。

UPF 使用电源状态表 (Power State Table, PST) 来定义各个 power domain 可能出现的电源供电情况的组合状态。

依然延续使用前两节的低功耗设计示例。在插入保持寄存器 RR 后，该低功耗设计硬件结构示意图如下。特意圈起的方框说明了各个 power domain 对应的电源端是否可可以改变电压、是否可以关闭等。

根据各个 power domain 的供电情况，可以得出该设计可能出现的各种供电组合的电源状态表 (PST) 如下所示：

State Name	VDD	VDDG	VDDGS
ON_LO	0.8	1.0	1.0
ON_HI	0.8	1.2	1.2
OFF_LO	0.8	1.0	off
OFF_HI	0.8	1.2	off

(注：表格中的“off”表示断电状态的关键字，UPF 可自动识别。)

创建电源状态表

UPF 中创建 PST ，用于获取各个 power domain 可能出现的各种供电情况，也是 UPF 设计的一部分。

创建完整的 PST 一般需要以下 3 个步骤。

(1) 为各个 supply port（net）定义状态信息。

# 当 VDD 供电 0.8v 时，定义其状态为 0P8V
add_port_state VDD   {0P8V 0.8}
add_port_state VDDG  {1P0V 1.0}
add_port_state VDDG  {1P2V 1.2}
add_port_state VDDGS {1P0V 1.0}
add_port_state VDDGS {1P2V 1.2}
# 当 VDDGS 断电时，定义其状态为 OFF
add_port_state VDDGS {OFF  off}

(2) 创建电源状态表，此步骤相当于只创建 PST 的表头信息，包含各个 supply port。

# 创建 PST 并命名为 WORK_PST
create_pst WORK_PST -supplies {VDD VDDG VDDGS}

(3) 为创建的 WORK_PST 增加自定义的组合状态，包括 ON_LO、ON_HI 等。

add_pst_state ON_LO  -pst WORK_PST -state {0P8V 1P0V 1P0V}
add_pst_state ON_HI  -pst WORK_PST -state {0P8V 1P2V 1P2V}
add_pst_state OFF_LO -pst WORK_PST -state {0P8V 1P0V OFF}
add_pst_state OFF_HI -pst WORK_PST -state {0P8V 1P2V OFF}

首先需要说明的是：VDDGS 对应 PSW 输出的电源端，所以在整个创建 PST 的流程中指定 VDDGS 时，可以使用层次访问的方法，例如：

add_port_state GPRS/gprs_sw/VDD {1P0V 1.0}
...
create_pst WORK_PST -supplies {VDD VDDG GPRS/gprs_sw/VDD}

其次需要说明的是：VSS 属于供地端，一直保持为零电压即可。也可以在创建 PST 的流程中为其创建 port state，并加入到 PST 的 state 中，例如：

add_port_state VSS {ON  0}
...
create_pst WORK_PST -supplies {VDD VDDG VDDGS VSS}
...
add_pst_state ON_LO -pst WORK_PST -state {0P8V 1P0V 1P0V ON}
...

各阶段 UPF 说明

至此，使用 UPF-1.0 标准设计电源特性的流程基本已经完成，内容包括电源架构、供电策略、插入特殊单元及电源状态表等。

但是在综合阶段与布局布线阶段，相关工具还会重新生成改写后的 UPF 文件。各种 UPF 文件在不同场景中的使用情况请参考 《1.3 DC2 低功耗设计流程》，下面只对低功耗流程中各个阶段的 UPF 文件内容进行说明。

(1) 手动编写的初始 UPF 文件

结合 RTL 设计，描述供电行为；

定义电源特性，可用于电源特性的实现与验证。

(2) 综合输出的 UPF' 文件

除 power switch，完成各种特殊 cell 的连接；

完成各种功耗管理控制器的信号连接；

捕获设计层次和信号名字的改变。

(3) 布局布线输出的 UPF'' 文件

真正完成 power switch 的物理实现；

定义所有的物理连接，包括次电源引脚 (Secondary Power Pins)。双轨道供电的 power cell中，主供电引脚具有 SCMR (Standard Cell Main Rail) 属性，剩余的供电引脚称为 Secondary Power Pins，对应 Secondary Power Rail。