VCS带UPF的RTL低功耗仿真介绍

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前言

最近在做VCS带UPF文件的低功耗仿真，把这个上手的过程，以及要注意的事项记录一下。

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一、UPF文件是什么

UPF(Unified Power Format)文件主要用来描述RTL代码的供电情况。在UPF文件中，描述RTL中的电源域(power_domain)、电源开关(power_switch)以及电源隔离(power_isolation)等。简单的说，在UPF文件里边，通过代码来描述，整颗芯片中，不同RTL层次结构的供电关系。

1.电源域(power_domain)

电源域用来逻辑区分不同的供电模块。
create_power_domain命令定义一个电源域，通常用于电源域中的设计元素列表。电源域是一个或多个电源设计元素的逻辑分组。一个电源域应具有一个电源和地。

2.电源开关(power_switch)

电源开关用来打开或者关闭电源域。
create_power_switch命令在电源域中定义电源开关实例。电源开关在电源域的范围内创建。电源开关只有开或者关两种状态。

3.电源隔离(power_isolation)

电源隔离主要用于不同的电源域之间，其中一个电源域断电后，不对另外一个电源域造成影响。主要是将断电后电源域的输出信号钳位到高或者低电平，防止掉电后的叉态传播。
set_isolation和set_isolation_control命令确定要隔离哪些端口，以及在逻辑层次结构中创建产生的隔离单元的位置。

4. 其他

set_scope用来定位当前scope，表明UPF command应该在hierarchy中的哪个位置执行。

set_scope A_CHIPTOP/

set_design_top用来联系UPF和design module，该UPF将应用到每个由该module例化的instance。

port和net的区别：port是指module的接口，连接相邻的hierarchy，而net是module内部的，连接各个port。

power domain：在物理上，同一个power domain的instance会放在一起，并由相同的电源供电。power domain定义时，一般会指定该处在domain的最高层instance。子instance的默认domain跟它的上层instance一致。子instance如果处在不同的domain, 需要显式地从该domain中移除，或者在对应的domain中指定。

isolation的作用是，防止大电流损害电路，以及防止不定态影响电路逻辑。isolation cell有两种模式：normal模式，作用类似buffer，isolation模式，输出(clamp)一个特定值。模式通过isolation enable信号来选择。isolation cell 可放在power domain的input或者output。

如果两个相邻的power domain电压不一样，需要用到level-shifter。
isolation和level-shifter功能通常放在同一个cell里面。

add_power_state 与 create_pst/add_pst_state combination的作用类似，都用来指定power状态信息。

create_power_switch的作用是插入一个switch可以用来关断输出电压。

二、如何快速上手

1.学习VCS自带的demo

VCS工具自带了一个UPF仿真的demo供学习，具体的路径在$VCS_HOME/doc/examples/NLP/MVSIM_NATIVE_DEMO。
demo的介绍可以参考如下文章：
VCS自带的UPF低功耗仿真demo介绍

2.启动带UPF的仿真

要启动一个带UPF的仿真首先需要写好RLT前仿的测试用例，其次，需要具备几个条件：(1)写好UPF文件；(2)加入编译选项；(3) 在顶层导入UPF库并供电。
1、写好UPF文件
写UPF文件之前，要对整个芯片的供电方案有一个全局的了解，自顶向下的方式，挨个电源域的方式去写。

写UPF时要注意initial块的执行。
initial语句，是在仿真的0时刻开始执行。如果模块是在仿真非0时刻上电，那么上电之后，initial语句，是不会执行的。
在VCS中，需要在UPF中打开SNPS_reinit属性，来确保上电后执行initial块。
set_design_attributes -attribute SNPS_reinit TRUE
在irun中，需要加入set_sim_control命令来控制。具体可以参考如下链接：
https://aijishu.com/a/1060000000119148

2、加入编译选项。
加入的编译选项如下：

• +define+UPF ：定义UPF的宏；
• -upf upf_filename.upf ：导入UPF文件(irun中的选项是 - upf_1801)；
• -power_top TOP：指定UPF供电的顶层。这一条也可以在UPF文件中进行指定。

3、在顶层导入UPF库并供电
在顶层可以加入如下代码：

`ifdef UPF
	import UPF::*;
	initial beign
		supply_on("VDD", 1.1);
		supply_on("GND", 0);
	end
`endif

3.debug带UPF的仿真

在跑带UPF文件的RTL仿真时，一开始将UPF全部写完去仿真，结果仿真一下就卡死了，卡死的现象是不管等多久，仿真始终停在某一个状态，而且仿真时间不往前走，查看log文件也找不到问题所在。
最后解决的办法是，一开始将所有电源域的电都供上，再一个一个去加入电源开关和电源隔离，加一个跑一下，仿真过了再加下一个，最终解决问题。

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总结

本文主要介绍了如何利用VCS，进行带UPF的RLT低功耗仿真。主要的内容都是入门级需要了解和注意的，并没有涉及到深入的低功耗分析。