CN1971482A - 传输透明的片上总线低功耗环的方法 - Google Patents

传输透明的片上总线低功耗环的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种传输透明的片上总线低功耗环的方法。它包括：用于对片上地址线进行解码的步骤；用于对片上地址线进行编码，使得地址线上数据翻转频率减小的步骤；用于对片上数据线进行解码的步骤；用于对片上数据线进行编码，使得数据线上数据翻转频率减小的步骤。本发明具有以下技术效果：(1)采用了功耗环的片上总线减小了总线上的翻转次数，平均功耗比不采用功耗环的片上总线的平均功耗有明显的降低(2)该算法适用于突发数据传输和单数据传输各自的不同的特性，不改变现有总线结构，可复用连接在总线上的IP，以最小的代价有效地降低片上总线上所消耗的功耗。

Description

传输透明的片上总线低功耗环的方法
技术领域
本发明涉及一种传输透明的片上总线低功耗环的方法，该方法不改变现有总线结构，可复用连接在总线上的IP，以最小的代价有效地降低片上总线上所消耗的功耗。该发明可以满足诸多领域片上系统总线低功耗的需要。
背景技术
微电子已经迈向了片上系统(System on Chip)设计，使得功耗也成为一个重要的设计指标。在CMOS中， P ∞ Σ i = 1 N c i v dd 2 f p i , f·pi与电路的第i个节点的翻转次数成正比。对于总线来说，减少总线上的翻转次数，就是降低总线上的功耗。片上总线连接着所有的IP。IP的配置、功能的实现都是通过总线上的通信来进行的。随着片上芯片工作频率增大，总线上的通信量也日益增加，使得总线上翻转次数增加，功耗日趋增大。所以，寻求降低总线功耗的方法成为燃眉之须。
而现有的方法虽然可以有效的降低了总线的平均功耗和尖峰功耗，但是这些方法都对片上总线欠考虑或不适用现有片上总线。针对已经存在的片上总线结构，本文提出了传输透明的片上总线低功耗环算法。该算法不改变现有总线结构，仍可复用连接在总线上的IP，以最小的代价有效地降低片上总线上所消耗的功耗。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种传输透明的片上总线低功耗环的方法，它可复用连接在总线上的IP。
它包括：
用于对片外总线上编码的步骤；
用于对片上地址线编码的步骤
所述传输透明的片上总线低功耗环的方法还包括：
用于对片上地址线进行解码的步骤；
用于对片上地址线进行编码，使得地址线上数据翻转频率减小的步骤；
用于对片上数据线进行解码的步骤；
用于对片上数据线进行编码，使得数据线上数据翻转频率减小的步骤。
所述用于片上地址线进行解码的步骤：若地址线表示为A＝{am-1，am-2，…，a0}，i时刻的地址线表示为Ai，则相邻节拍地址线的汉明距离表示为 H ( A i , A j ) = | A j - A i | = Σ m = 0 M - 1 ( a m i ⊕ a m j ) ，对32位地址做以下处理：如果传输模式为突发模式，则ADDRESS＝{iADDRESS[31]，iADDRESS[30:0]iADDRESS[31:1]}，否则进行片上数据编码的步骤；
用于对片上地址线进行编码，使得地址线上数据翻转频率减小的步骤：如果传输模式为突发模式，则ADDRESS＝{{iADDRESS[31]iADDRESS[30]… iADDRESS[i]}i，i＝31，30，…，0}，否则进行片上数据解码的步骤；
用于对片上数据线进行解码的步骤：
WRAPPER_DATA_DECODE(input[31:0]iDATA，output[31:0]oDATA，input[3:0]iDI){
for(i＝0；i＜4；i++){
   min＝i*8；      max＝i*8+7；
   if(iDI[i]＝＝HIGH)oDATA[max:min]＝~iDATA[max:min]；
   else oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；}
}
用于对片上数据线进行编码，使得数据线上数据翻转频率减小的步骤
WRAPPER_DATA_DECODE(input[31:0]iDATA，output[31:0]oDATA，input[3:0]iDI){
    for(i＝0；i＜4；i++){
       min＝i*8；      max＝i*8+7；
       if(iDI[i]＝＝HIGH)oDATA[max:min]＝~iDATA[max:min]；
       else oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；}
}
本发明具有以下技术效果：
(1)采用了功耗环的片上总线减小了总线上的翻转次数，平均功耗比不采用功耗环的片上总线的平均功耗有明显的降低
(2)该算法适用于突发数据传输和单数据传输各自的不同的特性，不改变现有总线结构，可复用连接在总线上的IP，以最小的代价有效地降低片上总线上所消耗的功耗。
附图说明
图1是传输透明的片上总线低功耗环的方法结构框图(虚线内部为总线)；
图2是传输透明的片上总线低功耗环的地址线电路结构；
图3是本发明的用总线功耗测试的片上架构图；
图4是传输透明的片上总线低功耗环数据总线编码的软件流程图；
图5是传输透明的片上总线低功耗环数据总线解码的软件流程图；
图6是传输透明的片上总线低功耗环地址总线编码的软件流程图；
图7是传输透明的片上总线低功耗环地址总线解码的软件流程图。
具体实施方式
如图1所示，SoC总线包括地址线A、读数据线R、写数据线W、控制线及MUX逻辑。
如图2所示，传输透明的功耗环地址线电路结构由编码和译码两部分组成，功耗环加载在图一所示的环状结构上。
如图3所示，采用AMBA总线的SoC系统测试片上总线功耗。测试向量采用在CPU执行的128位长的LFSR(128LFSR)、N＝32基2的FFT(32FFT)、网络传输三种软件来不断的改变总线上的地址和数据。表四表示测试时系统支持的传输模式所占比例。以32位片上总线为例(M＝N＝32)，描述传输透明的低功耗环算法：
一.如图4所示，功耗环数据总线编码的具体流程：
步骤一：首先让控制循环的变量i初始化为0；继续步骤二；
步骤二：判断i是否小于4；若小于4，继续步骤三，否则跳转到步骤八；
步骤三：以参数min＝i*8，max＝i*8+7计算汉明距离Hi＝HammingDistance(rDATA[max:min]， iDATA [ max : min ] ) = Σ m = 0 7 ( rDATA [ m ] ⊕ iDATA [ m ] ) ；继续步骤四；
步骤四：判断步骤三中计算得到的汉明距离是否大于4；若大于4，继续步骤五，否则跳转到步骤六；
步骤五：置标志位oDI[i]＝1；编码后数据为输入数据取反：oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；跳转到步骤七；
步骤六：置标志位oDI[i]＝0；编码后数据即为输入数据：oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；继续步骤七；
步骤七：控制循环的变量i自加1；跳转到步骤二；
步骤八：数据总线编码完成。
二.如图5所示，功耗环数据总线解码的具体流程：
步骤一：首先让控制循环的变量i初始化为0；继续步骤二；
步骤二：判断i是否小于4；若小于4，继续步骤三，否则跳转到步骤八；
步骤三：设置参数min＝i*8，max＝i*8+7；继续步骤四；
步骤四：判断标志位oDI[i]是否为1；若为1，继续步骤五，否则跳转到步骤六；
步骤五：解码后数据为输入数据取oDATA[max:min]＝~iDATA[max:min]跳转到步骤七；
步骤六：解码后数据即为输入数oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；继续步骤七；
步骤七：控制循环的变量i自加1；跳转到步骤二；
步骤八：数据总线解码完成。
三.如图6所示，功耗环地址总线编码的具体流程：
步骤一：初始化；继续步骤二；
步骤二：判断是否为突发传输模式？若是突发传输模式，继续步骤三，否则跳转到步骤四；
步骤三：使地址oADDRESS＝{iADDRESS[31]，iADDRESS[30:0]iADDRESS[31:1]；跳转到步骤五；
步骤四：进行数据总线编码：继续步骤五；
步骤五：地址总线编码完成。
四.如图7所示，功耗环地址总线解码的具体流程：
步骤一：初始化；继续步骤二；
步骤二：判断是否为突发传输模式？若是突发传输模式，继续步骤三，否则跳转到步骤四；
步骤三：使地址oADDRESS＝{{iADDRESS[31]iADDRESS[30]…iADDRESS[i]}i，i＝31，30，…，0}；
步骤四：进行数据总线解码：继续步骤五；
步骤五：地址总线解码完成。
实施例1：
对于AMBA数据总线编码的过程：
传入数据：
rDATA[max:min]＝1010_0111_0100_1011_0110_0110_1110_0010
iDATA[max:min]＝1110_0101_1010_1100_1110_0011_0110_1011
控制循环的变量i初始化为0；
i＜4，以参数min＝i*8＝0，max＝i*8+7＝8计算汉明距离：
Hi＝HammingDistance(rDATA[max:min]， iDATA [ max : min ] ) = &Sigma; m = 0 7 ( rDATA [ m ] &CirclePlus; iDATA [ m ] ) = 2 < 4 ;
置标志位oDI[i]＝0；
编码后数据即为输入数据：oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；
控制循环的变量i自加1，即i＝1＜4；
以参数min＝i*8＝8，max＝i*8+7＝15计算汉明距离：
离Hi＝HammingDistance(rDATA[max:min]， iDATA [ max : min ] ) = &Sigma; m = 0 7 ( rDATA [ m ] &CirclePlus; iDATA [ m ] ) = 6 > 4 ,
继置标志位oDI[i]＝1；
编码后数据为输入数据取反：oDATA[max:min]＝~iDATA[max:min]；
控制循环的变量i自加1，即i＝2＜4；
以参数min＝i*8＝16，max＝i*8+7＝23计算汉明距离：
Hi＝HammingDistance(rDATA[max:min]， iDATA [ max : min ] ) = &Sigma; m = 0 7 ( rDATA [ m ] &CirclePlus; iDATA [ m ] ) = 3 < 4 ;
编码后数据即为输入数据：oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；
控制循环的变量i自加1，即i＝3＜4；
以参数min＝i*8＝24，max＝i*8+7＝31计算汉明距离
Hi＝HammingDistance(rDATA[max:min]， iDATA [ max : min ] ) = &Sigma; m = 0 7 ( rDATA [ m ] &CirclePlus; iDATA [ m ] ) = 3 < 4 ;
编码后数据即为输入数据：oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；
控制循环的变量i自加1，即i＝4；
完成数据总线编码。
实施例2：
对于AMBA地址总线突发模式解码的过程：
判断发现为突发模式；
地址地址oADDRESS＝{{iADDRESS[31]iADDRESS[30]…iADDRESS[i]}i，i＝31，30，…，0}；
完成地址总线解码。

Claims (5)

1．一种降低总线功耗的方法，包括：
用于对片外总线上编码的步骤；
其特征是所述传输透明的片上总线低功耗环的方法还包括：
用于对片上地址线进行解码的步骤；
用于对片上地址线进行编码，使得地址线上数据翻转频率减小的步骤；
用于对片上数据线进行解码的步骤；
用于对片上数据线进行编码，使得数据线上数据翻转频率减小的步骤。
2．根据权利要求1所述的一种传输透明的片上总线低功耗环的方法，其特征是所述用于片上地址线进行解码的步骤：若地址线表示为A＝{am-1，am-2，…，a0}，i时刻的地址线表示为Ai，则相邻节拍地址线的汉明距离表示为 H ( A i , A j ) = | A j - A i | = &Sigma; m = 0 M - 1 ( a m i &CirclePlus; a m j ) , 对32位地址做以下处理：如果传输模式为突发模式，则ADDRESS＝{iADDRESS[31]，iADDRESS[30:0]iADDRESS[31:1]}，否则进行片上数据编码的步骤；
3．根据权利要求1所述的一种传输透明的片上总线低功耗环的方法，其特是所述用于对片上地址线进行编码，使得地址线上数据翻转频率减小的步骤：如果传输模式为突发模式，则ADDRESS＝{iADDRESS[31]iADDRESS[30]…iADDRESS[i])i，i＝31，30，…，0)，否则进行片上数据解码的步骤；
4．根据权利要求1所述的一种传输透明的片上总线低功耗环的方法，其特征是所述用于对片上数据线进行解码的步骤：
WRAPPER_DATA_DECODE(input[31:0]iDATA，output[31:0]oDATA，input[3:0]iDI){
for(i＝0；i＜4；i++){
   min＝i*8；   max＝i*8+7；
   if (iDI[i]＝＝HIGH)oDATA[max:min]＝~iDATA[max:min]；
   else oDATA[max:min]＝iDATA[max:min]；}
}
5．根据权利要求1所述的一种传输透明的片上总线低功耗环的方法，其特征是所述用于对片上数据线进行编码，使得数据线上数据翻转频率减小的步骤WRAPPER_DATA_DECODE(input[31:0]iDATA，output[31:0]oDATA，input[3:0]iDI){
for(i＝O：i＜4；i++){
   min＝i*8；  max＝i*8+7；
   if(iDI[i]＝＝HIGH)oDATA[max:min]＝~iDATA[max:min]；
   else oDATA[max:min]=iDATA[max:min]；}
}
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