前端低功耗设计技术 - 状态机编码与解码、二进制数表示法

科技   2024-10-29 18:10   上海  

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《前端低功耗设计技术 - 

状态机编码与解码、二进制数表示法》

在大规模ASIC设计中,RTL完成时80%的功耗就已经确定,后端不能解决所有功耗问题或者说后端能降低的功耗水平是非常有限的,从RTL上优化功耗能起到的效果非常明显。


状态机编码与解码

内容选自《硬件架构的艺术  数字电路的设计方法与技术》

格雷码在相邻状态转换时仅有一位发生变化,消耗能量更少。此外格雷码编码的状态机也消除了依赖于状态的组合等式中存在毛刺的风险。

 对于16位状态机,有256 个状态值,其中一般只有一部分会使用到,这部 分中一些状态会比另一些状态在电路操作过程中更可能出现。所以,如果 状态机中有30%的转换发生在从状态 “0101” 变为“1010”,有4位发生 变化,这就导致4 个状态寄存器及其相关组合逻辑发生了转变;对于从状 态“1010” 变为“0100”,只有一个状态位发生了变化。这样可将寄存器 功耗降低10%,而组合逻辑部分可能会降得更多。

 若使用别的编码风格,仍可以通过让翻转频率最高的状态有最少的翻转位数,降低功耗。

另一种方法:把FSM和STG(状态转移图)分解成两个,若两个子FSM之间没有转换发生,那么只有一个FSM需要供给时钟。


二进制数表示法

内容选自《硬件架构的艺术  数字电路的设计方法与技术》

在大多数应用中,用补码来表示二进制数往往比有符号数更常使用。然而,对于某些特殊应用,在切换过程中有符号数更有优势。

下图是对 “0” 和“1” 分别用补码和有符号数表示的方法

 

对于某些只使用积分器进行求和的应用,补码表达法在0 到1 的转变发生时所有位都会发生变化(因此信号翻转比较多,Switching power比较高),而有符号数只有两位发生变化,所以能降低Switching power。



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以后知识星球也会陆续会开放:
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目前已上传的笔记有:
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  • IR drop的分析与修复总结 - 4.3千字,20页
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