UPF是一個(gè)統(tǒng)一的，被廣泛應(yīng)用的低功耗實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它用一些標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言描述用戶的低功耗設(shè)計(jì)意圖。

一、UPF所需要的特殊單元庫(kù)

1 ）Level-Shifter****和Isolation Cell

對(duì)于多電壓設(shè)計(jì)，需要用Level-shifter來(lái)實(shí)現(xiàn)不同電壓域之間信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。根據(jù)信號(hào)電平由高到低和由低到高的轉(zhuǎn)換，Level-shifter分為兩類，一種是高到低、一種是低到高；

對(duì)于電源關(guān)短技術(shù)，電源關(guān)短區(qū)域的輸出信號(hào)在電源關(guān)斷時(shí)處于不定態(tài)，這種不定態(tài)會(huì)導(dǎo)致其負(fù)載單元出現(xiàn)內(nèi)部電流，從而導(dǎo)致不期望的功耗。所以需要在電源關(guān)斷區(qū)域的輸出信號(hào)上插入Isolation Cell來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不定態(tài)的隔離。

2 ）Power-Gating Cell ，Retation-Register和Always-on單元

對(duì)于電源關(guān)斷技術(shù)，需要Power-Gating Cell來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的關(guān)斷?？梢赃x擇斷開(kāi)電源（VDD）或地（VSS）的連接來(lái)實(shí)現(xiàn)Power-Gating；

電源關(guān)斷模塊有可能要求register對(duì)關(guān)斷前的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存或者在電源打開(kāi)后要求對(duì)鎖存的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，這就需要特殊的單元Retention-Register。

在電源關(guān)斷模塊還有可能需要有些信號(hào)線或邏輯長(zhǎng)期工作，比如MTCOMS單元的控制信號(hào)線，Retention-register的save/restore控制信號(hào)，isolation cell的控制信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，這就需要另外的特殊單元叫always-on cell。

二、UPF在芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中的應(yīng)用

芯片劃分3個(gè)power domain，分別為PD_1、PD_2、PD_TOP。其中PD_1是掉電區(qū)，PD_2是降壓區(qū)，PD_TOP是常開(kāi)區(qū)；PD_2嵌套在PD_1內(nèi)部，當(dāng)PD_1掉電時(shí)，PD_2可以降壓保持?jǐn)?shù)據(jù)即可。VDD和VDD_2是芯片外部提供的兩個(gè)電源，分別提供給PD_TOP和PD_2；而VDD_1是PD_1的內(nèi)部電源，由VDD經(jīng)過(guò)MTCOMS產(chǎn)生，可以通過(guò)控制MTCOMS關(guān)斷PD_1掉電。

三、UPF對(duì)Power Domain的描述

1）在UPF中，首先要對(duì)所有的Power domain進(jìn)行定義。先設(shè)定頂層的power domain，然后描述PD_1和PD_2這兩個(gè)power domain。

#power domaindefinitions
Create_power_domainPD_TOP -include_scope
Create_power_domainPD_1 -elements BLOCKA
Create_power_domainPD_2 -elements BLOCKB

2）創(chuàng)建Power domain的建議

• 一些沒(méi)有關(guān)閉多長(zhǎng)時(shí)間的邏輯不應(yīng)該分到關(guān)斷domin里

• 對(duì)一些關(guān)鍵路徑邏輯不應(yīng)該考慮使用低電壓或者動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)技術(shù)

• 只有那些對(duì)性能沒(méi)有多大影響可以加入一個(gè)新的domain

• UPF對(duì)Power Network的描述

  然后根據(jù)電源分區(qū)拓?fù)鋱D，清晰地描述各個(gè)power_domain里面的電源網(wǎng)絡(luò)（Power Nerwork），如下所示，詳細(xì)的定義了每個(gè)domain里面的電源線的名稱以及和芯片原始電源輸入端口的連接關(guān)系。

#power ports definitions//創(chuàng)建頂層的電源ports
Create_supply_port VDD-domain PD_TOP -direction in
Create_supply_port VDD_2-domain PD_TOP -direction in
Create_supply_portVSS -domain PD_TOP -direction in
#supply netsdefinitions//創(chuàng)建內(nèi)部電源線
Create_supply_netVDD -domain PD_TOP//頂層的電源線
Create_supply_net VDD-domain PD_1 -reuse//連接到內(nèi)部domain
Create_supply_net VDD_2-domain PD_TOP
Create_supply_net VDD_2-domain PD_1 -reuse
Create_supply_net VDD_2-domain PD_2 -reuse
Create_supply_net VDD_1-domain PD_1
Create_supply_net VSS-domain PD_TOP
Create_supply_net VSS-domain PD_1 -reuse
Create_supply_net VSS-domain PD_2 -reuse
#connect thesupply net to power port
Connect_supply_netVDD -ports VDD
Connect_supply_netVDD_2 -ports VDD_2
Connect_supply_netVSS -ports VSS
#define theprimary power/ground for power domains
Set_domain_supply_netPD_TOP -primary_power_net VDD -primary_ground_net VSS
Set_domain_supply_netPD_1 -primary_power_net VDD_1 -primary_ground_net VSS
Set_domain_supply_netPD_2 -primary_power_net VDD_2 -primary_ground_net VSS

四、UPF對(duì)Power Gating的描述

1）含有電源關(guān)短模塊，需要在UPF中定義電源關(guān)短電源（Power Gating cell），描述該單元的電源輸入輸出，以及控制信號(hào)的連接。

Create_power_switch SW1-domain PD_1\\
-output_supply_port {VDD_OUT VDD_1}\\
       -input_supply_port{VDD_INVDD}\\
-control_port{PW_CTRL pd1_pw_en}\\
-on_state {PW_ON VDD_IN {PW_CTRL}}
-ack_port{PW_ACK pd1_pw_ack}

該條命令中VDD_1是VDD經(jīng)過(guò)該單元后的電源名稱，pd1_pw_en是控制信號(hào)，當(dāng)該控制信號(hào)為高的時(shí)候，VDD_1接通VDD使電路處于開(kāi)啟狀態(tài)，除了該控制信號(hào)，該單元還輸出一個(gè)叫pd1_pw_ack的響應(yīng)信號(hào)。

五、UPF對(duì)Isolation的描述

因?yàn)樾酒嘘P(guān)斷模塊，從功能上了為處理模塊關(guān)斷后信號(hào)輸出的穩(wěn)定性，還需要增加關(guān)斷電源模塊處于關(guān)斷時(shí)如何插入isolation單元的描述。如下所示，以PD_1的邊界信號(hào)定義為例：指定其所有輸入信號(hào)都不插入isolation cell，輸出信號(hào)默認(rèn)插入到0的isolation cell，對(duì)其中兩個(gè)特殊信號(hào)輸入到1的isolation cell。并且定義了isolation cell的控制信號(hào)，以及插入的位置是在PD_TOP domain。

六、UPF對(duì)Power state的描述

在UPF里面，還有一個(gè)非常重要的部分，那就是描述電源狀態(tài)表（Power state Table），也就是說(shuō)要描述各個(gè)電源有哪些工作模式。有了這個(gè)表格，工具就可以判斷是否需要在各個(gè)電源模塊之間插入特殊的單元。

本芯片共有三種工作模式：

pst_pd1_ON是正常模式，三個(gè)domain都是1.2V供電；

pst_pd1_OFF是掉電模式，PD_1掉電，其他兩個(gè)domain都是1.2V供電；

pst_pd1_LOW是掉電模式，PD_1掉電，PD_2降壓到0.8V供電；

add_port_state VDD -state{NOR_VOL 1.2}
add_port_state VDD_1 -state{NOR_VOL 1.2}
add_port_state VDD_1 -state{OFF_VOL off}
add_port_state VDD_2 -state{NOR_VOL 1.2}
add_port_state VDD_2 -state{LOW_VOL 0.8}
create_ps top_pst -supplies [list VDD VDD_1 VDD_2]
add_pst_state pst_pd1_ON -pst top_pst -state{ NOR_VOL NOR_VOL NOR_VOL}
add_pst_state pst_pd1_OFF -pst top_pst -state{ NOR_VOL OFF_VOL NOR_VOL}
add_pst_state pst_pd2_LOW -pst top_pst -state{ NOR_VOL OFF_VOL LOW_VOL}