基于数据流的SoC性能建模方法及实现

针对传统基于模块描述建模方法在性能估算和验证的精确性、灵活性和设计迭代方面的不足,围绕资源分配、性能参数标注和仲裁算法指定等,提出基于事务数据流的系统芯片(SoC)性能建模方法.该方法通过加入SystemC的时序控制机制的TDFLib的C++泛型库,以及描述SoC系统模型的性能建模语言(PML)的域特定语言来实现.PML源文件可生成包含TDFLib调用的C++代码,再经过编译并与可复用仿真程序框架链接得到可执行的系统性能分析模型.该模型在SystemC内核控制下进行周期精确的仿真,运行结果保存在MySQL数据库中.结果表明该性能建模方法能够提高架构设计与分析的效率.     

素数域椭圆曲线密码加速器的VLSI实现

分析了素数域椭圆曲线密码（ECC）算法的软件效率,针对软件效率较低的问题,对密码系统进行软硬件划分,提出了一种适用于椭圆曲线密码SoC的硬件加速器设计,并设计了密码SoC的结构。硬件加速器实现了素数域的点乘和素数检测,以少量的面积为代价提升了系统性能。密码芯片实现了SM2商用密码标准规定的6种算法。加速器基于HJTC [0.11 μm] eFlash单元库,面积约为[0.6 mm2]。在50 MHz的频率下,192 bit非固定点乘运算性能为167次/s,256 bit非固定点乘运算性能为94次/s。实验结果表明,该加速器的单位面积性能高于其他同类设计。     

一种高效率绿色模式开关电源控制器的研究

提出了一种高效率绿色模式降压型开关电源控制器芯片的设计,特点是采用PWM/Burst多模式控制策略提高全负载条件下的电源转换效率. 由于降低了低负载和待机条件下的电源功耗,可减小由电池供电的现代便携式设备的静态功耗,延长设备的待机时间和电池的寿命. 芯片还实现了模式转换过程中的平滑过渡以及过冲电压的抑制. 此外,还引入一种高精度、高效率的片上电流检测技术,进一步降低了功耗. 该芯片在1.5μm BCD (bipolar-CMOS-DMOS）工艺下设计和制造,测试结果表明芯片已达到预期的性能要求.     

一种新型的全片内低噪声CMOS低压差线性稳压器

提出了一种全片内集成的低噪声CMOS低压差线性稳压器(LDO).首先建立传统LDO的噪声模型,分析了关键噪声来源并提出采用低噪声参考电压源来降低LDO输出噪声的方法.其次,提出一种带数字校正的基于阈值电压的低噪声参考电压源,用TSMC 0.18μm RF CMOS工艺设计并完成了为低相位噪声锁相环(PLL)电路供电的全片内集成低噪声LDO的流片和测试.该LDO被集成于高性能射频接收器芯片中.仿真结果表明,LDO的输出噪声低于26nV/√Hz@100kHz,14nV/√Hz@1MHz,电源抑制比达到-40dB@1MHz,全频率范围内低于-34dB.测试结果表明采用该低噪声LDO的PLL电路与采用传统LDO的PLL电路相比,其相位噪声降低6dBc@lkHz,低2dBc@200kHz.     

一种具有750mA输出电流,双模式PWM/PFM控制的高效率直流-直流降压转换器

提出了一种输出电流可达750mA,脉宽调制（PWM）和变频调制（PFM）双模式控制的,高效率、高稳定性直流-直流降压转换器.该转换器在负载电流大于80mA时,采用开关频率为1MHz的PWM工作模式;在负载电流小于80mA时,采用开关频率减小和静态电流降低的PFM工作模式,实现了在整个负载电流变化范围（0.02~750mA）内,转换器均保持高效率.而且采用一种快速响应的电压模式控制结构,达到了优异的线性和负载调整特性.芯片采用CSMC公司0.5μm CMOS 2P3M混合信号工艺物理实现.测试结果表明,该电路可根据负载的变化在PWM和PFM模式下自动切换.最大转换效率达96.5%;当负载电流为0.02mA时,转换效率大于55%.该芯片特别适合电池供电的移动系统使用.     

面向宽电压应用的容错时钟门控单元设计

为了将时钟门控技术应用于时序容错系统中,提出具备时序错误检测与自纠正能力的时钟门控单元.该单元通过监测内部虚拟节点电压变化,得到数据晚到信息;利用该监测信息可以重新打开时钟树网络,完成时钟被错误关断情形的当前周期自主现场纠错.给出容错时钟门控单元在现有的多种时钟门控技术中的适用性分析,讨论与之对应的纠错方案选择策略.基于SMIC 40 nm LL工艺库,仅新增12个额外的晶体管实现该单元,从原理图和版图2个层面,对其在宽电压工作下的容错能力进行分析验证,并给出集成到系统设计时所需的时序检查方法.将该单元应用于一款商用处理器C-SKY CK802物理设计中,实验结果表明系统能效相对于传统设计提高了64.7%,而时钟树功耗相对于现有的容错设计下降了32%.     

嵌入式Flash读取加速技术及实现

为了解决低成本和低功耗应用中的嵌入式Flash读取速度问题,提出多种基于缓存结构的嵌入式Flash读取加速技术及实现,包括低频快速访问技术、回填隐藏技术和改进型关键字优先预取策略,以及具有自适应预取功能的缓存锁定技术、预查找技术等,通过这些技术的整合应用,在提高Flash读取性能的同时,保持较低的功耗.仿真实验证明：在占用资源（缓存容量）较少,频率较低（用于部分低功耗应用）的环境下,这些技术的应用使加速控制器的加速性能与传统的2路组相联缓存相比得到了明显的提升（20%~40%）,同时加速控制器中读加速单元的动态功耗与传统2路组相联缓存相比降低了40%左右.     

基于资源复用的RSA加速器层次化架构

为了解决RSA在模频繁变化情况下性能不足的问题,在已有蒙哥马利模乘器的基础上采用层次化架构设计复用硬件资源,实现了基于改进扩展欧几里德算法的偶数模逆器和[R2modM]运算器。实验结果显示,在14%的额外硬件资源开销下RSA加速器性能在模频繁变化应用下比原来提高2倍。其中,模逆器性能较其他设计提高了3倍,[R2modM]运算器性能比复用模幂电路的实现方法提高了一个数量级。     

支持程序无缝切换的高性能硬件堆栈

针对函数调用中上下文切换产生的性能损失,提出一种支持程序无缝切换的嵌入式处理器高性能硬件堆栈.高性能硬件堆栈包括数据栈和返回栈,采用动态可重构的两级缓存机制,消除程序切换的性能开销.数据栈实现单周期多数据压栈/出栈,隐藏程序切换中的堆栈操作;返回栈实现指令超前预取,消除程序返回时流水线气泡.数据栈与返回栈分别复用数据和指令高速暂存器,实现用户可重构的二级缓存.实验结果显示：本方法平均提升性能10%以上,功耗降低2%.     

一种低静态电流、高稳定性的LDO线性稳压器

该文提出了一种低静态电流、高稳定性低压差(LDO)线性稳压器。LDO中的电流偏置电路产生30nA的低温度漂移偏置电流,可使LDO的静态工作电流降低到4A。另外,通过设计一种新型的动态Miller频率补偿结构使得电路的稳定性与输出电流无关,达到了高稳定性的设计要求。芯片设计基于CSMC公司的0.5m CMOS混合信号模型,并通过了流片验证。测试结果表明,该稳压器的线性调整和负载调整的典型值分别为2mV和14mV;输出的最大电流为300mA;其输出压差在150mA输出电流,3.3V输出电压下为170mV;输出噪声在频率从22Hz到80kHz间为150VRMS。