基于自適應(yīng)DVFS的SoC低功耗技術(shù)研究
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該設(shè)計核心在于如何使PM模塊能根據(jù)某種算法來自適應(yīng)地預(yù)測電流的需求，而且預(yù)測的響應(yīng)時間、額外功耗都比較小，即達(dá)到適時、恰好的電壓要求。對于自適應(yīng)算法，可選取圖2所示的簡單前向線性預(yù)測。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/188837.htm
3 仿真實驗與結(jié)果
圖3給出系統(tǒng)模型。構(gòu)造這樣一個系統(tǒng)，使得測試將按事先在開發(fā)板上的運行給定benchmark程序。測試得到的功耗參數(shù)，則按CPU負(fù)載折算成為歸一的nop和mac兩種類型指令程序，這兩種指令在測試向量中間或分布。CPU行為模型執(zhí)行相關(guān)程序，該模型只能取指令，執(zhí)行2級流水。對于nop操作，在執(zhí)行階段進(jìn)行nop；對于mac：操作，在執(zhí)行階段對固定數(shù)據(jù)進(jìn)行mac，這樣即可簡化設(shè)計。CPU BM采用Verilog進(jìn)行編寫。CPU有一條AHB總線，對memory進(jìn)行訪問控制。MEM模塊采用ahb接口，存放編譯好的二進(jìn)制指令，并固定頻率。PM Model對CPU BM的翻轉(zhuǎn)率進(jìn)行monitotor在監(jiān)控各階段的翻轉(zhuǎn)率后，作為輸入流入自適應(yīng)濾波器，計算得到所需的調(diào)節(jié)電壓，給PS Model；同時輸出翻轉(zhuǎn)率，給PC Model。
PC Model將翻轉(zhuǎn)率、時鐘、電壓作為輸入，用于計算系統(tǒng)功耗。PS Model按照PM發(fā)出的電壓調(diào)節(jié)指令進(jìn)行電壓頻率調(diào)節(jié)。由于是rtl Model，所以電壓調(diào)節(jié)是不可見的，只是按照實際情況，若電壓從低到高，則先調(diào)節(jié)電壓，再調(diào)節(jié)頻率；反之亦反。
對于自適應(yīng)選取的電壓，可按圖4予以實現(xiàn)。表2給出按照130 nm工藝實現(xiàn)電壓時，CPU與總線頻率的關(guān)系。在調(diào)節(jié)電壓時，時鐘被停頓若干時鐘周期。假設(shè)電源網(wǎng)絡(luò)的RC參數(shù)不變，則認(rèn)為電壓切換與切換電壓差成正比，如圖4所示。
對于前向預(yù)測的步長，按照實時操作系統(tǒng)的節(jié)拍，從1～50 ms進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過實踐，可得圖5所示不同步長下的不同功耗數(shù)值，同時每次切換的額外開銷也計算在內(nèi)。
由圖5可見，對功耗、效率與調(diào)節(jié)步長都有一定的關(guān)系，合理選取調(diào)節(jié)步長后，可得效率與功耗的均衡。采用步長為25 ms時，功耗不到DVFS的25％，而效率損失只有1／3。由此可見，在CPU資源總負(fù)荷利用率為30％時，該步長相對較為合理。
4 結(jié) 語
提供了一種自適應(yīng)動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方式，構(gòu)造了與之對應(yīng)的系統(tǒng)模型。在計算機上對該模型進(jìn)行了模擬實驗，得到一組均衡的前向預(yù)測參數(shù)。實驗結(jié)果驗證了自適應(yīng)動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)方式的有效性，給出了評估動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)仿真的有效途徑。
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