System-Level Power Estimation based on RTL Macro-Modeling and Using SystemC

因為系統單晶片(SoC)的快速發展尤其對可攜式的電子產品的高度需求量，為了讓使用者能在有限的電池能量下，有更長的使用時間，因此功率消耗成為另一個設計限制因素。再加上快速導入市場時程的壓力，系設計者需要能在更早設計階段即對功率消耗作評估分析並加速系統設計的時程。因此在論文中，主要探討的主題即為系統層級的功率消耗評估方法，基於現今主要的系統設計方法－矽智產(Intellectual Property, IP)重覆使用的概念下，我們應該亦能夠加入IP資訊再次利用的考量點。因此在論文中基於這個基本概念，延伸出一些新的看法。同時對於重覆使用資訊的方式，我們採用巨集模型的概念來重建功率消耗訊息的相關資訊，即為量測較低層級的最小操作行為模型或者基本運算的功率消耗資訊，並且於系統層級重新使用之，因此我們可基於這樣的操作行為模型去建構出系統層級的架構，進而完成系統層級的功率消耗評估模型。由實驗模擬分析的結果可得知，我們可藉由系統層級的抽象化進而提供較為快速的模擬驗證環境並提供相近程度上的準確性；相較暫存器傳輸層級的方法，我們的方法所評估出的功率消耗分析數據同樣可達相當接近的準確性；而驗證模擬所需的時間，依所架構的環境複雜度以及模組的詳細描述程度，有著加速模擬驗證數倍乃至數百倍之差。In this work, the primary motivation comes from the intellectual property (IP) reuse concept. Based on the IP reuse methodology, IP information should be able to be involved to cope with more design issues and concerns. We introduce such reuse concepts into the system-level power estimation problem. So we extend some new perspectives based on the basic concept on this work. We use the RTL macro-modeling concept to perform the power consumption measurement of atomic operations or primitive operations and then model the system-level modules using SystemC based on the power consumption information of atomic operations or primitive operations. According to experiment and simulation results, we can rely on the abstraction at the system level to provide a high speed simulation environment. Comparing with the RTL approach, our system-level power estimation approach is able to provide similar accuracy while reduce the estimation cost or simulation cost to some degree depending on the complexity of simulation environments and architectures.口試委員會審定書 i 誌謝 ii 摘要 iii Abstract iv 目錄 v 圖目錄 viii 表目錄 x 第一章 緒論 1 1.1簡介 1 1.2論文組織架構 3 第二章 相關研究與背景知識 4 2.1 SystemC程式語言 4 2.1.1什麼是SystemC 4 2.1.2 SystemC與其他語言的比較 6 2.2巨集化模型之概述與相關研究 7 2.3功率消耗分析的相關研究 9 2.3.1基於軟體方面的系統層級功率消耗分析 10 2.3.2基於演算法的系統層級功率消耗分析 11 2.3.3基於匯流排的系統層級功率消耗分析 12 2.3.4基於指令集的系統層級功率消耗分析 13 2.3.5其他系統層級功率消耗分析的相關研究 13 2.4功率消耗模型 15 2.5摘要 16 第三章 系統層級的功率消耗分析 17 3.1基本構想 17 3.2系統層級功率消耗分析之概述 18 3.3系統層級模組之描述及創建 20 3.4功率消耗資訊的取得 21 3.4.1方法一 21 3.4.2方法二 24 3.5摘要 25 第四章 實驗的模擬與結果 26 4.1實驗環境設定 26 4.2實驗一 27 4.2.1實驗1-1：2D-DCT模組 27 4.2.2實驗1-2：並行CRC32模組 35 4.2.3實驗1-3：RGB轉YCbCr模組 41 4.3實驗二 46 4.3.1實驗2-1：序列CRC32模組 46 4.4實驗總結與討論 49 第五章 結論與未來展望 50 5.1結論 50 5.2未來展望 51 參考文獻 52 附錄 5