基于自适应DVFS的SoC低功耗技术研究

3 仿真实验与结果

图3给出系统模型。构造这样一个系统，使得测试将按事先在开发板上的运行给定benchmark程序。测试得到的功耗参数，则按CPU负载折算成为归一的nop和mac两种类型指令程序，这两种指令在测试向量中间或分布。CPU行为模型执行相关程序，该模型只能取指令，执行2级流水。对于nop操作，在执行阶段进行nop；对于mac：操作，在执行阶段对固定数据进行mac，这样即可简化设计。CPU BM采用Verilog进行编写。CPU有一条AHB总线，对memory进行访问控制。MEM模块采用ahb接口，存放编译好的二进制指令，并固定频率。PM Model对CPU BM的翻转率进行monitotor在监控各阶段的翻转率后，作为输入流入自适应滤波器，计算得到所需的调节电压，给PS Model；同时输出翻转率，给PC Model。

PC Model将翻转率、时钟、电压作为输入，用于计算系统功耗。PS Model按照PM发出的电压调节指令进行电压频率调节。由于是rtl Model，所以电压调节是不可见的，只是按照实际情况，若电压从低到高，则先调节电压，再调节频率；反之亦反。

对于自适应选取的电压，可按图4予以实现。表2给出按照130 nm工艺实现电压时，CPU与总线频率的关系。在调节电压时，时钟被停顿若干时钟周期。假设电源网络的RC参数不变，则认为电压切换与切换电压差成正比，如图4所示。

对于前向预测的步长，按照实时操作系统的节拍，从1～50 ms进行调节。通过实践，可得图5所示不同步长下的不同功耗数值，同时每次切换的额外开销也计算在内。

由图5可见，对功耗、效率与调节步长都有一定的关系，合理选取调节步长后，可得效率与功耗的均衡。采用步长为25 ms时，功耗不到DVFS的25％，而效率损失只有1／3。由此可见，在CPU资源总负荷利用率为30％时，该步长相对较为合理。

4 结 语

提供了一种自适应动态电压频率调节方式，构造了与之对应的系统模型。在计算机上对该模型进行了模拟实验，得到一组均衡的前向预测参数。实验结果验证了自适应动态电压频率调节方式的有效性，给出了评估动态电压频率调节仿真的有效途径。