UPF基本语法及其在 native low power verification中的典型流程

摘要：本文首先简要介绍 UPF（Unified Power Format），然后解释其在 native low power verification（原生低功耗验证）中的典型流程。最后，我将使用50个具体例子来完整展示 UPF 的关键语法。这些例子基于 IEEE 1801 标准（UPF 3.0 或更早版本），涵盖了 UPF 的核心命令、选项和使用场景。每个例子包括 UPF 代码片段、简要解释，以及在低功耗设计中的应用点。

请注意：UPF 是一种用于描述芯片低功耗意图的格式，常用于 RTL（Register-Transfer Level）设计验证中。我会尽量覆盖 UPF 的主要语法元素，包括电源域创建、供电网络、隔离、保持、水平转换、电源状态表（PST）等。如果您需要更多细节或特定工具（如 Synopsys VCS 或 Cadence Xcelium）的集成，请进一步说明。

一、UPF 简介

UPF（Unified Power Format）是 IEEE 标准，用于在芯片设计中指定低功耗结构，如电源域（Power Domain）、供电网络（Supply Net）、隔离单元（Isolation Cells）、保持寄存器（Retention Registers）和水平转换器（Level Shifters）。它允许设计师描述电源管理策略，并在验证阶段检查功耗相关问题，如电源切换、数据丢失或电压不匹配。

二、Native Low Power Verification 中的流程

Native low power verification 指的是在模拟器（如 VCS、Questa 或 Xcelium）中直接使用 UPF 文件进行低功耗验证，而不依赖于额外的电源感知工具或后端合成。这是一种“原生”流程，强调在 RTL 级别验证电源意图的正确性。典型流程如下（以 VCS 为例，其他工具类似）：

设计准备：
- 编写 RTL 代码（Verilog/VHDL/SystemVerilog）。
- 创建 UPF 文件（.upf），描述电源域、供电网络、隔离/保持/水平转换策略，以及电源状态表（PST）。
UPF 加载和编译：
- 在模拟器中加载 UPF：例如，使用命令如 vcs -upf my_design.upf -f filelist.f 来编译设计。
- UPF 被解析为电源意图模型，模拟器会插入虚拟的电源控制逻辑（如电源开关、隔离信号）。
模拟设置：
- 定义测试bench，包括电源控制序列（e.g., 通过 UVM 测试序列驱动电源切换）。
- 配置模拟器选项：如启用低功耗检查（-lowpower 或类似标志），并指定 UPF 版本（e.g., UPF 2.1 或 3.0）。
运行模拟和验证：
- 执行模拟：模拟器会根据 UPF 模拟电源域的开关、电压变化，并检查违规（如未隔离的信号穿越电源域、数据丢失）。
- 使用波形查看器（e.g., Verdi）检查电源状态、供电网络电压、隔离启用等。
- 运行检查：模拟器内置 checker 会报告问题，如电源域泄漏、保持失败或水平转换错误。
调试和迭代：
- 分析日志/报告：检查 UPF 命令的执行结果（e.g., 电源状态转换是否符合 PST）。
- 如果发现问题，修改 UPF 或 RTL，并重新运行。
- 覆盖率收集：验证电源状态覆盖率（e.g., 所有 PST 状态是否被触发）。
优势与注意事项：
- 优势：快速迭代，早发现低功耗 bug；无需门级网表。
- 注意：模拟性能可能受影响（由于虚拟电源建模）；确保 UPF 与 RTL 一致性。