clock gating 时钟门控；门控时钟；时脉闸控
power gating 电源门控；功率门控；功率门限
门控时钟（英语：Clockgating），“门控”是指一个时钟信号与另外一个非时钟信号作逻辑输出的时钟。
例如，用一个控制信号 “与” 一个clk，可以控制clk的起作用时间。可以通过关闭芯片上暂时用不到的功能和它的时钟，从而实现节省电流消耗的目的。门控时钟是低功耗设计中的一种最有效的方法。
门控时钟是一种在同步时序逻辑电路的一种时间脉冲信号技术，可以降低芯片功耗。门控时钟通过在电路中增加额外的逻辑单元、优化时钟树结构来节省电能。可以通过以下几种方式在设计中添加门控时钟逻辑：
通过寄存器传输级编程中的条件选择来实现使能信号，从而在逻辑综合过程自动被翻译为门控时钟；
通过实例化特殊的门控时钟单元，来把门控时钟插入到设计中去；
使用专门的门控时钟工具添加。
如何生存门控时钟？
在IC设计中，编写RTL代码的时候，只要采用合理规范的编码风格，即可以通过EDA工具自行产生门控时钟模块。
//推荐风格：可生成门控时钟always@(posedge clk or negedge rst_n)if(!rst_n)data_out<=8’b0;elseif(data_vld)data_out<=data_in;
//不推荐：无法生成门控时钟always@(posedge clk or negedge rst_n)if(!rst_n)data_out<=8’b0;elseif(data_vld)data_out<=data_in;elsedata_out<=8’b0;
推荐的风格代码在else分支忽略，此时意味着在data_vld无效时data_out保持不变，此时状态与clock保持为0一致，因此具备生成门控时钟的条件，而不推荐风格代码，在data_vld无效时data_out为0，不符合门控时钟的状态，因此无法生成门控时钟。
上图两个电路图均为推荐风格代码的映射电路图，右侧为采用门控时钟设计的电路图。采用推荐风格代码的代码即可以通过EDA工具自行插入门控时钟。
由于门控时钟逻辑具有一定的开销，因此数据宽度过小不适合做clockgating。一般情况下，数据宽度大于8比特时建议采用门控时钟。
实际芯片使用的门控时钟模块是后端厂家专门设计的模块单元，而不仅仅是图上的简单设计。
电源门控是指芯片中某个区域的供电电源被关掉，即该区域内的逻辑电路的供电电源断开。
电源门控(Power Gating)的设计如下图所示：
如果某一模块在一段时间内不工作，可以关掉它的供电电源（关掉供电电源可以使用MTCMOS开关，通常在使用后端工具进行布局布线时加入MTCMOS，这属于后端知识，这里不进行介绍）。断电后，设计进入睡眠模式，其漏电功率很小。唤醒时，为了使模块尽快恢复工作模式，需要保持关电前的状态。保持寄存器(retention register)可用于记忆状态。使用保持寄存器设计电源门控如下图所示：
下面来解释一下上面的设计：
·在睡眠模式，寄存器的电源Vdd2被切断，因此它的漏电功耗极小;这时候仅仅保持锁存器处于工作状态，寄存器的值保留在锁存器里。由于锁存器是用高阈值电压的晶体管组成，漏电功耗很低。
·当Restore信号被激活时，寄存器的电源Vdd2被加上，保留在锁存器里的值被载入到寄存器。寄存器在工作(活跃)状态时，它作为一般的寄存器工作。Save/Restore引脚也称为电源门控引脚(power gating pins)，它们被用于把电路置于适当的模式。
·电源门控模块的输出端需要使用隔离单元(Isolation Cell)（我们在前面讲过），因为在睡眠模式时，模块的输出为不确定值。为了保证在睡眠模式时，下一级的输入不会悬空，插入隔离单元，提供一个"1”或”0”的输出，使下一级的输入为确定的逻辑值，如下所示：
ISO为睡眠控制信号，用于控制隔离单元的运作。电路在正常工作模式时，ISO=0,ISO_ IN=IN。电路在睡眠模式时，ISO=1时，如果使用下面左图的单元作为隔离单元，输出逻辑为“1"；如使用下面右图的单元作为隔离单元，则输出逻辑为“0"：
②工艺库中的电源门控单元
下面是库模型的部分解释：
·单元级属性(Cell level attribute)
power_gating_cell:“type”，"type”不可以是“none”或空字符，它鉴别所描述的保持寄存器的类型。本例中保持寄存器的类型为PG_1。
·电源门控寄存器的功能描述
它是保持寄存器在活跃模式的功能。
·引脚级的属性(Pin level attribute)
power_pin_1~ power_pin_5列出了现有的电源门控信号的名字。例如，power_pin_1可以用于定义为睡眠(sleep)信号，power_pin_2可以用于定义叫醒(wake)信号。power_pin_[1-5]信号的默认值是寄存器处于非工作(disable)状况的值，可以是“0”或“1"。例如，如果当power_pin_1的逻辑值为“1”时，电路进入睡眠模式，那么，其非工作(disable)状况的值应该是逻辑“0”。
③电源门控设计流程
了解了电源门控的原理和综合库的电源门控单元，下面我们就来介绍电源门控的设计流程。使用电源门控的设计流程和相应的脚本如下所示：
下面进行解释一下部分命令：
·脚本中使用set_power_gating_style命令来映射保持寄存器。例如对于下面的代码
······
always@ (posedge clk) begin:sub_block_1
g=d;
end
······
set_power_gating -style -type PG_1 -hdl_block sub_block_1命令可以把代码中的寄存器映射为保持寄存器。选项“-type PG_1”指定使用库中类型为PG_1的保持寄存器。选项“-hdl_block sub_block_1”指定把RTL代码中进程(process)名为“sub_block_1"中的所有寄存器用类型为PCG_ 1的保持寄存器代替。
· 脚本中使用hookup_power_gating_ports命令来自动插入power_pin[1-5]端口和层次模块的引脚。同类功耗引脚的端口或引脚会被连接在一起。例如属性同为“power_pin_1”的引脚将被连接在一起，其默认名为“power_pin_1"。下图为执行hookup_power_gating_ports命令后设计中插入端口和层次模块的引脚。我们可以使用选项“-default_port_naming_style”和“-port_naming_styles”来改变端口和/或层次模块引脚的命名：
下面的脚本用set_power_gating_signal命令指定把电源门控引脚与现有的端口或层次引脚连接起来，如下所示：
set_power_gating_signal -power_pin_index 1 [get_ports Save]
set_power_gating_signal -power_pin_index 2 [get_pins A/p1]
······
hookup_power_gating_ports
结果如下所示：
·最后，我们可以用report_power_gating命令报告设计中的电源门控单元，如下所示：
电源门控就到这里了，低功耗设计入门也快接近尾声了…
转载自：https://www.cnblogs.com/IClearner/p/6923585.html
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