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随着集成电路技术的不断发展,工艺尺寸不断缩小,芯片规模和工作频率得到了很大提升,,芯片速度、面积已不再是芯片设计者关注的主要因素和设计目标。同时伴随着物联网、可穿戴设备以及植入式医疗电子等应用的兴起,低吞吐率、功率和能耗敏感的芯片设计开始受到广泛的关注,对于此类设备而言几乎都依靠电池供电,因此功耗已经代替速度成为设计者首要的考虑因素。本文主要针对工作频率在1MHz以下的低频应用场景中处理器静态功耗占主导的问题,提出了一种根据指令类型动态开通关断处理器中各电路模块电源供应来降低系统功耗的设计方案。首先,基于RV32EM指令集设计了无流水处理器,并采用TSMC65nm工艺对其进行逻辑综合,通过功耗结果分析,在1MHz以下处理器总功耗以静态功耗占主导。从而在此基础上,提出了一种等分系统周期,并使用电源门控技术逐级开通的处理器运行方案,采用Synopsys低功耗设计流程,对设计进行了低功耗验证综合和功耗分析,功耗结果分析表明,该结构相较于无流水处理器在工作频率为1KHz时总功耗降低了 40%。接着,在等分系统时钟逐级开通处理器的基础上,考虑到等分系统周期分配给每级的执行时间过剩,提出了缩短处理器必要执行时间但开通关断方式不变的设计方案,即在尽可能短的时间内完成指令操作,然后关断除取指模块外其他逻辑电路,结果分析显示功耗得到进一步降低,相较于无流水处理器总功耗在1KHz工作频率时下降了 81%,同时适用频率范围由500KHz上升至700KHz。最后,通过引入指令分类的概念,对设计进行细粒度地模块划分,根据指令功能精准控制指令在处理器“执行”一级中各逻辑电路功能模块的开通关断。功耗分析结果表明,该设计在1KHz相较无流水处理器功耗降低了 81%,但适用频率范围从结构二的700KHz上升至1MHz。因此,该设计适用于工作频率在1MHz以下的低功耗应用设备中,能够有效降低低速低工艺节点中处理器静态功耗大的问题,满足设计目标要求。