NoC如何在SoC中实现电源管理和功能安全
在汽车中，电力使用可能不被认为是一个重要因素，但随着耗电量大的智能电子设备在现代汽车中发挥着比以往更大的作用，这种情况可能会发生变化。信息娱乐系统、传感器和传感器融合、摄像头和雷达就是一个很好的例子。接下来，本地AI为早期碰撞检测提供了快速响应，而汽车以太网将所有东西连接到中央处理器中 - 所有这些都消耗大量电力，这可能会耗尽电池或减少电动汽车的续航里程。即使驾驶员熄火并走开，某些功能也必须以低待机功率保持打开状态;例如，接近检测会自动解锁车门或从应用程序接收信号以远程启动发动机。
在车辆领域之外，一些物联网设备预计将在纽扣电池上运行10年。可能使用较大电池运行的无人机需要大量的电力才能保持在空中。流式传输高分辨率视频会消耗大量能量，因此需要在不需要时将其关闭。所有这些示例都需要低功耗设计。这采用特定于应用的电源管理形式，范围从动态电压和频率调节（DVFS），域内切换到按需完全关闭域。在汽车的钥匙关闭和走开情况下，这意味着关闭除用于监视和处理感兴趣的远程事件的始终打开的域之外的所有设备。
了解标准电源技巧是否足够？
工程师了解电源管理的标准方法：时钟域切换、可扩展电压域和电压域以及可切换电源域。所有这些都适用于知识产权（IP）电源管理，但显然需要在互连中提供额外的支持。
互连将许多IP连接在一起。有些可能处于打开状态，有些可能处于打开状态，但以较低的电压和频率运行，有些可能处于关闭状态。在这种情况下，如何在互连中管理电源？对于通常存在于单个时钟和电源域中的基于交叉条的连接，如果任何连接的设备打开，仲裁器必须继续运行。将新的互连层次结构推送到每个域中可能是一种解决方案，但是处理域之间所有必要的握手时，它开始变得混乱。
图1NoC方法有助于与电源管理器进行干净的转换和握手通信。
或者，使用NoC技术支持NoC内部和外部的分区，硬件支持与电源管理器进行干净转换和握手通信，包括按需唤醒。支持复杂的DVFS可实现网络内部的低功耗管理，就像在 IP 内部和周围一样有效。NoC足够聪明，知道如果没有数据在网络路径上发送，它们可以自动关闭该路径的电源。
底线：与基于横杆的互连相比，设计人员可以使用NoC将平均工作功耗和待机功耗提高到更低的水平，并让NoC以有效的方式处理时钟和电源域之间的所有适应性。
功能安全要求
对于安全性，情况与此类似。工程师在运行安全分析时会考虑IP的缓解技术（纠错代码、奇偶校验、锁步和三重模块化冗余），但互连呢？高级NoC技术支持相同的缓解选项，使工程师能够满足NoC中的故障模式，影响和诊断分析目标，就像在IP和子系统中一样。
对于高级ASIL D设计，还有一个更有趣的功能，其中需要故障运行性能。这里快速提醒一下：故障操作设备不仅必须监控低级问题，而且还必须能够在"飞行中"验证设备内IP的正确性能。如果检测到持续存在的问题，它应该能够将行为异常的功能脱机，并向驾驶员报告问题，同时仍然允许在发生故障的情况下开车回家。这是高级驾驶员辅助系统（ADAS）和自动驾驶技术所需的新安全期望水平，其中ASIL D合规性至关重要。
图2NoC技术提供基于硬件的数据保护，以提高SoC的可靠性和功能安全性。
Arteris IP NoC支持这一更严格的要求。设计中的IP可以与连接IP到网络的每个网络接口单元（NIU）的NoC隔离。这使用与电源隔离相同的机制。隔离后，ASIL D级安全控制器可以触发该IP上的逻辑内置自检（LBIST）检查，以验证正确操作。如果检测到问题，IP 将保持隔离状态，并且安全控制器会报告问题。
如果IP通过LBIST测试，则可以重新启用它并再次参与完全操作。NoC提供的这种能力使这种级别的隔离和测试成为可能。与像横杆这样的集中式互连相比，NoC的分布式特性使其自然更健壮，对故障的弹性更大，其中所有内容都交织在一起，并且一个连接组件的故障导致恢复更加困难。
主导SoC互连
很容易看出为什么片上网络主导了SoC互连。本系列的第一篇文章解释了为什么不断增长的商业IP市场创建了一个控制点，其中NoC互连为创建和配置可微分SoC提供了"旋钮和拨号盘"。这导致了我不那么大胆的断言"NoC就是SoC"。第二篇题为"为什么片上网络已经大规模取代了横杆交换机"的文章深入探讨了这项技术，以展示NoC技术如何在任何规模或复杂性的SoC中超越基于横杆的互连。
接下来，本文将重点介绍NoC技术如何提供电源管理和功能安全等功能，而这些功能是较旧的基于横杆的互连技术无法实现的。对于创建现代SoC的设计团队而言，无论是大型数据中心AI加速器还是耗电式IoT传感器，NoC互连技术都是实现这些SoC架构并优化其中数据流的关键。
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