降低FPGA功耗的設(shè)計技巧和ISE功能分析工具

狀態(tài)機(jī)設(shè)計

根據(jù)預(yù)測的下一狀態(tài)條件列舉狀態(tài)機(jī)，并選擇常態(tài)之間轉(zhuǎn)換位較少的狀態(tài)值。這樣，您就能夠盡可能減少狀態(tài)機(jī)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換量(頻率)。確定常態(tài)轉(zhuǎn)換和選擇適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)值，是降低功耗且對設(shè)計影響較小的一種簡單方法。編碼形式越簡單(一位有效編碼或格雷碼)，使用的解碼邏輯也會越少。

功耗估算工具

賽靈思提供了兩種形式的功耗估算工具：一種叫做Web Power Tools的設(shè)計前工具和一種叫做Xpower的設(shè)計后工具。Web Power Tools可通過www.Xilinx.com/cn/power 獲得，它提供了根據(jù)邏輯利用率大概估計做出的功耗估算。利用它，您可以僅憑設(shè)計利用率估計就能獲得功耗評估，而無需實際設(shè)計文件。

XPower是一種設(shè)計后工具，用于分析實際器件利用率，并結(jié)合實際的適配后(poST-fit)仿真數(shù)據(jù)(VCD文件格式)，給出實際功耗數(shù)據(jù)。利用Xpower，您可以在完全不接觸芯片的情況下分析設(shè)計改變對總功耗的影響。

基于Web的功耗工具

基于Web的功耗估計是在設(shè)計流程的早期獲得器件功耗情況的最快捷和最方便的方法。這些工具每個季度都會發(fā)布新版本，因此信息總是最新的，且不需要安裝或下載，只需要擁有互聯(lián)網(wǎng)連接和Web瀏覽器即可。您可以指定設(shè)計參數(shù)并保存和加載設(shè)計設(shè)置，免去了通過交互使用重新輸入設(shè)計參數(shù)的麻煩。只要有對設(shè)計行為的估計并選定目標(biāo)器件即可開始。

表：通過狀態(tài)編碼減少信號轉(zhuǎn)換

Xpower：集成的設(shè)計專用功耗分析

Xpower是所有Xilinx ISE設(shè)計工具的一個免費(fèi)組件，您可以利用它對您的基于設(shè)計的功耗需求進(jìn)行詳細(xì)得多的估計。XPower是在映射或布局和布線后設(shè)計的基礎(chǔ)上對器件功耗進(jìn)行估計的。

對于成熟的投產(chǎn)的FPGA和CPLD，XPower計算出的功耗估計的平均設(shè)計批量誤差(suite error)小于10%。它將把器件數(shù)據(jù)與您的設(shè)計文件結(jié)合起來綜合考慮，并按照您的專門設(shè)計信息給出估計器件功耗的高精度報告。

XPower直接集成在ISE軟件中，可提供層次化的詳細(xì)的功耗顯示、詳細(xì)的總結(jié)報告和功耗向?qū)В词故切掠脩粢部奢p易上手。XPower可接受仿真的設(shè)計活動數(shù)據(jù)，并可以GUI模式和批處理模式運(yùn)行。

XPower將考慮設(shè)計中的每個網(wǎng)絡(luò)和邏輯元素。ISE設(shè)計文件提供準(zhǔn)確的資源使用情況;XPower交叉參考布線信息以及特性化電容數(shù)據(jù)。于是物理資源針對電容進(jìn)行特性化。設(shè)計特性化將對新器件持續(xù)進(jìn)行，以給出最精確的結(jié)果。Xpower使用了網(wǎng)絡(luò)翻轉(zhuǎn)速率和輸出負(fù)載。然后XPower計算功耗和結(jié)溫，還可以顯示單個網(wǎng)絡(luò)的功耗數(shù)據(jù)。

結(jié)論

對更便宜和更簡單的熱管理以及與前沿FPGA不斷提高的功耗需求相匹配的電源的不斷增長的需求，將低功耗設(shè)計的概念提升到一個全新的高度。賽靈思最新器件Virtex-4 FPGA提供了90nm工藝技術(shù)的高性能，卻避免了預(yù)想中靜態(tài)功耗的顯著增大。使用賽靈思功耗估算工具并遵循低功耗設(shè)計考慮事項，滿足您的功耗目標(biāo)將比以往任何時候都更加容易。