降低FPGA功耗的設計技巧和ISE功能分析工具

狀態(tài)機設計

根據預測的下一狀態(tài)條件列舉狀態(tài)機，并選擇常態(tài)之間轉換位較少的狀態(tài)值。這樣，您就能夠盡可能減少狀態(tài)機網(wǎng)絡(luò )的轉換量(頻率)。確定常態(tài)轉換和選擇適當的狀態(tài)值，是降低功耗且對設計影響較小的一種簡(jiǎn)單方法。編碼形式越簡(jiǎn)單(一位有效編碼或格雷碼)，使用的解碼邏輯也會(huì )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的設計前工具和一種叫做Xpower的設計后工具。Web Power Tools可通過(guò)www.Xilinx.com/cn/power 獲得，它提供了根據邏輯利用率大概估計做出的功耗估算。利用它，您可以?xún)H憑設計利用率估計就能獲得功耗評估，而無(wú)需實(shí)際設計文件。

XPower是一種設計后工具，用于分析實(shí)際器件利用率，并結合實(shí)際的適配后(poST-fit)仿真數據(VCD文件格式)，給出實(shí)際功耗數據。利用Xpower，您可以在完全不接觸芯片的情況下分析設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(gè)季度都會(huì )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。您可以指定設計參數并保存和加載設計設置，免去了通過(guò)交互使用重新輸入設計參數的麻煩。只要有對設計行為的估計并選定目標器件即可開(kāi)始。

表：通過(guò)狀態(tài)編碼減少信號轉換

Xpower：集成的設計專(zhuān)用功耗分析

Xpower是所有Xilinx ISE設計工具的一個(gè)免費組件，您可以利用它對您的基于設計的功耗需求進(jìn)行詳細得多的估計。XPower是在映射或布局和布線(xiàn)后設計的基礎上對器件功耗進(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計批量誤差(suite error)小于10%。它將把器件數據與您的設計文件結合起來(lái)綜合考慮，并按照您的專(zhuān)門(mén)設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的功耗顯示、詳細的總結報告和功耗向導，即使是新用戶(hù)也可輕易上手。XPower可接受仿真的設計活動(dòng)數據，并可以GUI模式和批處理模式運行。

XPower將考慮設計中的每個(gè)網(wǎng)絡(luò )和邏輯元素。ISE設計文件提供準確的資源使用情況;XPower交叉參考布線(xiàn)信息以及特性化電容數據。于是物理資源針對電容進(jìn)行特性化。設計特性化將對新器件持續進(jìn)行，以給出最精確的結果。Xpower使用了網(wǎng)絡(luò )翻轉速率和輸出負載。然后XPower計算功耗和結溫，還可以顯示單個(gè)網(wǎng)絡(luò )的功耗數據。

結論

對更便宜和更簡(jiǎn)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(cháng)的需求，將低功耗設計的概念提升到一個(gè)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，卻避免了預想中靜態(tài)功耗的顯著(zhù)增大。使用賽靈思功耗估算工具并遵循低功耗設計考慮事項，滿(mǎn)足您的功耗目標將比以往任何時(shí)候都更加容易。