使用赛灵思的功耗估计器和功耗分析器工具

 作者：Adam Taylor

首席工程师

 EADS Astrium aptaylor@theiet.org

精确估算FPGA设计的功耗对确保获得正确的电源架构至关重要。

FPGA与众多其它类型组件的不同之处在于，其核心电压、辅助电压和I/O电压电源需求取决于设计实现。因此，确定应用中FPGA的功耗比数据手册描述的情况更复杂一点，要实现正确的电源架构因此也具有一定的挑战性。这不仅要考虑到所需的静态电流、斜坡率和上电顺序，还需要能为终端应用适当供电，同时保持器件结温在可接受的范围内。

XPE和XPA是什么？这是赛灵思推出的两款设计工具，能帮助您准确地进行FPGA设计的功耗分析。您可在设计早期阶段使用基于电子数据表的赛灵思功耗估计器(XPE)，在完成实现后再使用赛灵思功耗分析器(XPA)。XPA能帮助您对设计的功耗要求做进一步的分析，并根据需要协助功耗优化。

初始步骤

首先启动开发项目时，很难有整个FPGA设计都到位的情况（如果幸运的话，或许能重复利用一些代码，这能为功耗预测提供更多准确信息）。因此，进行估算功耗首先可以从XPE电子数据表入手（参见： http://www.origin.xilinx.com/prod- ucts/design_tools/logic_design/xpe.htm）。您可以根据工程团队对设计所需时钟、逻辑和其它资源量的初步考虑来进行最初功耗估算。

XPE的使用非常直观，更好的是，该工具能帮助您进行大量“假设”实现，从而明确不同设计方案选择对功耗估算的影响。如果您的解决方案耗电高，那么这种功能对帮助您找到最佳实现方案发挥着重要作用。

XPE能根据散热、气流和印制电路板层数预测器件结温，这一功能在设计早期阶段非常有用。它能告诉我们设计能否达到预期实现方案的额定结温。

在XPE中，您的第一步工作就是尽可能准确地完成设置。除了选择器件之外，还要特别注意封装、速度 等级和温度等级都要正确设置，同样如果适用的话还要准确设置步进、工艺和功耗模式。所有这些参数，对所需的整体功耗有很大影响，尤其是工艺的设置，其设置 分为“最大值”和“典型值”。典型值设置为您提供统计上应用所需的功耗，而最大值设置则能满足最差情况下的需求。要确保您的解决方案能应对最高用电需求情 况，但这也有一定困难，因为较大型器件也有着更高的电流需求。

我们也可在此定义工作环境，包括环境温度、散热和气流等。在此定义最大环境温度能提高估算准确度，因为所需的功耗会随着器件结温的提升而升高。包括散热、气流或者这两者等，就能改进功耗估算。

在此阶段也不要忽略赛灵思ISE^®优化设置。这种设置对功耗估算也有影响，因为不同的优化方案（比方说时序性能与面积最小化方案）都会带来不同的实现方案，每种实现方案都有自己的资源使用和扇出模式，也会影响功耗估算。

估算工作的下一阶段就是仔细检查XPE电