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FPGA功耗——XPower (2006-11-24 09:37:05)

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所查资料:
    《FPGA/CPLD设计工具——Xilinx ISE使用详解》P309
    功耗仿真器XPower(ISE中代的工具)是第一个用于可编程逻辑器件的功耗分析软件,可以分析FPGA和CPLD的整体以及特定网线的功耗。进行功耗 分析时,XPower可以读入ModelSim生成的VCD文件,从而使功耗分析更快捷、准确。
    CMOS电路的功耗主要来源于开关状态切换,XPwoer计算功耗时给每个开关元件(LUT、FF、BRAM、布线等)建立一个电容模型,然后根据用户设 置的时钟和输入信号开关频率、同步元件的翻转率、特定器件的电容、静态功耗和其他数据估算FPGA的功耗。准确估算功率的关键是获得准确的信号翻转率数 据。
    XPower把各元件的功耗求和作为FPGA的总功耗,每个元件的功耗可以表示为:
    P=C*V2*E*F*1000
    其中P为功耗,单位为mw;c为电容量,单位为法拉:V为工作电压;E为翻转率(每时钟周期的平均跳变次数);F为频率。
    电容量取决于用户的设计,在选定器件、完成布局布线之后电容量也随之确定。
    《基于FPGA的系统设计》P121
    能量消耗的首要原因是门输出上的传输。驱动门负载要消耗大量的能量。减小门输出的改变次数可以减少能量损耗。
    在大多数高级VLSI的构造工艺中,漏电流也是能量损耗的原因之一。传统CMOS晶体管具有很大的截止电阻,其通道中的漏电流很小。但随着晶体管的几何形 状的增大,漏电流也随之增大。即使在逻辑空闲不工作的时候也会发生泄漏。减小漏电流的唯一方法就是断开逻辑的电源电压。当不再需要某个逻辑时,就可以断开 电源。但重新连接电源并保持电路稳定往往要花上相当长的时间。
实验:
   例1:实现一个与非门。
   使用1个slice、3个外部引脚。
   使用XPower仿真显示Total estimated power consumption:14 mW, Peak Power consumption:184 mW。
   例2:实现一个分频。
   使用56个slice、2个外部引脚。其他条件与上例同。
   使用XPower仿真显示Total estimated power consumption:15 mW, Peak Power consumption: 33970 mW。
 
 
目前还不太清楚Total estimated power consumption 和 Peak Power consumption 具体指什么功率,但从实验结果可以看出,当使用的内部资源多时,功耗一定是增加的。