精確估算FPGA設(shè)計(jì)的功耗對(duì)確保獲得正確的電源架構(gòu)至關(guān)重要。

FPGA與眾多其它類型組件的不同之處在于，其核心電壓、輔助電壓和I/O電壓電源需求取決于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。因此，確定應(yīng)用中FPGA的功耗比數(shù)據(jù)手冊(cè)描述的情況更復(fù)雜一點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)正確的電源架構(gòu)因此也具有一定的挑戰(zhàn)性。這不僅要考慮到所需的靜態(tài)電流、斜坡率和上電順序，還需要能為終端應(yīng)用適當(dāng)供電，同時(shí)保持器件結(jié)溫在可接受的范圍內(nèi)。

XPE和XPA是什么？這是賽靈思推出的兩款設(shè)計(jì)工具，能幫助您準(zhǔn)確地進(jìn)行FPGA設(shè)計(jì)的功耗分析。您可在設(shè)計(jì)早期階段使用基于電子數(shù)據(jù)表的賽靈思功耗估計(jì)器(XPE)，在完成實(shí)現(xiàn)后再使用賽靈思功耗分析器(XPA)。XPA能幫助您對(duì)設(shè)計(jì)的功耗要求做進(jìn)一步的分析，并根據(jù)需要協(xié)助功耗優(yōu)化。

 初始步驟

 首先啟動(dòng)開發(fā)項(xiàng)目時(shí)，很難有整個(gè)FPGA設(shè)計(jì)都到位的情況（如果幸運(yùn)的話，或許能重復(fù)利用一些代碼，這能為功耗預(yù)測(cè)提供更多準(zhǔn)確信息）。因此，進(jìn)行估算功耗首先可以從XPE電子數(shù)據(jù)表入手（參見： http://www.origin.xilinx.com/prod- ucts/design_tools/logic_design/xpe.htm）。您可以根據(jù)工程團(tuán)隊(duì)對(duì)設(shè)計(jì)所需時(shí)鐘、邏輯和其它資源量的初步考慮來進(jìn)行最初功耗估算。

XPE的使用非常直觀，更好的是，該工具能幫助您進(jìn)行大量“假設(shè)”實(shí)現(xiàn)，從而明確不同設(shè)計(jì)方案選擇對(duì)功耗估算的影響。如果您的解決方案耗電高，那么這種功能對(duì)幫助您找到最佳實(shí)現(xiàn)方案發(fā)揮著重要作用。

XPE能根據(jù)散熱、氣流和印制電路板層數(shù)預(yù)測(cè)器件結(jié)溫，這一功能在設(shè)計(jì)早期階段非常有用。它能告訴我們?cè)O(shè)計(jì)能否達(dá)到預(yù)期實(shí)現(xiàn)方案的額定結(jié)溫。

   在XPE中，您的第一步工作就是盡可能準(zhǔn)確地完成設(shè)置。除了選擇器件之外，還要特別注意封裝、速度 等級(jí)和溫度等級(jí)都要正確設(shè)置，同樣如果適用的話還要準(zhǔn)確設(shè)置步進(jìn)、工藝和功耗模式。所有這些參數(shù)，對(duì)所需的整體功耗有很大影響，尤其是工藝的設(shè)置，其設(shè)置 分為“最大值”和“典型值”。典型值設(shè)置為您提供統(tǒng)計(jì)上應(yīng)用所需的功耗，而最大值設(shè)置則能滿足最差情況下的需求。要確保您的解決方案能應(yīng)對(duì)最高用電需求情 況，但這也有一定困難，因為較大型器件也有著更高的電流需求。

 我們也可在此定義工作環(huán)境，包括環(huán)境溫度、散熱和氣流等。在此定義最大環(huán)境溫度能提高估算準(zhǔn)確度，因為所需的功耗會(huì)隨著器件結(jié)溫的提升而升高。包括散熱、氣流或者這兩者等，就能改進(jìn)功耗估算。

 在此階段也不要忽略賽靈思ISE^®優(yōu)化設(shè)置。這種設(shè)置對(duì)功耗估算也有影響，因為不同的優(yōu)化方案（比方說時(shí)序性能與面積最小化方案）都會(huì)帶來不同的實(shí)現(xiàn)方案，每種實(shí)現(xiàn)方案都有自己的資源使用和扇出模式，也會(huì)影響功耗估算。

 估算工作的下一階段就是仔細(xì)檢查XPE電子數(shù)據(jù)表底部的標(biāo)簽，盡可能準(zhǔn)確地填寫所建議的解決方案的細(xì)節(jié)