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FPGA或SOC的功耗評估在項目中很重要

2018-07-09
關鍵詞: FPGA SOC 功耗評估

  經常接到工程師的電話,問所選擇的FPGASOC的功耗情況,有沒有典型值。其實針對功耗設計,工程師可以在設計的各個階段更加準確把握,以xilinx FPGA為例:

  1.項目設計初期

  項目設計初期會選型,工程師根據資源、IO、硬核、IP等選擇對應型號的FPGA。功耗部分xilinx提供了XPE表格(Xilinx PowerEsTImator),這個XPE支持zynq、目前也有各個系列的器件列表,包括最新的ultrascale + 。

 

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 圖1.XPE的表格界面

  這是比較容易使用的表格、圖形化,包括器件、散熱條件、PCB層數、主要IP和硬核資源的占用情況。當然再設計的初期,工程師是很難精確把握資源占用率的。硬核和IP的占用情況比較好評估,比如是否使用DDR的MIG等。

  2. 當完成設計的工程版本后,ISE和vivado都支持比較準確的功耗評估工具。ISE對應的XPA小插件,在完成布局布線的bit文件后打開xilinx XPoweranalyzer ,能夠看到detail的資源報告,注意修改環境參數,需要更新power結果。

  

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圖2.XPA的界面

  相比ISE,vivado 的report power更加準確,可以設置更多的環境條件。

  

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圖3.vivado power setTIng

  Vivado中針對power的圖形化分類更加準確和詳細,動態功耗、靜態功耗都有清晰描述。這也是工程師降低功耗的優化方向。

 

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 圖4.vivado report power 結果

  3. 上板調試階段

  在完成工程后,很多工程師都希望實測FPGA的功耗;但實際上FPGA分為vccint、VCCO、VCCAUX等電壓,PCB板子上有很多器件,如DSP、ADC、memory等。比較難估算和測試單獨FPGA的功耗。可以通過FPGA JTAG加載前后電流變化對比動態功耗的增加情況。

  降低和評估功耗是FPGA硬件設計的工作之一,在設計初期的預估功耗、設計后期的降低功耗都是FPGA工程師的設計挑戰和難點。這也是產品量產的關鍵因素之一,因為功耗影響產品的穩定性、可靠性和結構設計等。


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