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使用赛灵思的功耗估计器和分析器工具协助功耗优化的步骤有哪些?

? 2018年07月19日 18:01 ? 次阅读

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、斜坡率和上电顺排序,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: 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电子数据表底部的标签,尽可能准确地填写所建议的解决方案的细节。为了确保早期获得最准确的估算,至少应定义资源使用、时钟频率、触发率和启用率,这非常重要。同时也应做好一定应急准备,应对始终存在的要求变化问题。

这一进程完成后,XPE能在总结标签中提供整体功耗和结温估算,如图1所示。

使用赛灵思的功耗估计器和分析器工具协助功耗优化的步骤有哪些?

估算完成后,您可根据需要,在总结页面上选择“导出文件”选项,将设置从XPE导出,以随后用于赛灵思功耗分析器(XPA)中。这能确保XPA的设置与您最初用于估算的相匹配。

随着开发工作向RTL制造、跟踪综合和布局布线推进,我们根据提供的更准确的信息,随时更新估算结果。要记住,硬件团队,尤其是负责电源设计的团队,应了解估算的任何变动。电源工程师应提供电源轨最糟糕情况下的最大电压,这能进一步提高估算精度。最差情况下最大电源电压升高,也会让功耗估算变大。

XPE非常智能,能在最差情况下最大电源电压超出器件可接受容限时将电子数据表上的电压单元标为橙色并发出警告,如图2所示。

使用赛灵思的功耗估计器和分析器工具协助功耗优化的步骤有哪些?

进入XPA

设计实现后,我们能用赛灵思功耗分析器从功耗图片上获得精确得多的功耗估算。结果到底有多精确,这取决于您对工具的输入。您可点击ISE设计套件进程窗口中布局布线项下的Analyze Power DistribuTIon打开XPA(见图3)。

使用赛灵思的功耗估计器和分析器工具协助功耗优化的步骤有哪些?

一旦XPA打开,您又会看到类似于XPE的总结屏幕(图4)。您在此可定义环境并创建更多设置,也可从您的XPE分析中导入设置。

使用赛灵思的功耗估计器和分析器工具协助功耗优化的步骤有哪些?

要包括.xpa文件或打开新项目,您应采用以下流程,其中包括:

• 本地电路设计(NCD)文件:定义物理FPGA实现方案。

• 设置文件: 定义从XPE导入的设置。

• 物理约束文件(PCF) : 包含时钟信息和映射以及UCF限制。

• 数值变更转储(VCD)或开关行为互换文件(SAIF)仿真文件,可用仿真工具生成,使得XPA能获得设计开关信息 。

自然,您直接包含的信息越多,功耗估算就越准确。XPA能提供估算可信度,这很有帮助,可信度分为低中高三级,并分为设计实现状态、时钟节点活动、I/O节点活动、内部节点活动和器件模型五大类。

这些不同的可信度可得出估算的整体可信度。XPA还能就如何提高各个不同类别的可信度提出建议,这也相当有用,从而有助于提升整体可信度(图5)。

使用赛灵思的功耗估计器和分析器工具协助功耗优化的步骤有哪些?

为了获得功耗估算最高的可信度,您应该从门级仿真获得VCD或SAIF文件。这样,XPA就能了解内部节点的行为,从而提供更精确的估算。

从仿真获得VCD非常直观,不过根据您使用的工具(Mentor Graphics的ModelSim、赛灵思的ISim等)不同,所需的命令格式可能略有不同。如果您正在使用ModelSim工具,那么您就可用以下语法创建简单的VCD文件:

vcd file myvcd.vcd

—define the file name and locaTIon if desired

vcd add /memory_if_tb/ uut_apply/*

—the region of the design that is to be recorded

退出仿真时,结果将会保存在VCD文件中,您可在XPA中使用这个文件。如果您使用的是ISim工具,那么格式会略有不同:

vcd dumpfile myvcd.vcd —define the file name and locaTIon if desired

vcd dumpvars -m /memory_if_tb/uut_apply

—the region of the design that is to be recorded

Run SimulaTIon

vcd dumpflush

—save results to the vcd file created

仿真工具中还有许多更高级的命令,您可用来生成VCD。在工具文档中有详细介绍。

由于包括了VCD文件,您的功耗估算可信度会有所提高。如果您不能提供仿真结果(有的运行需要很长时间),那么XPA会用其内置的分析引擎运行。在此情况下要做到准确,就应再次指定翻转率和启用率。

与XPE中一样,XPA中也应包括最差情况下的最大电源电压,这非常重要。我们也可将XPA设计导回XPE,让设计团队尝试进行更多试验性修改,从而明确这些改动对功耗和结温估算所产生的影响。

可信度还不够高该怎么办?

假设包括了仿真并提供有其它信息,那么您应该就能实现较高可信度的功耗估算和结温预测。在理想情况下,应用应该可以接受这种可信度。不过,如果实际情况下您还无法实现这样的可信度,工程师还有什么其他办法确保设计实现功耗预算目标或所需的结温呢?

为了实现所需的结果,我们可对以下设计的三处地方进行修改:源、实现和(就结温而言)物理模块设计。

在设计源中,您可采取以下步骤:

1. 删除任何异步复位。

2. 在较大组合函数之间包括流水线级。

3. 确保通过推理或实例化在器件中采用专用的资源。

综合和布局布线阶段的选项包括:

1. 针对面积最小化或功耗降低设定优化方案。

2. 检查设计约束,确保不过度约束器件。

3. 限制高扇出路径的扇出。

4. 只要有可能,状态机等就应采用RAM

5. 确保启用重新定时。

希望通过以上步骤,功耗估算和结温预测都能得到改进。不过,如果以上还不行而且确实必要,您也可通过散热或强制气流来降低结温,只是这么做会影响项目的机械设计。

准确的估算

您可用赛灵思功耗估计器和赛灵思功耗分析器获得准确的FPGA设计功耗估算,这两款工具可共享有关信息。功耗估算的准确度取决于仿真和工程设计团队提供数据的质量。

您也应提供足够的应急方案来应对要求的变化,确保解决方案能应对电流功耗和电源电压斜率的要求。

使用赛灵思的功耗估计器和分析器工具协助功耗优化的步骤有哪些?

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联想、中国移动、赛灵思等5大企业推出业界首个移动...

中国北京 — 在6月27日开幕的世界移动大会MWC上海展会上,联想集团、中国移动、赛灵思(Xilin...

发表于 2018-07-03 15:16 ? 2597次阅读
联想、中国移动、赛灵思等5大企业推出业界首个移动...

关于基于Profibus-DP总线的位移传感器设...

测量技术是现代工业生产和科学研究中必不可少的一项技术,其中基于磁致伸缩效应的位移测量技术因其稳定性好...

发表于 2018-07-03 14:06 ? 398次阅读
关于基于Profibus-DP总线的位移传感器设...

FPGA在自动驾驶车内部发挥的重要作用详细资料概...

虽然每个人都希望宣示ASIC的所有权,但大部份最先进的处理都是以FPGA完成的,它让用户有机会在高效...

发表于 2018-07-03 10:34 ? 1019次阅读
FPGA在自动驾驶车内部发挥的重要作用详细资料概...

使用Xilinx Vivado设计套件创建一个...

Xilinx以制造 可编程门阵列(FPGA)而闻名,它是基于一个通过可编程接点连接的可配置逻辑块(C...

发表于 2018-07-03 10:19 ? 145次阅读
 使用Xilinx Vivado设计套件创建一个...

基于FPGA的Cordic算法实现的设计与验证

本文是基于FPGA实现Cordic算法的设计与验证,使用Verilog HDL设计,初步可实现正弦、...

发表于 2018-07-03 10:18 ? 83次阅读
基于FPGA的Cordic算法实现的设计与验证

基于FPGA +AD7609的数据采集系统的实现...

随着信息技术的发展,特别是各种数字处理器处理速度的提高,人们对数据采集系统的要求越来越高,特别是在一...

发表于 2018-07-03 09:01 ? 172次阅读
基于FPGA +AD7609的数据采集系统的实现...

数字图像水印的FPGA实现步骤

未加水印的图像表示为f水印表示为w,常数a控制水印和衬底图像的相对可见性。如果a为1,则水印是不透明...

发表于 2018-07-03 08:22 ? 97次阅读
数字图像水印的FPGA实现步骤

Xilinx Zynq-7000系列:基于ARM...

该委员会专门设计用于与来自锡林克斯的PYNQ项目合作,并使用Python语言和库,设计师可以创建高性...

发表于 2018-07-03 08:17 ? 128次阅读
Xilinx Zynq-7000系列:基于ARM...

清华大学魏少军教授:从IA到AI,我们还要走多远

清华大学魏少军教授指出,未来10年,人工智能和深度学习将成为提升硅片需求的主导因素。到2025年,人...

发表于 2018-07-02 18:10 ? 1185次阅读
清华大学魏少军教授:从IA到AI,我们还要走多远

新思科技公司宣布集成化混合原型验证解决方案

通过对新设计的功能使用Virtualizer虚拟原型技术和对重用逻辑使用基于FPGA的HAPS原型技...

发表于 2018-07-02 11:50 ? 93次阅读
新思科技公司宣布集成化混合原型验证解决方案

“万能芯片”FPGA在深度学习领域的用法

而众所周知,在专用芯片与通用芯片中间,还有一个更为灵活,也更为神秘的领域:FPGA。无论是英特尔天价...

发表于 2018-07-02 07:59 ? 325次阅读
“万能芯片”FPGA在深度学习领域的用法

Xilinx Spartan-6系列封装概述和管...

 Spartan-6系列具有低成本、省空间的封装形式,能使用户引脚密度最大化。所有Spartan-6...

发表于 2018-07-01 10:48 ? 124次阅读
Xilinx Spartan-6系列封装概述和管...

FPGA简单门电路怎么实现?

verilog实现反相器,2输入与门、2输入或门、2输入与非门、2输入或非门、2输入异或门、2输入同...

发表于 2018-07-01 10:28 ? 140次阅读
FPGA简单门电路怎么实现?

关于基于FPGA和ARM的虚拟软盘实现

随着硬件技术的进步,软盘逐渐被新的存储介质代替。但部分旧设备(比如织布机等)并不支持这些更快、容量更...

发表于 2018-06-29 14:26 ? 406次阅读
关于基于FPGA和ARM的虚拟软盘实现

关于基于FPGA的HDMI多模式显示模块的设计

随着社会信息化程度的不断提高,人们对视频处理的要求越来越高,视频处理系统处理的数据量也越来越大。在嵌...

发表于 2018-06-29 14:13 ? 455次阅读
关于基于FPGA的HDMI多模式显示模块的设计

关于基于FPGA的多模式数字匹配滤波器的设计与实...

数字匹配滤波器是直接序列扩频通信系统中的关键部件,可以通过编程实现接收端同步和解扩,提高通信系统数字...

发表于 2018-06-29 14:12 ? 390次阅读
关于基于FPGA的多模式数字匹配滤波器的设计与实...

赛灵思与戴姆勒联袂开发AI解决方案

赛灵思和戴姆勒公司(Daimler AG)今天宣布,两家公司正强强联手采用赛灵思汽车应用领域的人工智...

发表于 2018-06-29 11:07 ? 658次阅读
赛灵思与戴姆勒联袂开发AI解决方案

RAM分为简单双口RAM和真双口RAM

真双口RAM给设计带来很多便利。在高速存储中,需要对连续的数据同时处理,使用简单双口RAM只能读取一...

发表于 2018-06-29 08:54 ? 1210次阅读
RAM分为简单双口RAM和真双口RAM

Windows应用程序,操作系统,计算机硬件之间...

前面说过操作系统能很好的去操作底层硬件,但是不知道什么时候去操作和操作到了什么程度,这些都是由应用程...

发表于 2018-06-29 08:49 ? 472次阅读
Windows应用程序,操作系统,计算机硬件之间...

LT3070:为FPGA和服务器应用设计的稳压...

采用低电压运作的新式 FPGA 和服务器对于细微的电源电压下降很敏感。这种压降可能是以下因素综合作用...

发表于 2018-06-28 12:13 ? 333次阅读
 LT3070:为FPGA和服务器应用设计的稳压...

关于基于FPGA的可消除高频非线性的动态分频鉴相...

鉴相技术是电力电子系统和测试控制中的关键技术之一,在仪器仪表、通信、导航定位、研究网络相频特性和锁相...

发表于 2018-06-28 11:53 ? 427次阅读
关于基于FPGA的可消除高频非线性的动态分频鉴相...

基于Xilinx 16nm Virtex Ult...

基于Xilinx 16nm Virtex UltraScale+ 器件VU9P的异构计算实例F3在阿...

发表于 2018-06-28 09:57 ? 817次阅读
基于Xilinx 16nm Virtex Ult...

基于FPGA的图像加速解决方案

百度云云市场从产品、技术、客户资源等多渠道,开放资源与能力,引入第三方合作伙伴,与合作伙伴深度合作,...

发表于 2018-06-28 09:51 ? 1182次阅读
基于FPGA的图像加速解决方案

关于 LTM4643 的特性介绍与应用

LTM4643 是一款四输出降压型 μModule? (电源模块) 稳压器,该器件可配置为单输出 (...

发表于 2018-06-28 04:14 ? 600次阅读
关于 LTM4643 的特性介绍与应用

赛灵思和戴姆勒宣布将共同开发基于Xilinx A...

赛灵思和戴姆勒今天宣布,两家公司正强强联手采用赛灵思汽车应用领域的人工智能 (AI) 处理技术共同开...

发表于 2018-06-27 17:54 ? 2125次阅读
赛灵思和戴姆勒宣布将共同开发基于Xilinx A...

FPGA设计的“三个代表”:Ultrafastd...

UFDM建议正确的HDL coding风格来满足目标器件,讨论时序约束和时序收敛。正确的IO约束,I...

发表于 2018-06-27 09:50 ? 93次阅读
FPGA设计的“三个代表”:Ultrafastd...

便携式GNSS导航信号采集回放系统,可编写针对K...

该系统的监控端采用了基于CortexA8系列的ARM处理器,该处理器同时兼顾了成本与性能的要求,可设...

发表于 2018-06-27 09:15 ? 112次阅读
便携式GNSS导航信号采集回放系统,可编写针对K...

关于FPGA的功耗评估需要知道些什么

项目设计初期会选型,工程师根据资源、IO、硬核、IP等选择对应型号的FPGA。功耗部分xilinx提...

发表于 2018-06-27 09:05 ? 91次阅读
关于FPGA的功耗评估需要知道些什么

新一代SoC FPGA提供系统可信根,防止关键数...

物联网(IoT)的规模和复杂性不断上升,对主动的强化安全措施的需求日益增加。仅利用软件安全功能已经不...

发表于 2018-06-27 08:31 ? 108次阅读
新一代SoC FPGA提供系统可信根,防止关键数...
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