XPower 概述

时间:2008-09-11
  CMOS器件的功耗包括静态(直流DC)功耗和动态(AC开关)功耗。通常CMOS器件的静态功耗都比较低,而且该参数也比较好测量,因为其功耗主要来源于CMOS电路开关效应所产生的动态功率损耗。XPower计算功耗时,为每个时序部件(LUT、FF、BRAM及DLL等)及布线建立一个电容模型,然后根据用户设置的时钟和输入信号开关频率、同步元件的开关效应、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。经过布局布线后,XPower工具将各个部件的功耗及网线的传输功耗求和作为FPGA的总功耗,每个器件的功耗可以表示为:


            
式中,P为功耗,单位为mW;C为电容量,单位为F;V为工作电压,单位为V;E为开关效应(或称“开关的翻转率”,即每个时钟周期的平均信号变化次数);f为频率,单位为Hz。电容量取决于用户的设计,在选定器件及完成布局布线之后,分布电容也随之确定。E×f是特定部件的总翻转次数,开关效应参数可以通过仿真文件VCD得到或在XPower的GUI界面中输入。

  信号的翻转率是指在一个时钟周期内信号发生跳变的概率,如果一个信号在每个时钟周期都发生跳变,那么信号的翻转率为100%。该信号的输出频率应为时钟频率的一半,即100%的翻转率对应1/2的时钟频率。正确地输入信号的工作频率和翻转率(效应),对功耗的估算非常重要。

  XPower的输入文件包括NCD(FPGA器件)和CXT(CPLD器件)设计文件、PCF物理约束文件、仿真工具生成的VCD(Value Change Dump)数据存储文件及XML设置文件。其中VCD文件在使用ModelSim进行时序仿真时产生,它提供了所有网线的翻转率情况。用这个文件进行功率分析,可以得到更接近于实际情况的结果:XML为用户设置文件,用于保存XPower设置(如工作电压、结温及翻转率等),在下次打开同一设计时不必重复这些设置。XPower的主要输出文件为功耗分析文件PWR。

  XPower的设计流程为首先打开设计的NCD文件,然后自动读入设计的PCF文件。可以选择是否需要调入VCD和XML文件,并设置工作频率、工作电压、环境温度、输入信号的频率、输出负载电容、驱动电流,以及内部信号的翻转率等参数。设置后XPower将完成功耗分析`并生成FPGA功耗分析PWR。
   


  
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