低功耗FPGA电子系统优化方法
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影响FPGA功耗的因素有温度、电压、翻转率等，把FPGA的功耗P和影响它的因素x看成函数关系P(x)，则减少功耗就是要寻找P(x)最小值。当x代表的物理量不同时，对应P(x)的单调性也不同：x代表翻转率时，从公式(1)得知，翻转率与动态功耗呈线性关系，P(x)是单调递增的，降低翻转率能有效减少动态功耗；x代表电压和温度时，根据文献[5]给出的实验结果表明，在一定x范围内，P(x)单调递增，降低温度和电压能显著减少漏电流。电源电压降低5%就可以降低静态功耗10%，不过FPGA一般只能在标准电压的±5%幅度内调整。在实际设计中，不需要对P(x)精确建模，只要大致确定P(x)的单调区间和单调性，就能找到功耗最小点。
通常会遇到一些对功耗影响复杂交错的因素，它们对功耗的影响不容易判断。假设有2个相互关联的功耗影响因素x、y，P(x)、P(y)都是单调递增或单调递减的，但x和y不能同时向着P减少的方向变化，此时功耗P的最小值需要综合考虑x和y的取值。在P(x，y)没有建模的情况下，可以通过对(x，y)参数取样后样点的P值来简单判断P(x，y)最小值点，也就是选定(x1，y1)、(x2，y2)…(xn，yn)后，通过比较P(x1，y1)、P(x2，y2)…P(xn，yn)的大小得出最小值Pmin(xmin，ymin)。然后将(xmin，ymin)反馈到系统设计中，便得到功耗最省的系统。
图3所示为一种系统功耗优化方法，在系统设计时，先确定对功耗有影响的2个关联参数x、y，在满足系统要求的前提下，选定一系列(x，y)组合，在每个(x，y)样点通过XPower估算FPGA的功耗，再结合从数据手册或实验里得到的外围设备的功耗，可得到系统整体功耗值P(x，y)，通过分析这些样点上的系统功耗值大小，确定功耗最小点Pmin(xmin，ymin)。最后将这组参数(xmin，ymin)反馈到设计中，从而达到优化系统设计的目的。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/191793.htm
3 系统功耗优化实例
3.1 FPGA读写SRAM系统设计
FPGA读写SRAM的简单系统如图4所示。
为了与理论值比较，要求该系统功耗为可测的。通过控制线rst和CE的电平高低来控制FPGA和SRAM工作状态，通过测量电压和电流可得到此时系统的功耗：当rst为低时，FPGA和SRAM都为空闲状态，测得的功耗为PFi+PSi(PFi为FPGA在idle状态的功耗，PSi为SRAM在idle状态的功耗，PFw为FPGA在work状态的功耗，PSw为SRAM在work状态的功耗，下同)；当rst为高，CE为高时，FPGA为工作状态，SRAM为空闲状态，测得的功耗为PFw+PSi；当rst为高，CE为低时，FPGA和SRAM都为工作状态，测得的功耗为PFw+PSw。由SRAM数据手册得知，PSi在?滋W量级[6]时可忽略不计，所以控制线与所测得功耗关系如表1所示。
选取读写频率与读写时间占空比两个因素分别做为功耗影响因素x、y，当系统数据线位宽为8 bit时，在满足系统数据读写率为6 KB/s的前提下，只要x・y=6 K/s便能满足，如(6 kHz，1)、(12 kHz，0.5)、(1 MHz，0.006)等。在理想状态下，当整体翻转率一样时，功耗是一样的，与读写频率和读写时间占空比无关。但是实际中由于FPGA逻辑实现的差异，所以功耗会有差别，需要考虑x和y的取值来选择一个功耗最小点。这里考虑的读写频率x的范围为0.5 MHz～9 MHz，故读写时间占空比y的范围为6.7・10-4～0.012。
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