降低FPGA功耗的设计技巧

状态机设计  

根据预测的下一状态条件列举状态机，并选择常态之间转换位较少的状态值。这样，您就能够尽可能减少状态机网络的转换量（频率）。确定常态转换和选择适当的状态值，是降低功耗且对设计影响较小的一种简单方法。编码形式越简单（一位有效编码或格雷码），使用的解码逻辑也会越少。  

功耗估算工具  

赛灵思提供了两种形式的功耗估算工具：一种叫做 Web Power Tools 的设计前工具和一种叫做 Xpower 的设计后工具。Web Power Tools 可通过 www.xilinx.com/cn/power 获得，它提供了根据逻辑利用率大概估计做出的功耗估算。利用它，您可以仅凭设计利用率估计就能获得功耗评估，而无需实际设计文件。  

XPower 是一种设计后工具，用于分析实际器件利用率，并结合实际的适配后 (post-fit) 仿真数据（VCD 文件格式），给出实际功耗数据。利用 Xpower，您可以在完全不接触芯片的情况下分析设计改变对总功耗的影响。  

基于 Web 的功耗工具  

基于 Web 的功耗估计是在设计流程的早期获得器件功耗情况的最快捷和最方便的方法。这些工具每个季度都会发布新版本，因此信息总是最新的，且不需要安装或下载，只需要拥有互联网连接和 Web 浏览器即可。您可以指定设计参数并保存和加载设计设置，免去了通过交互使用重新输入设计参数的麻烦。只要有对设计行为的估计并选定目标器件即可开始。  

Xpower：集成的设计专用功耗分析  

Xpower 是所有 Xilinx ISE设计工具的一个免费组件，您可以利用它对您的基于设计的功耗需求进行详细得多的估计。XPower 是在映射或布局和布线后设计的基础上对器件功耗进行估计的。  

对于成熟的投产的 FPGA 和 CPLD，XPower 计算出的功耗估计的平均设计批量误差 (suite error) 小于 10%。它将把器件数据与您的设计文件结合起来综合考虑，并按照您的专门设计信息给出估计器件功耗的高精度报告。  

XPower直接集成在 ISE 软件中，可提供层次化的详细的功耗显示、详细的总结报告和功耗向导，即使是新用户也可轻易上手。XPower 可接受仿真的设计活动数据，并可以 GUI 模式和批处理模式运行。  

XPower 将考虑设计中的每个网络和逻辑元素。ISE 设计文件提供准确的资源使用情况；XPower 交叉参考布线信息以及特性化电容数据。于是物理资源针对电容进行特性化。设计特性化将对新器件持续进行，以给出最精确的结果。Xpower 使用了网络翻转速率和输出负载。然后 XPower 计算功耗和结温，还可以显示单个网络的功耗数据。  

结论  

对更便宜和更简单的热管理以及与前沿 FPGA 不断提高的功耗需求相匹配的电源的不断增长的需求，将低功耗设计的概念提升到一个全新的高度。赛灵思最新器件 Virtex-4 FPGA 提供了 90 nm 工艺技术的高性能，却避免了预想中静态功耗的显著增大。使用赛灵思功耗估算工具并遵循低功耗设计考虑事项，满足您的功耗目标将比以往任何时候都更加容易。