1SRAM FPGA為什么比Flash FPGA功耗高？

FPGA的功耗由4部分組成：上電功耗、配置功耗、靜態功耗和動態功耗。一般的FPGA都具有這4種功耗，但是Actel Flash FPGA由于掉電數據不丟失，無需配置芯片，所以上電后不需要一個很大的啟動電流，也不需要配置過程，只有靜態功耗和動態功耗，沒有上電功耗和配置功耗。

同時，基于Flash架構的FPGA每個可編程的開關都是由2個晶體管構成，而基于SRAM技術的FPGA每個可編程開關是由6個晶體管構成，所以單純從開關的功耗上分析，Flash FPGA的開關消耗功耗要比SRAM FPGA低很多，并且SRAM FPGA通常具有較高的靜態功耗和動態功耗。

雖然Actel Flash FPGA功耗低，但是工藝沒有SRAM FPGA高，可容納的邏輯資源也沒有SRAM FPGA多，制造成本更高，所以目前常用的還是SRAM FPGA，只有在一些低功耗、快速啟動、安全高的情況下才會用到Actel Flash FPGA，也就是：每個產品各有所長，好的工程師不是一味的追求前沿牛逼技術，而是合理整合資源，取長補短，讓系統更優。下面匯總各個FPGA的功耗估算分析工具，作橫向對比和學習，并有所思有悟，指導我們以后產品的設計。

2EDA自帶的功耗估算分析工具

各個廠商都會有自帶的EDA設計工具，既然FPGA是他們做的，那么他們當然對自己的FPGA內部結構更清楚，也一定有很多對應的設計工具，功耗估算工具自然不在話下。這也是我們學習中常用的一種思路：從源頭去找解決的方法是最快最高效的學習思路。

①Altera

Altera廠商提供2種功耗估算工具：一種是Excel-based功耗計算器，用于設計前期的初步估算，參數手動輸入或者由Project導出文件導入；另一種是基于仿真的功耗估算器（simulation-based），是設計并仿真完成使用，對工程設計提供了一個準確的功耗估算方法。

其中，基于Excel-based功耗計算器的PPE功耗估算器如下圖，詳細使用方法可查看對應的用戶手冊。

而基于仿真的功耗估算器（simulation-based），需要導入門級仿真生成的VCD文件作為PowerPlay Power Analyzer的輸入文件后輸出功耗估算報告，報告圖界面如下圖：

②Xilinx

Xilinx廠商也提供相似的2種功耗估算工具：一種是簡單的速查Excel估算工具XPE，針對設計初期的功耗進行估算，參數手動輸入或由Project導出文件導入；另一種是ISE或Vivado下專用功耗分析工具XPower，針對設計完成后輸出詳細的功耗報告。

其中，速查Excel估算工具XPE界面如下圖，詳細使用方法可查看對應的用戶手冊。

專用的功耗分析工具XPower在Vivado下的界面如下圖：

③Actel

Actel FPGA生產商也提供了和其它廠商相似的功耗估算工具：一種是簡單的Excel工具PolarFire Power Estimator，也是用于設計前期的功耗初步估算；另一種就是LiberoSOC軟件自帶的功耗分析工具，用于設計完成后的詳細分析及優化。

其中，PolarFire Power Estimator界面如下圖，詳細使用方法可查看對應的用戶手冊。

LiberoSOC軟件自帶的功耗分析工具界面如下圖：

3CPU功耗估算

有人會問：FPGA中有這么好用的功耗估算分析工具，那CPU了？同樣的道理，我們使用的CPU應該都有對應的功耗估算工具供我們設計時使用分析功耗，通過找對應的生產商肯定可以找到對應的設計分析工具。因為在ZYNQ中不僅有FPGA邏輯PL部分，還有ARM屬于CPU部分，所以，Xilinx也提供了對ZYNQ中PS的功耗估算，XPE中對應的界面如下圖。

4FPGA功耗設計步驟

a. 首當其沖，當然是設計一個好的系統架構，好的系統架構，好的內部模塊劃分就是系統成功了一半，因為FPGA非常注重結構，好的結構會帶來好的時序，資源使用更合理，功耗自然就低；

b. 接著，規劃好整個系統的時鐘資源，因為FPGA的功耗主要來源于動態功耗，而動態功耗又直接由時鐘決定，所以好的時鐘規劃，時鐘數盡可能少、時鐘頻率盡可能低，功耗自然會低；

c. 然后，規劃合理的IO的標準，特別要把一些未用的IO設為高阻，剛開始接觸FPGA時不懂，把所有IO沒有關，就一個簡單的計數器工程都讓片子發燙，后來把IO設為高阻就好了；

d. 最后，就是工程設計中的一些技巧：用好EDA工具的低功耗綜合配置、多使用時鐘使能信號、需要情況下謹慎使用門控時鐘、優化設計中的各個模塊實現方式等。

在這里，特別要借助功耗估算分析對設計前期進行功耗評估，對設計后期進行功耗優化。

5總結

FPGA產品設計中離不開功耗的估算，用好EDA下的工具會讓我們事半功倍，而且如果你夠細心，你會發現：1.各個廠商的FPGA估算途徑都相似；2.Xilinx的ZYNQ加入了對CPU的功耗估算；3.使用Excel來對產品前期進行功耗估算，需要你對FPGA內部資源足夠熟練，所以其實優化功耗好的同時，也幫你在優化資源，把控整個系統，多看看PPE、XPE和PolarFire Power Estimator功耗估算Excel工具，對你了解FPGA內部結構和系統幫助甚大，是了解FPGA內部組成的一條好的捷徑。

來源：本文轉載自FPGA2嵌入式公眾號