大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。
紫光同创里面的，芯片功耗计算。没看过，没用过。有兴趣瞄一下。我又不用再电池行业，对电源没啥要求。
没用经验之谈，拷贝参考书。
一、总体介绍
（一）Pango Power Calculator总体介绍
Pango Power Calculator是用来计算用户设计产生功耗的软件，简称PPC，是集成在PDS中的一个组件。用户在完成design设计，经过综合、map、布局布线后，可以使用PPC计算出芯片的功耗。 在布局布线后，PPC可以得到真实的FPGA资源使用情况（包括各种资源的数目、绕线情况、Clock主频等），通过这些信息可以计算出较准确的功耗值。 PPC主要有三项数据输入： 1．布局布线完成之后，各项资源的使用信息，包括：各种Grid device资源的实际数目、配置信息、绕线信息、以及Clock的主频、Clock数量等。 2．Signal activities信息，有两种方式获取该信息：一种是由用户指定默认值，软件根据用户指定的默认toggle和static probability，通过遍历整个网表来估算所有资源的signal activities；另一种是读入仿真工具（如Modelsim）产生的VCD文件来得到精确的signal activities。 3．用户提供的外部工作条件，主要包括环境、电压等参数。 PPC利用以上的输入数据可以精准的计算出功耗数值，较准确的反映design的功耗和芯片温升情况。 （二）功耗介绍
我毛华望QQ849886241，深圳工程师。博客http://blog.csdn.net/my_shar
1. 功耗的基本概念 功耗是电路在单位时间内消耗的能量，国际标准单位是瓦特（w）。 能量是物理系统做功本领的量度，国际标准单位是焦耳（j）。 2. FPGA电路功耗组成和分析 1）静态功耗（Static Power） 静态功耗是指FPGA在正常运行时所有电路各种漏电（leakage）产生的功耗。随着工艺尺寸的小型化，静态功耗占芯片总功耗的比例会越来越高。 2）动态功耗 动态功耗是用户设计（design）产生的功耗，由design本身的功能及数据输入的模式决定，主要包括瞬时功耗和充放电功耗。瞬时功耗在FPGA首次通电时产生，随着供电电压的不同而改变。充放电功耗是电路在充放电过程中产生的功耗。 3）片上功耗 片上功耗是FPGA芯片内部产生的功耗，它是静态功耗和动态功耗的总和。 4）片外功耗 片外功耗是IO引脚驱动芯片外部电路产生的功耗，主要包含IO终端，LED，IO buffer等电路。 3. 功耗影响因素 1）电压（Voltage） 电压主要影响动态充放电功耗，动态功耗和电压的平方成正比。 2）负载（Load） 负载主要影响动态充放电功耗，动态功耗和负载成正比。 3）时钟频率（Frequency） 时钟频率主要影响动态充放电功耗。动态功耗和时钟频率成正比。 4）信号翻转率（Toggle rate） 一个时钟周期之内信号翻转的次数，主要影响动态充放电功耗。动态功耗计算公式为： P = 0.5 C V^2 f d 其中d表示Toggle rate。 5）输入状态概率（Input static probability） 输入状态概率是单位时间内输入为高电平的概率，主要影响input-dependent功耗。 6）输入信号转换速率（Input signal slew rate） 输入信号转换速率主要影响动态瞬时功耗。 7）工艺偏差（Process variation） 工艺偏差影响静态功耗和动态功耗。 8）环境温度（Ambient temperature） 环境温度是芯片周围空气的温度，主要影响静态功耗。 9）节点温度（Junction temperature） 节点温度是在设备运行时，FPGA中半导体电路PN结的温度。通常在选择device之后，会选择一个温度等级。这个等级定义了一个温度范围，在此范围下保证device可以按照指定的状态运行。如果运行环境超过了温度范围，将无法保证设备的正常运行。 结点温度 = 环境温度 片上功耗 * 对空气的有效热阻
10）对空气的有效热阻（Effective Thermal Resistance to Air（θJA（°C/W））） 对空气的有效热阻是一个定义功耗从FPGA中的硅单元以热量的形式扩散到空气的系数。 主要包含两部分： 1. 热量从硅单元向上传到周围空气中的热阻，用 θJA表示。 2. 热量从硅单元向下传到电路板然后到达空气的热阻，用 θJB表示。
4. PPC计算FPGA功耗的组成部分 PPC主要针对FPGA芯片在上电之后，芯片正常工作时的功耗进行分析，包含各种资源的静态和动态功耗分析。鉴于各种资源的功耗模型或者分析手段不同，PPC的功耗分析按照以下资源类别来进行： 1）逻辑资源 包括LUT，flop，gate，MUX等可编程逻辑块内部的功耗。 2）APM 乘法器，累加器，flop等APM模块内部功耗。 3）DRM DRM内部功耗。 4）PLL PLL内部功耗。 5）Clock network Clock network产生的功耗，占全芯片功耗的较大比例。 6）Routing资源 Signal routing的功耗，占全芯片功耗的最大比例，而且随着工艺的小型化，这部分比例会越来越大。 7）IO IO的功耗包括IO自身功耗，和IO驱动外部电路的功耗两个部分。 8）Hard-IP 包括SERDES、DDR2/3等。 9）其他模块 如Configuration RAM、CCS、解密模块、e-fuse等。
二、功能描述 （一）PPC功能简介
PPC通过遍历布局布线之后的电路网表，根据相关的配置情况（环境参数、电源电压、信号翻转率等）计算出用户设计中用到的各项资源的功耗数据。每次改变相关配置后需要重新执行PPC来计算功耗数据。 在执行PPC计算功耗之前，用户可以指定VCD文件用于计算信号的toggle rate，如果没有指定VCD文件，软件将会根据用户指定的默认signal activities估算出信号的toggle rate。 功耗数据计算完成之后，软件将会产生一个后缀为.ppr的功耗报告文件，该文本文件以表格的形式记录了setting信息和summary信息。setting信息包含器件、工作环境、电源电压等参数配置情况。summary中记录了总的功耗信息、各类资源的功耗分布以及各个电源的功耗分布情况。 （二）PPC支持的芯片器件类型
表1 PPC支持的芯片器件类型 （三）软件运行
1）软件执行流程 PPC集成在PDS中，需通过PDS来运行PPC，PDS中提供了两种执行PPC的方式。 1. 双击Flow窗口下的Report Power，可产生文本类型的功耗报告。 在执行PPC之前用户可以配置PPC运行的相关参数，若不进行配置，PPC将使用默认参数计算功耗。 在Flow窗口中点击鼠标右键弹出菜单。
图 1 右键菜单配置选项 选择configure，在弹出对话框的左侧窗口中选择Report Power，右侧窗口跳转到PPC相应的配置界面。
图 2 PPC参数配置界面 该窗口中有两个复选框和两个Tab页面：Power Settings和VCD File Settings。 在Power Settings页面中，Specify Input Setting File为用户需要指定的配置文件，该配置文件提供了PPC计算功耗过程中需要的器件、环境、电源电压等相关参数。 在VCD File Settings页面中包含三项输入内容： Specify Input VCD File: 用户指定的后仿真文件，该文件记录了仿真波形，通过该文件能够获取信号的翻转情况。 Specify the test bench top module:用户指定的仿真文件中顶层module名。 Specify the design top module instance:用户指定的设计design在test bench中的例化名。
图 3 VCD配置界面 在完成配置之后点击OK按钮保存配置。 双击Flow窗口下的Report Power执行PPC功耗计算流程，如下图所示：
图 4 Flow窗口界面 Report Power前面会出现一个进度条指示PPC执行功耗计算的进度情况，若在PPC执行过程中出现错误，PPC会停止执行并在Console窗口输出错误信息。PPC正常完成之后，点击PDS Report Summary界面中Report窗口下的Report Power选项，即可在PDS上打开PPC产生的文本形式的功耗报告。如下图所示：
图 5 PPC产生的文本格式的功耗报告 2. 点击PDS工具栏的Power Calculator图标，PPC会将功耗计算结果显示在界面中。 在PDS的工具栏中点击Power Calculator图标，如图所示：
图 6 PDS工具栏的Power Calculator图标 PPC首先加载模型文件，读取网表信息。之后弹出详细配置向导界面，如下图所示：
图 7 PPC配置图形界面 该页面中有2个按钮:Next、Run。 Next：跳转到下一个配置界面。 Run：执行PPC计算功耗。 配置向导中有两个页面。 1. 文件配置向导，如上图所示。页面中有7个选项： Input Setting File：用户指定的PPC参数设置文件。 Input VCD File：用户指定的VCD仿真文件。 Specify the test bench top module：指定测试用例顶层module名。 Specify the design top module instance：指定design在test bench中例化的名字。 Output Setting File：用户指定输出的设置文件名和保存路径，PPC在运行完成之后会把运行时的相关参数保存下来，若不指定则在当前工作路径下保存默认设置文件。 Output Text Report File：用户指定输出的功耗报告文件，PPC在运行完成之后会把功耗计算结果保存在功耗报告文件中。若不指定该文件则会在当前工作路径下保存默认功耗报告文件。 Output PPF File：用户指定的PPF文件名和路径。PPF文件可作为PPP的工程文件，记录了PPC计算功耗中所有的参数和数据。若不指定则在当前工作路径下保存默认文件。 点击Next按钮进入参数配置界面。 2、详细参数配置界面，如下图所示。
图 8 PPC详细参数配置界面
该界面中有4个Tab页面分别为Device Settings、Environment、Power Rail、Default Activity Rate。 Device Settings：器件参数，灰色表示只读，不可改变。 Environment：环境参数，包括温度、散热情况、空气热阻等。 Power Rail：电源电压参数，单位为伏特(V)。 Default Activity Rate：默认的信号翻转情况和时钟频率。 点击Run按钮执行PPC功耗计算，会弹出一个进度条指示PPC计算功耗的进度情况。当计算完成之后进度条消失，出现PPC功耗的功耗报告窗口如下图所示：
注： PPC所有文件所在文件夹名：只允许字母数字下划线（_）杠（-）点（.）@ 和空格（ ），但空格不能出现在路径名首尾 ； 文件名：只允许字母数字下划线（_）杠（-）点（.）。 点击Run后，PPC即开始进行功耗计算，此时会弹出一个包含进度条和输出窗口的对话框，如图9所示：
图 9 PPC功耗计算窗口 进度条显示当前功耗计算的完成度，而下边的输出窗口用来输出打印信息，在功耗计算结束后，用户可以查看计算中是否有错误或者警告产生，点击Close按钮将关闭该对话框，点击OK按钮将进入主界面，显示如图10所示的功耗报告界面。
图 10 PPC界面的功耗报告 窗口的左边是索引窗口，索引包括Setting、Summary、Device三个选项，如下图所示：
图 11 功耗报告的索引窗口 2）Setting页面 点击Setting选项打开的页面可以看到用户在Configure界面所进行的设置，如下图所示：
图 12 Setting 界面 3）Summary页面 在Summary页面上，用户可以查看整体的功耗信息。如图所示：
图 13 Summary 界面 Power Summary页面简明的显示了芯片功耗和温度的相关情况，包括总的片上功耗，静态功耗，外部功耗，结点温度等。 Logic Device Summary页面显示了不同资源的功耗及各个资源功耗所占总功耗的比例。 Power Rail Summary面板显示了不同电源的电流值及估算出的功耗值。 这个页面中的所有数据都是不可编辑的只读数据，这些数据反映了用户设计的功耗和分布情况。 4）Device页面 Device下的选项对应芯片中各类资源的配置和功耗计算数据页面。主要包括：Clock、DRM、CLM、IO、APM、PLL和Net等。本列只显示被使用了的资源的信息，未使用的资源将不会显示。点击这些选项可以查看这些资源的使用情况和功耗数据，如下图所示为DRM的数据页面。
图 14 Device 界面
发布者：全栈程序员栈长，转载请注明出处：https://javaforall.cn/179765.html原文链接：https://javaforall.cn
