靜態(tài)功耗的定義及FPGA設(shè)計中常用降低功耗的方法

功耗的三個主要來源是啟動、待機和動態(tài)功耗。器件上電時產(chǎn)生的相關(guān)電流即是啟動電流。

靜態(tài)功耗是指一個電路維持在一個或另一個邏輯狀態(tài)時所需的功率。可以通過觀察電路中每個電阻元件的電流I和壓降V來計算每個元件的功率VI，并求和得到總功率，這就是沒有負載的情況下的靜態(tài)功耗，也就是我們通常在數(shù)據(jù)手冊上看到的標稱值。

FPGA設(shè)計中常用的一些可以降低功耗的方法：

1.狀態(tài)機編碼：大量的邏輯資源是由實現(xiàn)的有限狀態(tài)機的類型來定義的。One-hlt狀態(tài)機編碼創(chuàng)建每個狀態(tài)的一個觸發(fā)器的狀態(tài)機，與Gray和二進制狀態(tài)機，較少利用one-hot狀態(tài)機可以獲得功效更好的設(shè)計。一些綜合器軟件能自動對狀態(tài)機進行編碼，但最有效的方法是直接在HDL代碼中定義狀態(tài)值。

2.保護賦值：賦值保護的關(guān)鍵在于：若最終的輸出不需要更新，則阻止輸入信號向下傳播到其它邏輯塊。對輸入信號的賦值保護可確保僅在適當時改變輸出值，從而將不必要的輸出開關(guān)減至最少。

在大型組合邏輯（例如寬總線復用器）的輸入端加鎖存器，這能抑制無效的開關(guān)活動，因為僅當輸出需要更新時輸入才被鎖好。類似地，可利用控制寄存器來打開或關(guān)閉低級別的模塊（如子模塊中的狀態(tài)機）。使大總線和子模塊保持在一個恒定狀態(tài)有助于減少不相關(guān)輸出開關(guān)的數(shù)量。

3.組合環(huán)：在不注意的時候，設(shè)計師偶爾可能在FPGA設(shè)計中創(chuàng)建了組合環(huán)。當一組相關(guān)的組合邏輯在特定的條件下不斷振蕩時，就會形成這些組合環(huán)。振蕩器將消耗FPGA中的許多電流。因此，最好是評估振蕩器，或確保在重新評估之前任何反饋邏輯都由一個寄存器來進行門控。

4.門控時鐘：對于暫時不使用的模塊，系統(tǒng)可以減慢或停止其時鐘。在任一給定時間，通過時鐘可以節(jié)省功耗。門控時鐘可以極大地節(jié)省功耗，因為有源時鐘緩沖器的數(shù)目減少，翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器的次數(shù)將減少，因而那些觸發(fā)器的輸出端將減少可能反轉(zhuǎn)。門控時鐘要求仔細地規(guī)劃和分割算法，但節(jié)省的功耗相當可觀。

推薦閱讀：http://www.ttokpm.com/article/83/116/2016/20160531420946.html