Xilinx xPower

Другая программа для расчета потребляемого тока ПЛИС, имеется в среде Xilinx ISE – это утилита xPower. Раньше, для того, чтобы рассчитать потребляемую мощность ПЛИС приходилось моделировать проект в ModelSim, затем сбрасывать результат в VCD файл (огромных размеров) и скармливать этой утилите. Все это работало через пень-колоду. Теперь все намного проще, программа все делает сама. После компиляции и разводки проекта запускаем xPower, которая на своей главной странице выдает лаконичную табличку:

Результат

Теперь построим на одном графике данные, полученные измерением в железе (синии столбцы), данными расчета xPower (красные столбцы) и скрипта Xilinx Power Estimator (желтые столбцы). И тут опа… Во-первых можно сказать, что данные всех трех графиков имеют строго линейный вид, а это правильный ответ, во-вторых можно заметить, что данные xPower ровно в 2 раза ниже измеренных данных до границы выполнения констрейнов. И это неправильный ответ. Лучше результат получился у xPE, но и он с погрешностью до 30%. По поводу xPE, кстати, я так и не понял какой toggle rate я должен ввести 50% или 100%, ввел 50, со 100% результат превышал измеренный процентов на 50. И ладно бы, если расчетные данные врали в сторону увеличения, их можно было бы использовать для рассчета источников питания на стадии разработки платы, с другой стороны коэффициент умножения получился четко 2, можно ввести поправку. Но все равно неприятный осадок остался. В чем причина занижения результата, пока не разобрался, может быть это старый кристалл, может быть неверны какие-либо настройки. Кстати вышеупомянутые данные от Intersil наоборот, почти в 2 раза больше измеренных, и кому вообще верить?

Потребляемый ток ядра ПЛИС ICC_INT, А

Все вышесказанное касалось тока потребления по ядру Vcc_int, чтоже у нас по остальным напряжениям?

Напряжение Vcc_AUX = 2.5В используется, похоже, только для питания DCM, причем зависимости от частоты особо не наблюдалось, потребление было постоянным и составляло около 70мА, для 4 DCM и уменьшалось на 20мА, после отключения каждого из DCM. И здесь расчет программы xPower точно совпадал с реальным результатом. Показания xPE тоже совпадали с предыдущими результатами.

что касается Vcc_IO то легко предположить, что потребление здесь возникнет при подключении большого числа пользовательских выводов, переключающихся из одного состояния в другое. Для проверки этой идеи я подключил выходы триггеров fd_sig к выходным пинам ПЛИС. Картина получилась следующая:

Снова мы видим занижение результата почти в 2 раза программульки xPower, xPE на этот раз показал результат почему-то ниже чем xPower, впрочем в скрипте был пункт выходная емкость пинов, я ее не знаю, ввел 5пФ, но если ввести больше, результат можно подогнать

Потребляемый ток IO (3.3В) ICC_IO , А

Начиная с частоты в 50МГц, xPower начала выдавать сообщение о том, что ПЛИС может перегреться. А при частоте 200МГц корпус QFP-208 начал греться так, что палец было невозможно держать, я программировал ПЛИС и сразу выключал плату. Так что расчет мощности дело совсем не лишнее.

На этом эксперимент можно считать завершенным, но его результаты требуют проверки. Как говорится если результат получен один – это случайность, если дважды – это уже статистика.