讓我們來看一個在狀態(tài)7和狀態(tài)8之間頻繁進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)機。如果您為該狀態(tài)機選擇二進制編碼，將意味著對于每次狀態(tài)7和狀態(tài)8之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，將有四位需要改變狀態(tài)，如表所示。如果狀態(tài)機采用格雷碼而不是二進制碼來設計，則這兩個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移所需的邏輯轉(zhuǎn)換的數(shù)量將降至僅一位。另外，如果將狀態(tài)7和8分別編碼為0010和0011，也可以達到同樣的效果。

時鐘管理

      在一個設計的所有吸收功耗的信號當中，時鐘是罪魁禍首。雖然一個時鐘可能運行在100MHz，但從該時鐘派生出的信號卻通常運行在主時鐘頻率的較小分量(通常為12%~15%)。此外，時鐘的扇出一般也比較高——這兩個因素顯示，為了降低功耗，應當認真研究時鐘。

      如果設計的某個部分可以處于非活動狀態(tài)，則可以考慮使用一個BUFG-MUX來禁止時鐘樹翻轉(zhuǎn)，而不是使用時鐘使能。時鐘使能將阻止寄存器進行不必要的翻轉(zhuǎn)，但時鐘樹仍然會翻轉(zhuǎn)，消耗功率。不過采用時鐘使能總比什么措施也沒有強。

      隔離時鐘以使用少數(shù)量的信號區(qū)。不使用的時鐘樹信號區(qū)不會翻轉(zhuǎn)，從而降低該時鐘網(wǎng)絡的負載。仔細布局可以在不影響實際設計的情況下達到此目標。

      對FPGA顯然也可以使用同一概念。雖然FPGA不一定擁有待機模式，但使用一個CPLD中途欄截總線數(shù)據(jù)并有選擇地將數(shù)據(jù)饋送到FPGA也可以省去不必要的輸入轉(zhuǎn)換。

      CoolRunner-II CPLD包含一種稱為“數(shù)據(jù)門控”的功能，可以禁止引腳上的邏輯轉(zhuǎn)換到達CPLD的內(nèi)部邏輯。該數(shù)據(jù)門控使能可通過片上邏輯或引腳來控制。

狀態(tài)機設計

      根據(jù)預測的下一狀態(tài)條件列舉狀態(tài)機，并選擇常態(tài)之間轉(zhuǎn)換位較少的狀態(tài)值。這樣，您就能夠盡可能減少狀態(tài)機網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)換量(頻率)。確定常態(tài)轉(zhuǎn)換和選擇適當?shù)臓顟B(tài)值，是降低功耗且對設計影響較小的一種簡單方法。編碼形式越簡單(一位有效編碼或格雷碼)，使用的解碼邏輯也會越少。

功耗估算工具

      賽靈思提供了兩種形式的功耗估算工具：一種叫做Web Power Tools的設計前工具和一種叫做Xpower的設計后工具。Web Power Tools可通過www.xilinx.com/cn/power 獲得，它提供了根據(jù)邏輯利用率大概估計做出的功耗估算。利用它，您可以僅憑設計利用率估計就能獲得功耗評估，而無需實際設計文件。

      XPower是一種設計后工具，用于分析實際器件利用率，并結(jié)合實際的適配后(post-fit)仿真數(shù)據(jù)(VCD文件格式)，給出實際功耗數(shù)據(jù)。利用Xpower，您可以在完全不接觸芯片的情況下分析設計改變對總功耗的影響。

基于Web的功耗工具

      基于Web的功耗估計是在設計流程的早期獲得器件功耗情況的快捷和方便的方法。這些工具每個季度都會發(fā)布新版本，因此信息總是的，且不需要安裝或，只需要擁有互聯(lián)網(wǎng)連接和Web瀏覽器即可。您可以指定設計參數(shù)并保存和加載設計設置，免去了通過交互使用重新輸入設計參數(shù)的麻煩。只要有對設計行為的估計并選定目標器件即可開始。

表：通過狀態(tài)編碼減少信號轉(zhuǎn)換
 

Xpower：集成的設計專用功耗分析

      Xpower是所有Xilinx ISE設計工具的一個組件，您可以利用它對您的基于設計的功耗需求進行詳細得多的估計。XPower是在映射或布局和布線后設計的基礎上對器件功耗進行估計的。

      對于成熟的投產(chǎn)的FPGA和CPLD，XPower計算出的功耗估計的平均設計批量誤差(suite error)小于10%。它將把器件數(shù)據(jù)與您的設計文件結(jié)合起來綜合考慮，并按照您的專門設計信息給出估計器件功耗的高。

      XPower直接集成在ISE軟件中，可提供層次化的詳細的功耗顯示、詳細的總結(jié)和功耗向?qū)?，即使是新用戶也可輕易上手。XPower可接受仿真的設計活動數(shù)據(jù)，并可以GUI模式和批處理模式運行。

      XPower將考慮設計中的每個網(wǎng)絡和邏輯元素。ISE設計文件提供準確的資源使用情況；XPower交叉參考布線信息以及特性化電容數(shù)據(jù)。于是物理資源針對電容進行特性化。設計特性化將對新器件持續(xù)進行，以給出的結(jié)果。Xpower使用了網(wǎng)絡翻轉(zhuǎn)速率和輸出負載。然后XPower計算功耗和結(jié)溫，還可以顯示單個網(wǎng)絡的功耗數(shù)據(jù)。

結(jié)論

      對更便宜和更簡單的熱管理以及與前沿FPGA不斷提高的功耗需求相匹配的電源的不斷增長的需求，將低功耗設計的概念提升到一個全新的高度。賽靈思器件Virtex-4 FPGA提供了90nm工藝技術(shù)的高性能，卻避免了預想中靜態(tài)功耗的顯著增大。使用賽靈思功耗估算工具并遵循低功耗設計考慮事項，滿足您的功耗目標將比以往任何時候都更加容易。