解析FPGA低功耗設計

　　下面介紹一下優化BRAM功耗的方法：

　　a)使用“NO CHANGE”模式：在BRAM配置成True Dual Port時，需要選擇端口的操作模式：“Write First”,“Read First” or “NO CHANGE”,避免讀操作和寫操作產生沖突，如圖6所示;其中“NO CHANGE”表示BRAM不添加額外的邏輯防止讀寫沖突，因此能減少功耗，但是設計者需要保證程序運行時不會發生讀寫沖突。

　　圖6

　　圖5中的功耗是設置成“Write First”時的，圖7中是設置成“NO CHANGE”后的功耗，BRAM的功耗從0.614W降到了0.599W，因為只使用了7%的BRAM,如果設計中使用了大量的BRAM,效果能更加明顯。

　　圖7

　　b)控制“EN”信號：BRAM的端口中有clock enable信號，如圖8所示，在端口設置中可以將其使能，模塊例化時將其與讀/寫信號連接在一起，如此優化可以使BRAM在沒有讀/寫操作時停止工作，節省不必要的功耗。

　　圖8

　　如圖9所示為控制“EN”信號優化后的功耗情況，BRAM功耗降到了0.589W。

　　圖9

　　c)拼深度：當設計中使用了大量的存儲器時，需要多塊BRAM拼接而成，如需要深度32K,寬度32-bit,32K*32Bit的存儲量，但是單塊BRAM如何配置是個問題?7 series FPGA中是36Kb 的BRAM,其中一般使用32Kb容量，因此可以配置成32K*1-bit或者1K*32-bit,多塊BRAM拼接時，前者是“拼寬度”(見圖10)，后者是“拼深度”(見圖11)。兩種結構在工作時，“拼寬度”結構所有的BRAM需要同時進行讀寫操作;而“拼深度”結構只需要其中一塊BRAM進行讀寫，因此在需要低功耗的情況下采用“拼深度”結構。

　　注：“拼深度”結構需要額外的數據選擇邏輯，增加了邏輯層數，為了降低功耗即犧牲了面積又犧牲了性能。

　　圖10

　　圖11