【干货分享】如何使用电源设计管理器

FPGA开发圈 2022-01-13 08:30

本文档描述了在 Kria™ K26 系统模块 (SOM) 基础上使用电源设计管理器的方式，详细介绍了如何使用电源设计管理器，建议您遵循这些步骤和最佳实践进行操作，这将有助于您以尽可能最快且最高效的方式实现期望的设计目标。如需更多相关内容，欢迎移步文末下载完整版查阅。

设计流程

PDM 支持两大主要设计流程：

手动估算流程：

根据要实现的 K26 设计规划评估 Kria™ K26 SOM 的总功耗时，请使用此流程。

在手动估算流程中，PDM 的使用方式与围绕器件操作的传统Xilinx® Power Estimator (XPE) 工具的使用方式极为相似。启动新 PDM 工程时，新建工程向导会逐步指导您完成工程设置。

导入流程：

您可使用此流程在创建新工程时将 Vivado® 功耗分析生成的文件导入 PDM。

电源设计管理器界面

创建新工程

以下是创建新工程后，PDM 中的汇总表视图。在左侧面板中，提供了器件的汇总信息 (Summary) 和其它块选项卡。“Summary”选项卡包含以下几个部分：

新工程PDM汇总表视图

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器件 (Part)：

此面板提供了器件选择和工艺设置的汇总信息，用于进行功耗估算。您可实时更改这些信息以查看对于总功耗的影响。

提示：要了解最坏情况下的功耗估算，请使用 maximum 工艺。此工艺仅适用于 MPSoC 器件，因为其它板载组件始终采用最坏情况估算。

功耗汇总 (Power Summary)：

该只读表格显示了总功耗估算、结温 (Tj) 和裕度（基于环境表格）。

电压和电流要求 (Voltage & Current Requirements)：

该表列出了载卡的所有电源轨要求。其中指定了电源要求和电压要求。

提示：典型功耗估算从此处开始，此处应显示 MPSoC 轨。SOM 有预连接的供电，因此 PDM 仅显示所需的输入。PDM 还有 DRC，用于确保估算的功耗不超出 K26 SOM 供电的电流限制。

环境 (Environment)：

允许用户将结温强制设为固定值，或者为热处理解决方案指定最大环境温度和有效ThetaJA（从热仿真获取）。

建议：在从热仿真获取 ThetaJA 之前，必须使用最坏情况结温。

热负载：

该表列出了器件和其它外设（如 SOM 上提供的 DDR、功耗调节器和启动器件）上散失的功耗。热负载表中的值必须用作为第三方热仿真的输入。

估算部分 (Estimation Section)：

在左侧面板上的估算部分下提供了器件资源，您可在此处向 PDM 提供有关其使用情况、使能和翻转率的输入。

创建时钟

启动手动估算流程时，建议为设计创建和生成所需的时钟。这样即可支持从其它资源选项卡中选中这些时钟。

在“Clock”选项卡上填充详细信息以创建时钟。选择该时钟属于外部时钟（来自 I/O 管脚）还是内部时钟（来自其它时钟），例如，处理子系统 (PS) 或 GT 恢复时钟。

时钟选项卡

该时钟的扇出字段将根据相应选项卡上的下列信息自动填充：寄存器数量、块 RAM、URAM 和连接到该时钟的其它资源。

电源/功耗提示：PDM 通过使用此方法输入时钟，即可更准确地估算时钟功耗，因为在“Resources”选项卡中每次使用时钟时，都会更新时钟扇出。

如果 MMCM 或 PLL 需要功耗估算，可在“Clock”选项卡的“Clock Managers”表中指定。

时钟管理器标题

在“Clock”表中，可选中用户输入的其中一个时钟作为参考时钟。还可以指定乘法 (M) 和除法 (D) 以及输出分频器。输入此信息时，“Clock”表的输出时钟会变为可用，并且在其它资源选项卡（例如，Logic、DSP、URAM、Block RAM 和 I/O 选项卡）上变为可选，以便估算这些块的功耗和时钟网络的功耗。

电源设计管理器资源选项卡

为设计输入所需的时钟后，必须估算其余资源。PDM 会在“Estimation”部分下的幻灯片视图中的某个选项卡上显示可用资源。

电源设计管理器资源

电源/功耗提示：为便于浏览，您可使用 “>” 图标展开每个选项卡，并通过在显示的列表中选中所需表格来直接跳转到所选表格。例如，单击自动选择 VCU 即可跳转至 PS & VCU 选项卡中以便显示 VCU 表格。

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PS & VCU：

此类别用于显示含有 MPSoC 处理子系统 (PS) 的处理子系统，其中含有四核 Arm® Cortex-A53 和双核Arm Cortex®-R5F 以及一颗 Mali 400 MP GPU。在此选项卡上可配置视频编解码单元 (VCU) 和系统监控器。

时钟 (Clock)：

如上所述，此选项允许您输入外部时钟和内部时钟以及将要使用的 PLL 和 MMCM。在此选项卡上生成的所有时钟都将在所有其它选项卡上显示为选中，以确保时钟扇出准确，从而保证功耗估算准确。

逻辑 (Logic)：

该选项卡允许您输入逻辑资源使用情况和翻转率。可用 K26 SOM 资源和使用情况都显示在使用情况表中。

块 RAM 和 URAM (Block RAM and URAM)：

允许输入块 RAM 和 URAM 使用情况。

DSP：

K26 SOM 最多有 1248 个 DSP slice 可供使用。在此处可输入使用情况以及时钟速率和期望的翻转率。

I/O：

I/O 选项卡中列出了来自处理子系统（DDR4、PSMIO 和 GTR）以及 PL（PL IO 和 GTH）的所有可用接口。“Power Summary & Utilization”表基于 Kria K26 SOM 和 2 x 240 管脚连接器来显示可用接口，以确保设计能保持在 K26 SOM 限制范围内。