基于FPGA芯片的电路系统功耗预测方法

摘要

本发明公开了一种基于FPGA芯片的电路系统功耗预测方法，主要解决同类技术无法满足系统热失效和可靠性分析要求的问题。其实现步骤为：1.依据功能对FPGA内部资源进行模块划分，确定建模最小单元；2.针对建模最小单元确定其功耗影响因子；3.通过功耗影响因子与功耗间的关系建立最小单元的功耗数学模型；4.对比数学模型的预测值和硬件平台的实测值，验证数学模型的精度；5.采用精度达标的数学模型计算各个最小单元的功耗，将这些最小单元的功耗相加得到基于FPGA芯片的电路系统的总功耗。本发明降低了预测误差率，提高了预测精度，可用于基于各个系列各个型号的FPGA芯片的各种电路系统功耗预测。

主权项

一种基于FPGA芯片的电路系统功耗预测方法，包括如下步骤：(1.1)依据功能将FPGA内部资源划分为时钟网络CLOCK、逻辑LOGIC、嵌入式存储器RAM、数字信号处理DSP、锁相环PLL和输入输出块IOB这6个功能模块，并将其中的LOGIC功能模块再分割为查找表LUT和触发器FF这2个子功能模块，将该2个子功能模块和其余的5个功能模块作为建模最小单元；(1.2)根据步骤(1.1)确定的功耗预测的建模最小单元，借助FPGA厂商提供的早期功耗分析仪EPE软件获得各个最小单元的功耗影响因子的总个数n和功耗影响因子x₁,x₂……x_n；(1.3)根据最小单元的功耗影响因子与功耗间的关系，建立各个建模最小单元的功耗数学模型：$P=\underset{i=1}{\overset{n}{\Pi }}f\left(x_i\right)$其中，i表示第i次取值和运算，x_i为第i个功耗影响因子，f(x_i)为由x_i拟合得到的函数；(1.4)对FPGA中的7个最小单元各自的影响因子逐一进行赋值，设计得到对应于这7个不同最小单元的测试向量，用该7个测试向量作为1组测试向量；(1.5)将步骤(1.4)重复m次，获得m组测试向量，即得到7m个测试向量；(1.6)搭建基于FPGA的硬件平台，将7m个测试向量逐一下载到硬件平台的FPGA芯片中，得到相应的硬件平台的7m个功耗实测值；(1.7)将步骤(1.4)中7个最小单元各自的影响因子代入步骤(1.3)中相应最小单元的功耗数学模型，得到7个最小单元各自的功耗预测值P，与硬件平台得到的7个功耗实测值P'对比，计算这7个最小单元各自的误差率Δ＝|P‑P'|/P'；(1.8)重复步骤(1.7)m次，计算每个最小单元的m次运算的均方根误差率：$ϵ=\sqrt{\frac{\underset{k=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\Delta }^2}{m}}$若ε满足误差要求，即ε≤10％，则建模最小单元的功耗数学模型精度达标，无须修正；若ε不满足误差要求，即ε>10％，则在建模最小单元的功耗数学模型中添加修正因子，以减小误差，直至ε满足误差要求；(1.9)对于基于FPGA芯片实现任意电路功能的系统，在进行实际电路设计之前，根据系统的参数指标要求，进行各个最小单元影响因子的配置，将各个最小单元影响因子的配置值代入到各个最小单元修正后的功耗数学模型中，预测该系统的各个最小单元的功耗，并将各个最小单元功耗相加得到系统的总功耗。