文 | 阿正

   来源 | 易灵思

芯片对功耗的苛刻要求源于产品对功耗的要求。集成电路的迅速发展以及人们对电子产品需求的日新月异。

 

这使得设计者对电池供电的系统已不能只考虑优化速度和面积，而必须注意越来越重要的第三个方面——功耗。

 

正阳的做法才能延长电池的寿命和电子产品的运行时间。很多设计抉择可以影响系统的功耗，包括从器件选择到基于使用频率的状态机值的选择等。

 

一个良好的功耗控制，是一个优秀产品的不必可少的基因。

 

 

今天我们将做一个FPGA开发板的功耗对比，分别购入的是ALTERA Cyclone V Core Board 5CEFA7F23 核心板与易灵思钛金系列 Ti60F225ES开发板。

 

之所以选择这两个型号，是因为这两颗FPGA的资源是接近的。

 

我们利用双通道热电测试仪来进行温升测试，通过温升表现来进行对比，直观了解两颗FPGA的功耗。

 

图一  搭建好的测试环境

 

如图一，两块板子都还没有进行通电的时候，温度显示的是环境温度23.7°。通道一显示的是5CEFA7F23开发板的温度，通道二显示的是Ti60F225ES开发板的温度。

 

接下来我们对两块板子烧写跑马灯程序，并且通上电。

 

图二 通电测试跑马灯程序

 

接下来我们下载两块开发板的测试程序，先在5CEFA7F23的下载器内添加比特流文件，输入翻转率50%比特流文件并且加载。

 

图三 5CEFA7F23的测试程序界面

 

然后在Ti60F225ES的测试工程内使用debugger的VIO功能来启动测试，先导入debugger的json文件，然后在debugger界面刷新usb目标设备并选择T60开发板，然后添加比特流文件，同样选择50%翻转率的比特流，点击下载FPGA。

 

进入用户模式以后，将debugger和FPGA连接起来。Channal_en1~4是四个测试通道的使能开关，freq1~4是四个通道的工作频率设置（默认0为400兆，1为200兆，2为100兆），chenckflag是四个通道的校验状态（正确为1错误为0），err_num是四个通道的错误个数。

 

我们将Ti60F225ES全部测试通道的工作频率都设置成200兆，然后把通道全部打开并且清除错误信号。

 

图四 Ti60F225ES的测试程序界面

 

然后我们手动按一下5CEFA7F23的SW1按键开关，启动测试程序。

这时候温度测试仪的显示的两个温度在迅速上升，并且会一直上升到最热点，直到达到一个热平衡。

 

图五 开始测试时的温度显示

 

图六 两个小时后的温度显示

 

两个小时之后温度显示效果如图六，我们可以看到通道一5CEFA723开发板的通道已经达到了85.8°，通道二Ti60F225ES开发板达到了52.9°。

 

根据我们一开始的环境温度23.7°来进行计算，5CEFA723开发板的温升是62.1°，Ti60F225ES开发板的温升是29.2°。

 

这还是在200兆主频下搭载了更多器件的同时，将所有的资源耗尽的情况下，所计测试出来的结果。

 

易灵思Ti60F225ES开发板的功耗是ALTERA 5CEFA7F23开发板的一半。如果搭载的器件数量相同，Ti60F225ES的功耗甚至会更低一些。

 

撰文：易灵思 Bella   编辑：阿正   美编：阿正