9、FPGA低功耗设计方法概述

FPGA低功耗设计方法概述

1. FPGA简介

现场可编程门阵列（FPGA）是一种集成电子电路，由多个硬件块和内部可编程连接组成，适用于特定应用。其内部连接可通过编程实现特定设计或应用。FPGA起源于一次性可读存储设备和可编程逻辑设备，不同之处在于，可编程设备通常在工厂制造和编程，而FPGA可以进行重复编程。

1.1 FPGA的组成

FPGA由多个可重构的逻辑块组成，用于实现预定的数字电路。如今，各种逻辑组件（如ALU和存储器）可以按行和列的方式嵌入FPGA中。其中，逻辑组件是可编程的，而嵌入式组件则是固定设计的。与专用集成电路（ASIC）相比，FPGA的静态和动态功耗都比较显著，主要原因如下：
- FPGA在编程和逻辑操作中使用了较高比例的晶体管配置。
- FPGA包含更多用于编程的开关。

最新调查显示，FPGA中动态功耗和静态功耗的占比分别为68%和32%。

1.2 FPGA的基本架构

FPGA的基本架构由大量可配置逻辑块（CLB）和一组可编程内部连接组成。CLB也被称为逻辑块或逻辑组件。CLB由多个逻辑组件组成，其中重要的特性是查找表（LUT），通常由4X5输入组合的数据位构成，典型示例包括半加器、减法器、编码器、多路复用器等。

CLB可以在两种模式下运行：
- 正常模式 ：对应四个输入的LUT。
- 算术模式 ：对应带进位操作的全加器电路。

现代FPGA包含更多的CLB，每个CLB能够同时处理多个操作，可用于信号处理、计数、多路复用等逻辑操作。低级别配