如何根据Versal ACAP架构的描述来使用XPE

对于任何一项设计，要想尽可能实现最低的功率包络，都需要在设计周期早期准确估算功耗。早期估算有助于选择合适的器件、充分发挥架构优势、更改设计拓扑，以及使用不同 IP 块。在设计阶段早期妥善权衡取舍，可以帮助用户在满足规格要求的同时，将自身产品更快速推向市场。

本文档旨在介绍如何根据 Versal ACAP 架构的描述来使用 Xilinx Power Estimator （XPE）。

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赛灵思提供了 2 种类型的功耗估算工具：通常用于在设计实现之前进行估算的 XPE，以及准确性更高、适合在设计实现期间使用的 Vivado Report Power。二者都包含丰富的功能，能够助力创建低功耗 ACAP 设计。

针对整个设计周期内的各种功耗难题，赛灵思建议采用如下功耗方法论 （Power Methodology） 解决。

在工程的概念设计和架构探索阶段，利用有限的设计架构详情来评估功耗预算至关重要。XPE 可以解决大部分早期功耗估算难题。它通常适用于工程的预设计和预实现阶段，有助于根据应用的具体需求进行架构评估、器件选择、选择合适的电源组件，以及散热管理解决方案。

XPE 能够考量使用者进行设计的资源使用情况、翻转率、I/O 负载和其它各种因素。通过将这些因素与器件模型相结合，即可计算估算的配电功耗。

保证有效执行功耗估算的设计注意事项

XPE 中的设计输入分类为以下 3 个类别：

● 设计创建：设计创建表示手动输入功耗估算，随后开始依次选择正确的器件、散热条件规格以及更重要的是，配置平台管理控制器。完成设计配置后，使用“快速估算 （Quick Estimate）”和“IP 管理器 （IP Manager）”来创建设计，然后在各块工作表上进行优化。

● 设计移植：设计移植首先需将上一代 XPE 设计 （.xpe） 导入“汇总 （Summary）”工作表。导入流程仅检索与 Versal架构相关的数据，主要是可编程逻辑 （PL） 和处理器系统 （PS） 配置。因此，它需要完成器件选择和配置，以便完成设计创建，此外还需要通过 IP Manager 或者通过在块工作表中手动输入来添加所需的新的块。

● 设计分析：设计分析因 Vivado 中创建的 Versal ACAP 设计而异，通过将设计分析导入 XPE 即可进行进一步的分析或后处理。

使用处理器系统工作表

Versal ACAP 将功能丰富的 64 位双核 Arm Cortex-A72 和双核 Arm Cortex-R5F 处理器系统 （PS）、赛灵思可编程逻辑 （PL） 架构以及 AI 引擎 （AI Engine） 全都集成到单一器件内。

低功耗域和全功耗域

处理器子系统 （PS） 工作表分为 2 个域：低功耗域 （Low Power Domain） 和全功耗域 （Full Power Domain）。这些功耗域可开启和关闭。以下图例分别展示了低功耗域和全功耗域。

处理器和 PLL

Versal 架构的 PS 为全功耗域集成了功能丰富的 64 位双核 Arm Cortex-A72 （APU），并为低功耗域集成了双核 ArmCortex-R5F （RPU） 处理器系统 （PS）。在全功耗域中可使用 APU PLL 来为 Arm Cortex-A72 核、L2 高速缓存、FPD 互连结构和 CCI 生成时钟。在低功耗域中可使用 RPU PLL 来为 Arm Cortex-R5F 核、TCM、OCM 和 LPD 互连结构生成时钟。

注：使用 A72 时，必须启用 L2 高速缓存，XPE 会自动将其启用并向 FPD 添加电源。

存储器和 I/O 接口

Arm Cortex-A72 和 Cortex-R5F CPU 系统还包含片上 TCM、OCM 存储器、L2 高速缓存和丰富的外设连接接口。

高速缓存一致性互连 （CCI）

所谓 CCI 表示将部分互连和一致性功能组合到一起的块。“负载 （Load）”字段值取决于应用，范围为 0% - 100%。此Load 值与“互连负载 （Load for Interconnect）”值相同。允许的最大频率与对应速度等级的 APU 频率范围相同。

责任编辑：haq