Quartus II Volume 3 Arria GX Stratix Cyclone HardCopy II MAX II Microsoft Excel PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer Arria GX Stra

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1 11. PowerPlay QII PCB PowerPlay PowerPlay Higher PowerPlay Early Power Estimators Quartus II PowerPlay Power Analyzer Estimation Accuracy User Input Quartus II Design Profile Place-and-Route Results Simulation Results Design Concept Design Implementation Lower PowerPlay Power Analysis Inputs Higher Quartus II PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer Altera Corporation

2 Quartus II Volume 3 Arria GX Stratix Cyclone HardCopy II MAX II Microsoft Excel PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer Arria GX Stratix Cyclone HardCopy II MAX II PowerPlay Power Estimator PowerPlay Early Power Estimators (EPE) and Power Analyzer Quartus II Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer Quartus II Early Power Estimator Early Power Estimator Quartus II Power Estimator PowerPlay Early Power Estimator Power Estimator Quartus II Project Generate PowerPlay Early Power Estimator File 11 2 Quartus II Power Estimator.csv [.txt] 11 2 Altera Corporation

3 Quartus II Early Power Estimator Generate PowerPlay Early Power Estimator File Quartus II Power Estimator Generate PowerPlay Early Power Estimator File Power Estimator <name of Quartus II project> _early_pwr.csv 11 4 Stratix II Quartus II Power Estimation Altera Corporation

4 Quartus II ハンドブック Volume 3 図 Power Estimation ファイルの例 8.0 Internal Build /28/2008 SJ Full Version デバイス ファミリによっては Power Estimation ファイルの 名前は <name of Quartus II project> _early_pwr.txt になります PowerPlay Early Power Estimator スプレッドシートには Power Estimation ファイル内の情報を解析して その情報をスプレッドシート に転送する Import Data マクロが含まれています マクロを使用しない 場合は データを Early Power Estimator スレッドシートに手動で転送し ます 既存の Quartus II プロジェクトが全体的なデザインの一部しか表してい ない場合は 最終的なデザインで使用するリソースを手動で入力する必 要があります したがって Power Estimation ファイル情報をインポー トした後に このスプレッドシートを編集して他のデバイス リソース を追加することができます 11 4 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

5 Quartus II Early Power Estimator PowerPlay Early Power Estimator File Generator Compilation Power Estimation Compilation Report PowerPlay Early Power Estimator File Generator Summary Settings Generated Files Confidence Metric Details Signal Activities PowerPlay Early Power Estimator File Generator PowerPlay Power Analyzer Compilation Report 11 1 PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer / PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer /Quartus II Quartus II RTL Altera Corporation

6 Quartus II Volume PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer / PowerPlay Early Power Estimator PowerPlay Power Analyzer (1) (2) I/O (2) 11 1 : (1) Early Power Estimator (2) Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II MAX II Power Analyzer PCB Power Analyzer Power Analyzer Altera Corporation

7 2 2 I/O FPGA FPGA PowerPlay Early Power Estimator Quartus II Power Analyzer Power Analyzer Cyclone II Stratix II 1 MAX Stratix Cyclone MAX II Altera Corporation

8 Quartus II Volume 3 LFPM (linear feet per minute) θ CA θ CA T Junction = T Ambient + P Thermal θ JA 11 8 Altera Corporation

9 θ JA /W θ JA θ JC θ CA θ JB /W θ JA I/O I/O RAM LE DSP DSP Stratix II 1/4 Quartus II Altera Corporation

10 Quartus II ハンドブック Volume 3 フトウェアはクロックの未使用ブランチを自動的にディセーブルするた め クロック ネットワークでドライブされるロジック アレイ ブロッ ク LAB の位置が影響することもあります 信号アクティビティ 消費電力の見積もりに影響する最後の重要な要因は デザイン内での各 信号の動作です 2 つの重要な統計情報として トグル レートと静的 確率があります 信号のトグル レートとは 単位時間で信号が値を変化させる平均回数 です トグル レートの単位は 1 秒あたりの遷移で 遷移は 1 から 0 ま たは 0 から 1 に変化します 信号の静的確率とは 解析するデバイスの動作中に信号がロジック 1 に なっている時間の割合です 静的確率の範囲は 0 常にグランド か ら 1 常にロジック High までです ロジックと配線のために容量性負荷がより頻繁に充電されるため ダイ ナミック消費電力はトグル レートに比例して増加します Quartus II モデルでは 完全なレール間のスイッチングを想定しています 特に回 路の出力 I/O ピンでトグル レートが高いと 回路はダウンストリー ム キャパシタンスが完全に充電される前に遷移することがあります その結果 Quartus II PowerPlay Power Analyzer による消費電力は少し 控え目な予測になります 場合によっては 配線とロジック両方のスタティック消費電力は それ らの入力信号の静的確率の影響を受けることがあります この影響は状 態に依存するリークが原因であり プロセス形状が小さいほど大きく影 響します この影響が消費電力の見積もりに重要と考えられる場合 Quartus II ソフトウェアはこの影響を 90 nm またはそれ以下 のデバ イスでモデル化します スタティック消費電力は 出力 I/O 規格が終端 抵抗をドライブするときの I/O ピンにおけるロジック 1 または 0 の静的 確率に応じても変動します 電力解析から正確な結果を得るには 解析に使用する信号アク ティビティが デザインの実際の動作を表す必要があります 不正確な信号トグル レート データは 消費電力の見積もり に誤差が生じる最大の要因です 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

11 PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer 11 5 Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer User Design (After Fitting) Operating Conditions (1) PowerPlay Power Analyzer Signal Activities Power Analysis Report 11 5 : (1) Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II MAX II PowerPlay Power Analyzer Power Analyzer I/O I/O I/O Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II MAX II Quartus II Settings Altera Corporation

12 Quartus II Volume 3 Device power characteristics Power Analyzer Selectable Core Voltage Stratix III Core Supply Voltage LAB LAB MLAB DSP Environmental conditions and junction temperature Power Analyzer Q PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer Board Thermal Modeling Power Analyzer θ JB Typical Custom Typical θ JB Custom θ JB PowerPlay Power Analyzer θ JB Board thermal model None Altera Corporation

13 PowerPlay Power Analyzer Board thermal model Auto compute junction temperature θ JA Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer 11 6 Altera Corporation

14 Quartus II Volume Start Node or entity assignment? No Simulation data? No Is primary input? No Vectorless supported and enabled? (1) Yes Use vectorless estimation Yes Yes Yes No Use node or entity assignment Use simulation data Use default assignment 11 6 : (1) Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone II HardCopy II MAX II Power Analyzer Power Analyzer Quartus II Simulator ModelSim VHDL Active HDL ModelSim Verilog HDL ModelSim-Altera VHDL ModelSim-Altera Verilog NC-Verilog NC-VHDL VCS Signal Activity.saf Value Change Dump File.vcd Quartus II.saf.vcd Power Analyzer Altera Corporation

15 モジュラー デザイン フローでのシミュレーション ファイルの使用 サードパーティ シミュレータの場合は Quartus II EDA Tool Settings for Simulation を使用して Generate Value Change Dump ファイル ス クリプトを指定します これらのスクリプトは サードパーティ シミュ レータにシミュレーションされた波形をエンコードする.vcdファイルを 生成するよう指示します Quartus II Power Analyzer は このファイル を直接読み込んで 各信号のトグル レートと静的確率データを得ます 上記以外のサードパーティ EDA シミュレータは.vcd ファイルを生成 することができ Power Analyzer がこのファイルを使用できます これ らのシミュレータでは 適切な.vcd ファイルを生成するシミュレーショ ン スクリプトを手動で作成する必要があります 電力解析のために作成された.saf または.vcd ファイルを使用 し Settings ダイアログボックスの Fitter Settings ページにあ る PowerPlay power optimization リストの適切な設定を利用 して フィッティング中の電力の設計を最適化することができ ます 電力の最適化について詳しくは Quartus II ハンドブック Volume 2 の 消費電力の最適化 の章を参照してください モジュラー デザイン フローでの シミュレー ション ファイルの 使用 Altera Corporation 2008 年 5 月 一般的なデザイン方法は モジュラー デザインまたは階層デザインを 作成することです この方法では 各デザイン エンティティを個別に 作成し そのエンティティをより上位レベルのエンティティでインスタ ンス化して 完全なデザインを形成します シミュレーションは 完成 したデザインまたは各モジュラー デザインに対して検証のために実行 されます Quartus II PowerPlay Power Analyzer Tool は これらのシ ミュレーション ファイルから生成された信号アクティビティを読み込 むときに モジュラー デザイン フローをサポートします 図 11 7 を 参照 暫定サポート

16 Quartus II Volume Parameter Input Video Processing Column Driver system.vcd video_gizmo.saf output_driver.vcd Memory Interface Video Source Interface Timing Control video_input.vcd.vcd.saf Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer Tool.saf 1.saf.saf.saf 11 8 Top 3 8b/10b 8b/10b Top.saf PowerPlay Power Analyzer Tool Altera Corporation

17 11 8. Top 8b10b_dec:decode1 8b10b_rxerr:err1 8b10b_dec:decode2 mux:mux1 8b10b_dec:decode3 8b10b_enc:encode1 Top.vcd Quartus II Simulator.saf.vcd.vcd.saf Top Power Analyzer decode[1-3] err1 mux1 encode1.vcd.saf Top.saf Power Analyzer 8b10b_dec 8b10b_rxerr 8b10b_enc.vcd.saf 8b10b_dec.vcd 8b10b_enc.vcd 8b10b_rxerr.vcd mux.saf / 8b10b_dec.vcd 8b10b_dec.vcd Top 8b10b_dec:decode1 Top 8b10b_dec:decode2 Altera Corporation

18 Quartus II Volume / 8b10b_dec.vcd 8b10b_rxerr.vcd 8b10b_enc.vcd mux.saf Top 8b10b_dec:decode3 Top 8b10b_rxerr:err1 Top 8b10b_enc:encode1 Top mux:mux1 mux1 Top vcd.saf.vcd.saf normal.saf corner1.vcd corner2.vcd Top Top Top err_out normal.saf 0 / corner1.vcd 50 / corner2.vcd 70 / 40 / Altera Corporation

19 Top 8b10b_rxerr full_design.vcd error_cases.vcd Top Top 8b10b_rxerr:err1 error_cases.vcd.saf full_design.vcd error_cases.vcd 10,000 2,000 10,000 80% 20%.vcd Limit VCD Period.saf.vcd Quartus II Quartus II Altera Corporation

20 Quartus II ハンドブック Volume 3 例えば ファイル 8b10b_enc.vcd 8b10b_enc という名前の別のプロジェ クトで生成され 8b10b エンコーダをシミュレーションするファイル があり この.vcd ファイルを Top という別のプロジェクトにインポー トする場合.vcd ファイルが Top プロジェクトの 8b10b_enc モジュー ルに適用されると 名前の不一致が生じることがあります これは 8b10b_enc.vcd ファイル内のすべての組み合わせノードに Top プロジェ クトで異なる名前が付けられることがあるからです 名前の不一致を回避するには レジスタ転送レベル RTL シミュレー ション データのみを使用するか この場合 通常はレジスタ名は変更 されない ノード名がゲート レベル シミュレーションとともに保持 されるインクリメンタル コンパイル フローを使用します 最高の精度を達成するために アルテラではインクリメンタル コンパイル フローを使用してデザインのノード名を保持する ことを推奨しています インクリメンタル コンパイル フローについて詳しくは Quartus II ハンドブック Volume 1 の 階層およびチーム ベース デザインのた めの Quartus II インクリメンタル コンパイル の章を参照してくださ い グリッチ フィルタリング Power Analyzer は グリッチを 2 つの信号が遷移する間隔が接近し過ぎ て ロジックや配線回路が応答できないほどの速さで発生するパルス グ リ ッ チ と し て 定 義 し て い ま す 伝 送 遅 延 モ デ ル シ ミ ュ レ ー タ Quartus II シミュレータのデフォルト モード の出力は 一般にはい くつかの信号のグリッチを含んでいます デバイスのロジックおよび配 線構造は デバイス ファミリに応じて 数十から数百ピコ秒のグリッ チをフィルタするローパス フィルタを形成します サードパーティ シミュレータによっては デフォルトとして伝送遅延 モデルとは異なるシミュレータ モデルを使用しています モデルが異 なると 信号アクティビティの見積もりと消費電力の見積もりに違いが 生じます ModelSim デフォルト モデルである慣性遅延モデルは 伝 送遅延モデルよりも多くのグリッチをフィルタするため このモデルを 使用すると 通常は消費電力の見積もりが低くなります アルテラでは サードパーティ シミュレータで Quartus II グ リッチ フィルタリング サポートを使用する場合は 伝送シ ミュレーション モデルを使用することを推奨しています 慣 性シミュレーション モデルを使用する場合 シミュレーショ ン グリッチ フィルタリングの効果はほとんどありません 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

21 Quartus II Help LE XOR.vcd Power Analyzer 2 1 Quartus II 1. Assignments EDA Tool Settings Settings 2. Category Simulation Simulation 3. Tool Name 4. Enable glitch filtering Quartus II Quartus II Quartus II SAF VCD Altera Corporation

22 Quartus II ハンドブック Volume 3 第 2 レベルのグリッチ フィルタリングは サードパーティ シミュレー タまたは Quartus II シミュレータで生成された.vcd ファイルを Power Analyzer が読み込む間に発生します このレベルのグリッチ フィルタ リングをイネーブルするには 以下の手順を実行します 1. Assignments メニューの Settings をクリックします Settings ダイ アログ ボックスが表示されます 2. Category リストの PowerPlay Power Analyzer Settings を選択しま す PowerPlay Power Analyzer Settings ページが表示されます 3. Input File(s) で Perform glitch filtering on VCD files オプション をオンにします アルテラでは 両方の形式のグリッチ フィルタリングを使用すること を推奨しています.vcd ファイル リーダーは シミュレーション時に実行されたフィルタ リングに対する補足的フィルタリングを実行しますが 通常は効果的で はありません.vcd ファイル リーダーは ロジック ブロックでのグ リッチを取り除くことができますが 特定のグリッチによるダウンスト リーム ロジックおよび配線への影響を判断する方法はなく グリッチ の影響を完全に排除できない場合があります シミュレーション時にグ リッチをフィルタすると ダウンストリーム配線およびロジックの切り 換えを自動的に回避できます デザイン検証のためにシミュレーションを実行する場合 Quartus PowerPlay Power Analyzerへの入力を生成するためではなく アルテラではグリッチ フィルタリングをオフにしておくこと を推奨しています これにより 機能的な観点から 最も厳密 で 慎 重 な シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が 生 成 さ れ ま す Quartus II PowerPlay Power Analyzer への入力を生成するためにシミュ レーションを実行する場合 アルテラではグリッチ フィルタ リングをオンにして 最も正確な消費電力の見積もりを生成す ることを推奨しています ノードおよびエンティティのアサインメント 特定のトグル レートと静的確率をデザイン内の個々のノードおよびエ ンティティに割り当てることができます これらのアサインメントは最 も優先度が高いため 他のあらゆる信号アクティビティ ソースからの データよりも優先されます 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

23 モジュラー デザイン フローでのシミュレーション ファイルの使用 Assignment Editor またはツール コマンド言語 Tcl コマンドを使用 して Power Toggle Rate および Power Static Probability アサインメン トを作成します Power Toggle Rate アサインメントを使用してトラン ザクションでの絶対トグル レートとして電力トグル レートを指定す るか Power Toggle Rate Percentage アサインメントを使用して 階層 レベルで作成されたより具体的なアサインメントに対する割り当て済み ノードのクロック ドメインを基準とするトグル レートを指定できま す Power Toggle Rate Percentage アサインメントが使用され 所 定のノードにクロック ドメインが存在しない場合は 警告が 発行されアサインメントは無視されます f Quartus IIソフトウェアでのAssignment Editorの使用方法について詳し くは Quartus II ハンドブック Volume 2 の Assignment Editor の 章を参照してください この方法は ユーザーが解析中の信号またはエンティティについて具体 的な知識を持つ特殊なケースの信号に対して使用するのが適切です 例 えば 100 MHz データ バスまたはメモリ出力が 本質的にランダムな 時間と相関関係がない データを生成する場合 静的確率として 0.5 トグル レートとして 5,000 万遷移 / 秒を直接入力できます 双方向 I/O ピンは特別に扱われます あるピンの入力ポートと出力パッ ドの組み合わせは 同じ名前を共有します ただし これらのポートが 同じ信号アクティビティを共有するとは限りません 信号アクティビ ティ アサインメントを読み込むために Power Analyzer は双方向信号 が出力としてコンフィギュレーションされている場合は <node_name~output> という名前を作成し 信号が入力としてコン フィギュレーションされている場合は <node_name~result> という名 前を作成します 例えば デザインに MYPIN という名前の双方向ピンが ある場合 組み合わせ入力に対するアサインメントでは MYPIN~result と い う 名 前 が 使 用 さ れ 出 力 パ ッ ド に 対 す る ア サ イ ン メ ン ト で は MYPIN~output という名前が使用されます Assignment Editor でロジック アサインメントを作成すると きに Node Finder に MYPIN~result および MYPIN~output のノード名は存在しません したがって ロジック アサイン メントを作成するには 2 つの識別するためのノード名を手動 で入力して 双方向ピンの入力および出力ポートに対する具体 的なアサインメントを作成しなければなりません Altera Corporation 2008 年 5 月 暫定サポート

24 Quartus II ハンドブック Volume 3 クロック ノードに対するタイミング アサインメント クロック ノードでは シミュレーション データもユーザーが入力し た信号アクティビティ データも使用できない場合 Power Analyzer は タイミング要件を使用してトグル レートを得ます fmax 要件は 1 秒あたりのフル サイクルを指定しますが 各サ イクルは立ち上がり遷移と立ち下がり遷移を表します 例えば クロック fmax の要件が 100 MHz の場合 これは 2 億遷移 / 秒 に相当します デフォルトのトグル レートのアサインメント デザインのプライマリ入力と他のすべてのノードに対して デフォルト のトグル レートを指定できます デフォルトのトグル レートは 信 号アクティビティ データを指定する方法がない場合に使用されます トグル レートは 絶対項 1 秒あたりの遷移数 で指定することも 各 特定ノードで有効なクロック レートの分数として指定することもでき ます あるクロックのトグル レートは そのクロックのタイミング設 定から得られます 例えば fmax の制約が 100 MHz デフォルトの相 対トグル レートが 20% でクロックが指定された場合 このクロック ドメイン遷移でのノードのうちクロック周期の 20% のノード つまり 1 秒あたり 2000 万遷移が発生します 場合によっては 当該ノードのク ロック ドメインがないか曖昧であるため Power Analyzer でノードの クロック ドメインを判断できないことがあります このようなケース では Power Analyzer は代わりにトグル レートとしてゼロを使用して 報告します ベクタなしの見積もり 一部のデバイス ファミリの場合 Power Analyzer は シミュレーショ ンやユーザーが入力した信号アクティビティ データがなくても ノー ドにおける信号アクティビティの見積もりを自動的に得ます ベクタな しの見積もりは Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II および MAX II デバイス ファ ミリで デフォルトで実行されてイネーブルされます ベクタなしの見 積もりでは ノードに供給するすべてのノードの信号アクティビティと ノードで実装される実際のロジック機能に基づいて ノードの信号アク ティビティを静的に見積もります ベクタなしの見積もりは PowerPlay Power Analyzer の Settings ダイアログ ボックスでディセーブルにで きます ベクタなしの見積もりは イネーブルにされている場合には デフォルトのトグル レートよりも優先されます ベクタなしの見積も りは クロック アサインメントよりも優先されません 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

25 PowerPlay Power Analyzer の使用 ベクタなしの見積もりでは プライマリ入力の信号アクティビ ティを得ることはできません ベクタなしの見積もりは 一般 に組み合わせノードに対しては正確ですが 登録されたノード に対しては正確ではありません したがって 良好な精度を達 成するには 少なくとも登録されたノードと I/O ノードのシ ミュレーション データが必要です PowerPlay Power Analyzer の 使用 PowerPlay Power Analyzer を使用するすべてのフローで 最初にデザイ ンを合成し 次にそのデザインをターゲット デバイスにフィッティン グします デザインのすべてのクロックにタイミング アサインメント を提供するか シミュレーション ベースのフローを使用してアクティ ビティ データを生成する必要があります 各デバイスの入力または出 力で使用する I/O 規格と 各出力の容量性負荷をデザインで指定する必 要があります 一般的な解析フロー この項で示す解析フローは PowerPlay Power Analyzer で使用できま す ただし ベクタなしアクティビティ見積もりは一部のデバイス ファ ミリでのみ使用できます 完全なフィッティング後のネットリスト タイミング シミュ レーションからの信号アクティビティ 供給される入力ベクタが標準的なデザイン動作を表している場合 すべ てのノード アクティビティが実際のデザイン動作を反映するため こ のフローは最も精度が高くなります シミュレーションでグリッチを フィルタした場合 結果が良くなります この方法の欠点は シミュレー ション時間が長くなる可能性があることです ベクタなしの見積もりで補足される RTL 機能 シミュレー ションからの信号アクティビティ このフローでは シミュレーションはデザイン内のすべてのピンおよび レジスタに対するトグル レートと静的確率を提供します ベクタなし の見積もりは ピンとレジスタ間のすべての組み合わせノードの値を埋 めます 適切なピンおよびレジスタ データが供給される場合 ベクタ なしの見積もりは正確なので この方法を使用すると良好な結果が得ら れます このフローは通常 サードパーティ RTL Simulator のユーザー にコンパイル時間のメリットを提供します Altera Corporation 2008 年 5 月 暫定サポート

26 Quartus II ハンドブック Volume 3 RTL シミュレーションでは 合成中に一部のレジスタ名が失わ れることがあるため フィッティング後のネットリスト内のす べてのレジスタに信号アクティビティが供給されない場合があ ります 例えば 合成によってステート マシンとカウンタが 自動的に変換され これらの構造内のレジスタ名が変更される ことがあります ベクタなしの見積もりからの信号アクティビティ ユーザーが供 給した入力ピン アクティビティ このオプションを使用すると レジスタのベクタなしの見積もりが全体 として正確でないため 精度が低くなります ユーザ デフォルトのみからの信号アクティビティ このオプションを使用すると 最も精度が低くなります Quartus II シミュレータを使用した SAF または VCD ファ イルの生成 Quartus II シミュレータを使用したタイミングまたは機能シミュレー ションの実行中.saf または.vcd ファイルを生成できます これらの ファイルには ベクタ波形ファイル.vwf またはベクタ ファイル.vec に入力されるシミュレーション ベクタに基づいて 接続される 各出力信号のトグル レートと静的確率が保存されます.saf または.vcd ファイルを PowerPlay Power Analyzer への入力として使用して デザ インの消費電力を見積もることができます 結果の精度をより向上させるために アルテラでは PowerPlay Power Analyzer への入力として Quartus II シミュレータから作 成された.saf ファイルを使用することをお勧めします デザインに対する.saf または.vcd ファイルを作成するには 以下のス テップを実行します 暫定サポート 1. Assignments メニューの Settings をクリックします Settings ダイ アログ ボックスが表示されます 2. Category リストの Simulator Settings を選択します Simulator Settings ページが表示されます 図 11 9 Altera Corporation 2008 年 5 月

27 PowerPlay Power Analyzer Simulator Settings 3. Simulation mode Timing Functional More Settings More Simulator Settings 5. Glitch filtering options Always 6. Category Simulator Settings Simulation Output Files Altera Corporation

28 Quartus II Volume Settings Simulator Output Files 7. Generate Signal Activity File.saf Quartus II.saf Quartus II Volume 3 Quartus II Altera Corporation

29 PowerPlay Power Analyzer の使用 Quartus シミュレータから.vcd ファイルを生成するときは 必 ず all nodes を入力ベクタ波形ファイルに追加してください ベ クタ ファイルに追加されたノードのみ Quartus で生成され る.vcd ファイルに出力されます これは.saf ファイルの生成 時には当てはまりません Quartus II シミュレータは スティ ミュラス ファイルにシミュレーションのための入力ベクタし か含まれていない場合でも デザインのすべての内部ノードを 含めて.saf ファイルを作成します 8. オプション Signal Activity File Options をクリックします Signal Activity File Options ダイアログ ボックスが表示されます 図 図 Signal Activity File Options ダイアログ ボックス 9. オプション Limit signal activity period オプションをオンにし 信号アクティビティの計算に使用するシミュレーション期間を指定 します 消費電力の見積もりは 全シミュレーション時間で実行することも その一部でのみ実行することもできます したがって テストベン チを修正することなく シミュレーション全体のさまざまなポイン トで消費電力を調べることができます また この機能は デザイ ンの状態を初期化するために複数のクロック サイクルが必要であ るが 初期化フェーズ中ではなく デザインの通常動作中にのみ信 号アクティビティを測定する場合も便利です Limit signal activity period オプションをオンにすると Signal Activity File Options ダ イアログ ボックスに開始時刻と終了時刻を指定できます この時 間中にのみシミュレーション情報が使用され トグル レートと静 的確率が計算されます 時間間隔が指定されていない場合 シミュ レーション全体が信号アクティビティ データの計算に使用されま す Altera Corporation 2008 年 5 月 暫定サポート

30 Quartus II Volume saf Quartus II Quartus II Help VCD Model Technology ModelSim EDA.vcd PowerPlay Power Analyzer Quartus II.vcd vcd 1. Assignments EDA Tool Settings Settings 2. Category Simulation Simulation Altera Corporation

31 PowerPlay Power Analyzer の使用 図 Settings ダイアログ ボックスの Simulation ページ 3. Tool name リストで 適切な EDA シミュレーション ツールを選 択します 4. Format for output netlist リストで VHDL または Verilog を選択 します 5. Generate Value Change Dump (VCD) file script をオンにします これによって Map illegal HDL character および Enable glitch filtering オプションがオンになります 6. オプション Map illegal HDL character を使用すると すべての 信号が正当な名前を持ち 信号のトグル レートを後で PowerPlay Power Analyzer で使用できるようになります Altera Corporation 2008 年 5 月 暫定サポート

32 Quartus II ハンドブック Volume 3 7. オプション Enable glitch filtering をオンにすると シミュレー ション用の EDA ネットリストを生成するときに グリッチ フィ ルタリング ロジックが出力になります このオプションは.vcd ファイル スクリプトを生成するかどうかに関係なく常に使用でき ます グリッチ フィルタリングについて詳しくは ページ の グリッチ フィルタリング を参照してください ModelSim を使用してシミュレーションを実行すると vsim コ マンドに与えられる +nospecify オプションで ModelSim の specify パス遅延およびタイミング チェックがディセーブル されます Simulation ページのグリッチ フィルタリングをイ ネーブルすることにより シミュレーション モデルにはspecify パス遅延が含まれます したがって グリッチ フィルタリン グがイネーブルされ +nospecify オプションが指定されている 場合 ModelSim はデザインをシミュレーションできません アルテラでは 消費電力見積もりの正確なシミュレーションが 得られるよう ModelSim vsim コマンドから +nospecify オプ ションを取り除くことを推奨しています 8. Script Settings をクリックします 図 に示すとおり Script Settings ダイアログ ボックスが表示されます 図 Script Settings ダイアログ ボックス.vcd ファイルに出力すべき信号を選択します All signals を選択す ると 生成されたスクリプトによってサードパーティ シミュレー タは 接続されているすべての出力信号を.vcd ファイルに書き込み ます All signals except combinational lcell outputs を選択すると 生成されたスクリプトはサードパーティ シミュレータに ロジッ ク セルの組み合わせ出力を除く 接続されているすべての出力信 号を.vcd ファイルに書き込むよう指示します 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

33 PowerPlay Power Analyzer の使用 ファイル サイズが巨大になる可能性があるため ファイルに 全部の出力信号を書き込みたくない場合もあります ファイル サイズは 監視中の出力信号数と遷移回数に依存します 9. OK をクリックします 10. Design instance name ボックスにテスト ベンチの名前を入力しま す 11. Quartus II ソフトウェアでデザインをコンパイルし 必要な EDA ネットリストと.vcd ファイルを生成するようサードパーティ シ ミュレータに指示するスクリプトを生成します NativeLink の用途について詳しくは Quartus II ハンドブック Volume 3 の Section I. Simulation を参照してください 12. サードパーティ EDA シミュレーション ツールでシミュレーショ ンを実行します 生成されたスクリプトをシミュレーション ツー ルで呼び出してから シミュレーションを実行します シミュレー ション ツールは.vcd ファイルを生成して プロジェクト ディレ クトリに置きます ModelSim ソフトウェアからの VCD ファイルの生成 次の例は ModelSim ソフトウェアで.vcd ファイルを正常に作成するた めのステップごとの操作方法を示しています Altera Corporation 2008 年 5 月 1. Quartus II ソフトウェアで Assignments メニューの Settings をク リックします 2. Settings ダイアログ ボックスの Simulator Settings ページで Tool Name リ ス ト に おいて適切な ModelSim selection を選択して Generate Value Change Dump File Script オプションをオンにしま す 3..vcd ファイルを生成するには フル コンパイルを実行します 4. ModelSim ソフトウェアでシミュレーションに必要なファイルをコ ンパイルします 5. ツール メニューの Start Simulation をクリックしてデザインを ロードするか vsim コマンドを使用します 暫定サポート

34 Quartus II Volume Quartus II.vcd source <design>_dump_all_vcd_nodes.tcl 7. run 2000ns un -all 8. quit -sim 9. ModelSim ModelSim.vcd.vcd EDA.vcd Quartus II Volume 3 Section I. Simulation Quartus II GUI PowerPlay Power Analyzer Quartus II GUI PowerPlay Power Analyzer 1. Assignments Settings Settings Category PowerPlay Power Analyzer Settings Altera Corporation

35 PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer Settings 3. PowerPlay Power Analyzer.saf.vcd Use input file(s) to initialize toggle rates and static probabilities during power analysis Edit Remove 4. Add Add Power Input File Altera Corporation

36 Quartus II Volume Add Power Input File 5. File name.saf.vcd 6. Entity Power Input Select Hierarchy Entity Altera Corporation

37 PowerPlay Power Analyzer Select Hierarchy 7. Input File Type.vcd.saf 8. Limit VCD period VCD file Quartus II SAF VCD 9 9. OK 10. Add Power Input File OK 11. Perform glitch filtering on VCD files Write out signal activities used during power analysis Output file name Altera Corporation

38 Quartus II Volume 3.vcd PowerPlay Power Analyzer.vcd.saf 13. Write signal activities to report file 14. Write power dissipation by block to report file PowerPlay Power Analyzer Assignment Editor Power Toggle Rate Power Toggle Rate Percentage Power Static Probability Assignment Editor (1) (2) : (1) Assignment Editor.saf.vcd (2) Tcl Quartus II Assignment Editor Quartus II Volume 2 Assignment Editor Quartus II Volume 2 Tcl Altera Corporation

39 PowerPlay Power Analyzer 16. Default toggle rate used for input I/O signals I/O 12.5% I/O Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II MAX II Use default value Use vectorless estimation Use default value Category Operating Settings and Conditions Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II MAX II Altera Corporation

40 Quartus II Volume Device power characteristics Typical Maximum Typical 20. Category Operating Settings and Conditions Voltage Voltage 21. Core supply voltage 22. Category Operating Settings and Conditions Temperature Temperature Altera Corporation

41 PowerPlay Power Analyzer Temperature Settings 23. Junction temperature range Low temperature High temperature 24. Specify junction temperature Auto compute junction temperature using cooling solution 25. Board thermal modeling Board thermal model Board temperature Auto compute junction temperature using cooling solution Altera Corporation

42 Quartus II ハンドブック Volume OK をクリックして Settings ダイアログ ボックスを閉じます 27. Processing メニューの PowerPlay Power Analyzer Tool をクリック します PowerPlay Power Analyzer Tool ダイアログ ボックスが 表示されます 図 図 PowerPlay Power Analyzer Tool ダイアログ ボックス 28. Start をクリックして PowerPlay Power Analyzer を実行します すべての設定が正しいことを確認します このダイアログ ボックスの一部の設定を変更することも できます 例えば Add Power Input File(s) ボタンをク リックして 入力ファイルを変更することができます 29. PowerPlay Power Analyzer が正常に動作すると メッセージが表示 されます 図 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

43 PowerPlay Power Analyzer の使用 図 PowerPlay Power Analyzer メッセージ 30. OK をクリックします 31. PowerPlay Power Analyzer Tool ダイアログ ボックスで Report をクリックして PowerPlay Power Analyzer Summary ウィンドウを 開きます また Compilation Report の PowerPlay Power Analyzer Summary ページで要約を表示することもできます 図 図 PowerPlay Power Analyzer Summary Altera Corporation 2008 年 5 月 暫定サポート

44 Quartus II Volume 3 PowerPlay Power Analyzer Compilation Report Compilation Report PowerPlay Power Analyzer Summary I/O I/O V CCIO V CCINT I/O PowerPlay Power Analyzer Confidence Metric Settings PowerPlay Power Analyzer Simulation Files Read.vcd.saf Operating Conditions Used Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II MAX II Thermal Power Dissipated by Block ATOM Altera Corporation

45 PowerPlay Power Analyzer Thermal Power Dissipation by Block Type (Device Resource Type) FPGA Thermal Power Dissipation by Hierarchy Core Dynamic Thermal Power Dissipation by Clock Domain unspecified 0 MHz Current Drawn from Voltage Supplies VCCIO I/O Arria GX Stratix IV Stratix III Stratix II Stratix II GX Cyclone III Cyclone II HardCopy II MAX II Summary I/O V CCIO I/O I/O IOE V CCINT V CCIO Altera Corporation

46 Quartus II ハンドブック Volume 3 Confidence Metric Details 信頼評価指数は 消費電力の見積もりに使用した信号トグル レート データの品質を示します 信号トグル レート データのソースが デ バイス動作時の実際の信号トグル レートを正確に予測できないソース と考えられる場合 信頼評価指数は低くなります トグル レート デー タのソースが シミュレーション 特定の信号に対するユーザー入力ア サインメント またはエンティティの場合 トグル レート データは 信頼できるものとみなされます トグル レート データのソースが デフォルトのトグル レート 例えば クロック周期の 12.5% または ベクタなしの見積もりの場合 トグル レート データは比較的不正確 とみなされます このセクションには トグル レート データの総合 信頼性レーティングが低いものから高いものの順に示されます また このセクションには シミュレーション ユーザー入力 ベクタなしの 見積もり またはデフォルトのトグル レートの見積もりのそれぞれか らトグル レートを取得したピン数 レジスタ数 および組み合わせノー ド数も要約されます この詳細情報により 信頼評価指数を上げる方法 を理解することで トグル レート データにおける独自の信頼性を判 断できます Signal Activities このセクションには ファンアウトとピンを持つすべての信号の電力解 析で想定したトグル レートと静的確率が表示されます トグル レー トと静的確率のデータ ソースに加えて 信号タイプ Pin Registered または Combinational も表示されます デフォルトでは すべての信 号アクティビティが報告されます これをオフにするには PowerPlay Power Analyzer Settings ページで Write signal activities to report file オプションをオフにします 大規模なデザインでは信号数が多くなるため このオプション をオフにすることを推奨します Assignment Editor を使用す ると Power Report Signal Activities アサインメントのノード に値を割り当てることによって 個々のノードまたはエンティ ティのアクティビティを報告するよう指定できます Messages このセクションには 解析中に Quartus II ソフトウェアが生成したメッ セージが表示されます 暫定サポート Altera Corporation 2008 年 5 月

47 PowerPlay Power Analyzer Specific Rules for Reporting Stratix GX XGM II GXB XGM II 0 Tcl Quartus II Command-Line Tcl API Help Help quartus_sh --qhelp Scripting Reference Manual PDF Tcl Quartus II Volume 2 Tcl Quartus II Quartus II Settings File Reference Manual Quartus II Volume 2 Command- Line Scripting PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Power Analyzer quartus_pow quartus_pow quartus_pow --help quartus_sh --qhelp r sample.qpf quartus_pow PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Early Power Estimator quartus_pow sample --output_epe=sample.csv r Altera Corporation

48 Quartus II Volume 3 PowerPlay Power Analyzer PowerPlay Early Power Estimator quartus_pow sample --output_epe=sample.csv --estimate_power=off r PowerPlay Power Analyzer.saf sample.saf quartus_pow sample --input_saf=sample.saf r PowerPlay Power Analyzer 2.vcd sample1.vcd sample2.vcd.vcd I/O 10,000 / quartus_pow sample --input_vcd=sample1.vcd \ --input_vcd=sample2.vcd --vcd_filter_glitches=on \ --default_input_io_toggle_rate=10000transitions/s r PowerPlay Power Analyzer I/O 60% 20% quartus_pow sample --no_input_file --default_input_io_toggle_rate=60% \ --use_vectorless_estimation=off --default_toggle_rate=20% r PowerPlay Power Analyzer Settings Operating Conditions Quartus II GUI <revision name>.pow.rpt quartus_pow PowerPlay Power Analyzer Compilation Report Altera Corporation

49 PowerPlay PowerPlay Early Power Estimator Quartus II PowerPlay Power Analyzer Quartus II PowerPlay Power Analyzer Assignment Editor Quartus II Volume 2 Quartus II Volume 2 PowerPlay Early Power Estimators (EPE) and Power Analyzer Quartus II Volume 2 Quartus II Quartus II Volume 1 Quartus II Settings File Reference Manual Quartus II Simulator Quartus II Volume 3 I. Quartus II Volume 3 Tcl Scripting Quartus II Volume 2 Altera Corporation

50 Quartus II Volume v v v v v v v v v Quartus II 11 6 v PowerPlay Power Analyzer Compilation Report Current Drawn from Voltage Supplies 10 4, 10 9, 10 10, 10 11, and Quartus II Simulator SAF VCD VCD Quartus IISAF VCD Document Revision History Cyclone III 10-2 Quartus II v7.2 Arria GX Quartus II SAF VCD GUI Stratix III PowerPlay Power Analysis Quartus II v6.0.0 EPE Power Analyzer Quartus II v5.1 Quartus II v Altera Corporation