便携式产品具有低功耗意识的FPGA设计方法

　　要减少RAM的功耗，除了对RAM的控制和时钟信号进行门控制以外，还需要知道RAM的读和写分别对功耗的影响有多少。地址变化、读写顺序、RAM级联方式对功耗的影响。

　　对RAM进行读操作涉及到：控制所存地址和控制锁存、行的预译码电路、读的列译码电路、行的最终译码电路、读的列译码控制、传感 放大器 、数据输出选择和锁存电路、Sense enable logic、读控制电路、Bit-line预充电电路等十个相关电路。而对RAM进行写操作需要涉及到的电路有：地址和控制锁存、行的预译码电路、写的列译码电路、行的最终解码控制、写的列译码控制、写驱动电路和Bit Line预充电电路。因此，相比较而言，读操作会比写操作消耗更多的功耗。

　　RAM的读写地址改变的方式，也会对功耗有不同的影响。连续操作地址之间的汉明距离越小，产生的功耗也越小。反之亦然。也就是说当前操作的地址和上次操作的地址之间变化的位数越少，所产生的功耗也会越小。

　　读写间隔操作和连续读、连续写操作相比，要产生多一些的功耗。从图2中分别对12块RAM、16块RAM和24块RAM做的测试结果看，同样的操作条件下，RAM块数越多，连续操作地址之间的汉明距离越长，功耗就越大。同样的块数和连续操作之间的汉明距离，写-读三次会比三次写三次读消耗的功耗要大。

图2 写读操作顺序vs.读序列后跟写序列操作

　　通过前面所述，我们可以通过调整RAM的访问顺序降低RAM的功耗。可能的话，对RAM少进行读操作，尽可能一次多读一些数据或者多写一些数据，少一些读写操作之间的切换。如果在连续相同操作的地址之间，汉明距离能保持最小的话更好。也可以考虑在反向时钟沿上对RAM进行读写操作，以降低RAM的峰值功耗。

　　不同的RAM级联架构所产生的功耗也不同。如果想获得一个4K×4的RAM，有许多不同的实现方式。从图3中可以看出，根据这些不同的实现方式，对每块RAM的读写时钟控制，进行门控制所产生的功耗是最低的。

图3 根时钟vs.叶时钟vs.门控允许