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时间:2019-02-02
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1、西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。本人签名:日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使
2、用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密,在年解密后适用本授权书。本人签名:日期导师签名:日期摘要I摘要由于FPGA设计灵活、开发周期短、研发成本低等特点,在众多领域中得到广泛应用。但随着FPGA内部资源的不断丰富、功能的不断完善,FPGA所产生
3、的功耗越来越大。本文从FPGA器件的可靠性需求出发,研究FPGA功耗产生机理和热传导,建立适合系统级架构的FPGA功耗模型和等效热模型,并通过物理板级测试对模型进行验证。首先依据功能将FPGA划分为不同的功能模块,通过功耗宏模型构建方法建立属于不同资源最小单元的功耗宏模型,在Saber软件中运用MAST语言进行建模仿真,通过编写Perl脚本提取资源使用率及信号跳变率,从而实现精确的功耗估算。然后在HotSpot软件中绘制FPGA内部拓扑结构图,通过修改HotSpot软件的配置文档,仿真获得FPGA精确的温度场分布,最终确定FPGA内部的热点分布情况,
4、对FPGA可能失效的部件进行预估。模型由STM32功耗评估板进行物理验证,通过ADC采用模块采集串联在FPGA电源回路的待测电阻的电流,计算得到FPGA搭载实际电路时所产生的功耗值。通过对多种不同电路测量结果的分析表明,FPGA功耗评估模型与物理测试结果的相对误差在9%以内,验证了FPGA功耗模型的正确性。关键词:FPGA功耗建模热点分析HotSpotIIFPGA功耗及热点分析AbstractIIIAbstractWiththecharacteristicsofflexibility,shortdesigncycle,lowR&Dcostsandea
5、seofmaintenance,FPGAsareidealsolutionsinsomespecialapplicationareas.However,duetoincreasingofFPGAresourcesandimprovementofFPGAfunctions,powerconsumptionbecameacriticaldesignconstraint,andalsoFPGAreliabilityhasbecameagrowingproblem.Inthispaper,anarchitecturalFPGApowerandthermal(
6、FPT)modelispresentedtoestimatethepowerconsumptionandhotspotanalysisforFPGAs,andaphysicalpowertestboardisdesignedforFPGApowermeasurement.First,accordingtodifferentkindsoffunctions,FPGAisdividedintoseveraldifferentfunctionblocks.Macro-powerModelingisusedforbuildingmacro-power-mod
7、elforeachdifferentminimumresource.Meanwhile,itusesSabersoftwaretobuildthemacro-power-modelandsimulatethepowerconsumption,andusesPerlscripttocounttheresourceutilizationandswitchingactivity.Second,HotSpotisbasedonanequivalentcircuitwhichconsistsofthermalresistancesandcapacitances
8、thatcorrespondtoarchitecturalblocks.Aftermodifyingthef
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