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第 2 章 : システム レベルの 考 慮 事 項
PL の 電 源 をオフにする と コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ンが 失 われる ため、 次 の 電 源 投 入 時 に も う 一 度 コ ン フ ィ ギ ュ レー
シ ョ ン を 実 行 する 必 要 があ り ます。 PL の 電 源 をオフにし て も 安 全 かど う かは、 ソ フ ト ウ ェアで 判 断 する よ う にする
必 要 があ り ます。
このセクショ ンでは、 Zynq-7000 AP SoC の PL 消 費 電 力 を 最 適 化 する 際 の 考 慮 事 項 を 説 明 し ます。
ロジック リ ソースの 使 用 量
PL リ ソ ースの 使 用 量 は、 Zynq-7000 AP SoC で 使 用 さ れる 総 消 費 電 力 を 決 定 する 重 要 な 要 素 です。 使 用 さ れる CLB リ
ソース、 専 用 ハード ウ ェ ア、 配 線 の 量 はデザイ ンによ って 異 な り 、 PL で 使 用 さ れる ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 およびダ
イナ ミ ッ ク 消 費 電 力 が 追 加 さ れます。 PL アーキテクチャを 詳 細 に 理 解 してお く こ とによ り、 シ リ コン リソースを 活
用 でき ます。
消 費 電 力 を 削 減 する には、 デザ イ ンの ロ ジ ッ ク を 削 減 で き る 可 能 性 を 探 す 必 要 があ り ます。 こ れに よ り よ り 小 型 のデ
バイ ス を 使 用 で き る よ う にな り 、 ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 が 削 減 さ れます。 1 つの 方 法 は、 CLB にファンクシ ョ ンをイ
ンプ リ メ ン トするのではな く 専 用 ハード ウェア ブ ロ ッ ク を 使 用 する こ と です。こ れに よ り ス タ テ ィ ッ ク 消 費 電 力 およ
びダ イ ナ ミ ッ ク 消 費 電 力 が 削 減 さ れ、 タ イ ミ ン グ 要 件 を 満 た しやす く な り ます。 専 用 ハー ド ウ ェ ア ブロッ ク を 使 用
する と、 CLB ロジッ クを 使 用 して 等 価 コンポーネン ト を 構 築 するよ り も 総 ト ランジスタ 数 が 少 なくなるので、 スタ
テ ィ ッ ク 消 費 電 力 が 削 減 さ れます。
特 定 の リ ソース を イ ン ス タ ンシエー ト する には、 IP カ タ ロ グ を 使 用 し て 専 用 ハー ド ウ ェ ア を カ ス タ マ イ ズ し ます。 未
使 用 の PS IP は、 ほかのタ ス クに 使 用 でき ます。 た と えば DSP48 ス ラ イ スには、 乗 算 、 加 算 、 累 算 、 多 入 力 ロ ジ ッ ク
コンパレータ、 シフター、 パターン 一 致 、 カウンターなど、 多 数 のロジック ファンクションがあります。 ブロック
RAM は、 ステー ト マシン、 数 値 演 算 、 ROM に 使 用 でき ます。
ほ と んどの 必 要 な コーデ ィ ング 手 法 は、 『UltraFast 設 計 手 法 (Vivado Design Suite 用 )』 (UG949) [ 参 照 16] に 説 明 さ れて
います。
制 御 セ ッ ト の 管 理
制 御 信 号 (クロック、 セット、 リセット、 クロック イ ネーブルな どの 制 御 エレ メ ン ト を 制 御 する 信 号 ) は、 デバイ ス
の 集 積 度 、 使 用 率 、 およびパフ ォーマン スに 影 響 し ます。 こ れ ら の 信 号 の 消 費 電 力 への 影 響 を 最 小 限 に 抑 え る ための
ガ イ ド ラ イ ンの 一 部 を 説 明 し ます。
1 つのレ ジ ス タ ま たは ラ ッ チにセ ッ ト と リ セ ッ ト の 両 方 を 使 用 し ない よ う に し ます。 ザ イ リ ン ク ス FPGA のフ リ ップ
フ ロ ッ プは、 非 同 期 と 同 期 の リ セ ッ ト およびセ ッ ト 制 御 の 両 方 がサポー ト さ れます。 ただ し 基 にな る フ リ ッ プフ ロ ッ
プは、 一 度 に 1 つのセット、 リセット、プリセット、 またはクリアのみをインプリ メントできます。RTL コードでこ
れ ら の 機 能 の 複 数 を 指 定 する と 、 1 つの 条 件 がフ リ ッ プフ ロ ッ プの SR ポー ト にイ ンプ リ メ ン ト され、 も う 1 つの 条
件 が PL にインプリ メン ト されるため、 よ り 多 くの PL リソースが 使 用 されます。
1 つの 条 件 が 同 期 でも う 1 つの 条 件 が 非 同 期 の 場 合 、 非 同 期 条 件 が SR ポー ト を 使 用 し て イ ンプ リ メ ン ト さ れ、 同 期
条 件 が PL にインプリメントされます。 通 常 は、 複 数 のセット、 リセット、プリセット、またはクリア 条 件 を 使 用 し
ないよ う にし ます。 また、 1 つのス ラ イ ス 内 にあ る 4 つのフリ ップフロップの 各 グループに 対 して、 1 つの 属 性 に よ
りフリップフロップの SR ポー ト が 同 期 か 非 同 期 かが 決 ま り ます。
レ ジ ス タ 上 の 制 御 ポー ト はア ク テ ィ ブ High なので、 アクテ ィブ High 制 御 信 号 を 使 用 する よ う に し ます。 ア ク テ ィ ブ
Low の 信 号 にはレジス タ 制 御 ポー ト を 駆 動 する 前 に 反 転 が 必 要 なので、 よ り 多 く のルッ ク ア ッ プ テーブルが 使 用 さ
れます。 LUT に 既 にほかの 入 力 があ り 、 反 転 に 別 の LUT が 必 要 と な る こ と があ り ます。 ア ク テ ィ ブ Low の 制 御 信 号
を 使 用 する と 、 イ ンプ リ メ ンテーシ ョ ンの ラ ン タ イ ムが 長 く な り 、 デバイ スの 使 用 率 が 悪 く な り 、 タ イ ミ ン グおよび
消 費 電 力 に 影 響 する こ と があ り ます。 そのため、 FPGA でアクテ ィブ Low の リ セ ッ ト を 使 用 する こ と は 推 奨 さ れませ
ん。
可 能 な 限 り 、 HDL コードまたはインスタンシエート されたコンポーネントでアクティブ High の 制 御 信 号 を 使 用 し て
く だ さ い。 デザ イ ン 内 で 制 御 信 号 の 極 性 を 指 定 する こ と が 不 可 能 な 場 合 は、 コー ド の 最 上 位 階 層 で 信 号 を 反 転 し て く
ださい。 I/O ロジックは 推 論 されたインバーターを 追 加 の FPGA ロ ジ ッ ク ま たは 配 線 を 使 用 せずに 吸 収 する こ と がで
き る ので、 リ ソース 使 用 率 、 パフ ォーマン ス、 および 消 費 電 力 が 向 上 し ます。
UltraFast エンベデッ ド デザイ ン 設 計 手 法 ガ イ ド japan.xilinx.com 20
UG1046 (v2.1) 2015 年 4 月 22 日