Здравствуте!

В устройстве применяется Artix-7 XC7A50TCSG325-2L. К ней подключены 2 микросхемы DDR3L (4Gb x8), запитаны от 1.5в (при возможных 1.35в). Соответственно предполагалось иметь 2 контроллера MIG для каждой памяти. Для тестов была пока запаяна только одна микросхема DDR3L. Инициализацию память проходит, memorytest тоже (тест прогонялся примерно 1 час).

Ситуации:
1. ПЛИС с включенным питанием без конфигурации потребляет ~0.7W (темп-ра кристалла ~45град)
2. ПЛИС с проектом microblaze (Helloworld в бесконечном цикле) ~0.9W (темп-ра кристалла ~52град)
3. ПЛИС с проектом microblaze + одна DDR3L (MemoryTest в бесконечном цикле) ~ 2.0W(!) (темп-ра кристалла ~82град!)
Сразу скажу, что даже в таких диких условиях память корректно работает. Однако, температура кристалла и энергопотребление никак не сопоставляется с тем, что
обещал XPE и тем, что было спрогнозировано компилятором:
>>Total On-chip Power 0.78W
>>Junction Temperature 28.7 град
Проверял напряжение всех линий питания под нагрузкой и без - всё в порядке.

Я нахожу ситуацию №3 неадекватной. Я не первый, кто столкнулся с этой проблемой, однако решения ей пока в сети не нашёл:
раз два три

Прикладываю конфиг MIGa для одной из DDR3L:



Что пробовал сделать:
1. Первоначально думал, что проблема с памятью. Благо запаял для тестов только одну микр-му. Сконфигал ядро на работу с незапянной памятью и наблюдал такое же высокое потребление. (стало быть дело в MIG?)
2. Пробовал отключать терминирование DQ\DSQ на ПЛИС - не помогло. Кстати работать не перестало, память всё так же инициализируется и проходит memorytest.
3. Версия ПЛИС с индексом -2L позволяет гонять её при напряжении ядра 0.9v. Что соответственно и сделал (1.0v -> 0.9v). Это помогло на ~10% снизить энергопотребление, но проблему не решило.

Заметил следующую одну очень странную особенность: ПЛИС зашита конфигурацией, но кода microblaze нет (ничего не гоняется и по идее DDR3 неактивна, кроме, наверное refresh). После загрузки кода, и запуска проекта (memorytest), потребление НЕ изменяется!! Тогда вопрос, чем занят MIG всё то время, когда я к нему не обращаюсь? Насколько это нормальное поведение контроллера? И почему вообще это ядро так много потребляет?

Сразу скажу, что решить проблему активным охлаждением в моём случае невозможно. Единственно, что возможно - пассивное охлаждение, но рассчитывать на него не хочется.

Спасибо!

я бы для проверки сделал большой сдвиговый регистр, на который загнал бы 32 бита ПСП, поставил тактовую 200МГц и забил бы 80% кристалла. В итоге можно посмотреть потребляемую мощность и оценить что к чему.

Все анализаторы потребления, без реального моделирования, гадают на кофейной гуще, что бы оценить точно, нужны vcd файлы и нормальное моделирование проекта.

У вас какое-то конкретное нездоровье.
Я щас точно не скажу, т.к. не дома, но у меня А35 без конфигурации хавает милливатт 50 при комнатной температуре, скорее меньше даже.

Что касается повер эстиматора:: в ISE он без каких-либо сторонних данных (помимо откомпилированного прожекта) давал похожие на правду значения (плюс-минус лапоть), но для Вивадо это не так!!
Без адекватно заданных сторонних данных (типа активности) он выдаёт вообще чёрть и что, например ватт 7 для почти не заполненного небольшого кристалла.

Глянул документ Artix-7 FPGAs Data Sheet: DC and Switching Characteristics раздел ток питания в статике по VCCINT/VCCO/VCCAUX XC7A75T-2L должен потреблять 155/4/36мА по 1В = 155/4/36 милливатт. Что-то у ТС не то.

На самом деле всё даже ещё гораздо лучше:: в шите на 7-серию токи указаны почему-то при 85°. Раньше всегда указывали при 25°, а это очень большая разница в статическом токе. В разы.

TO des00:

--Да, была у меня мысль провести такой тест, как-нибудь на днях обязательно сделаю. Но дело в том, что данные для XPE взяты не с потолка, а после implementation вызвана команда report_power -xpe filename.xpe. И уже этот файл был загружен и проанализирован XPE.

-- Что касается потребления в статике - согласен, судя щиту оно скорее всего превышено. Но к сожалению точное значение тока на линии питания ядра вычислить сложно.

TO Dr.Alex:

--Спасибо за информацию! Запускали ли вы MIG?


--->Начинаю вспоминать, что в процессе сборки инженерного варианта был следующий казус. Питание VCCAUX подавалось с dc-dc регулятора через LC-фильтр. Дело в том, что после запайки и проверки всего питания я не заметил, что этот самый LC фильтр не был установлен. Таким образом после первого включения ПЛИС VCCAUX не был запитан.(Запитано было VCCINT, все VCCIO и два питания трансиверов) Могло ли это повредить ПЛИС? (нагрева, кстати, с отсутствующим питанием VCCAUX я не заметил тогда).
Мог ли так же перегрев ПЛИС при её запайке и запайке других компонентов привести к такому поведению?

Сообщение отредактировал Inanity - Jan 2 2015, 19:51

Нет.



Я оцениваю вероятность этого как близкую к нулю, но вот вероятность того что плисина всё же неисправна (по каким-то другим причинам) вполне существенна.
Так что собирать всего одну плату это конечно не дело.

Есть в дизайне один немного неприятный момент: внешний single-ended тактовый генератор на 100mhz питается от 1.8в и подключен к банку с VCCO =1.5в. Если предположить, что амплитуда синуса на выходе 1.8в, то это несколько нарушает требование VCCO + 0.20 для входа ПЛИС. Насколько это критичный момент?

Сообщение отредактировал Inanity - Jan 2 2015, 20:09

Отсутствие VCCAUX не должно быть страшно для 7-й серии, по крайней мере, если ни один IO банк не запитывается от 3,3В.


По опыту еще ни разу не встречал повышенное потребление по ядру - обычно при проблемах с Vccint/Vccaux чип закорачивается на землю и все умирает.
Зато Xilinx'ы отлично умеют гореть по Vcco - при выгорании какой-либо ножки IO соответствующий банк начинает жрать приличный ток, при этом все, кроме подгоревшей ножки, работает. В пострадавшем банке, как правило, серьезно нарушается качество сигнала на оставшихся ножках (параллельные шины начинают глючить), но в целом банк продолжает шевелиться (если источник Vcco справляется с нагрузкой). Сгоревший банк можно вызвонить на выключенной плате по резко сниженному сопротивлению Vcco.
Однако этот эффект не динамический и не масштабируется в зависимости от конфигурации ПЛИС.

Насчет генератора на 1,8В - это явное нарушение, но оно не даст такого большого тока (на 0,7Вт потребления). Можно попробовать его снять или выключить (EN генератора на землю) для оценки потребления пустой плисины.

Если есть серьезные подозрения на саму ПЛИС - ее можно заменить, а снятую поставить во второй прототип.

Возможно, все-таки 0,7Вт потребляет не сама ПЛИС, а вся плата целиком? Температура кристалла ПЛИС вообще не имеет полезного значения для оценки потребления, т.к. сильно зависит от теплоотвода в виде печатной платы.

Нет питания 3.3в на ПЛИС не заходит вообще. Банки питаются от 1.5в и 1.8в


Спасибо, буду иметь ввиду. Но в данном случае не вижу предпосылок для такого развития событий. Банк так или иначе работает и управляет памятью на скорости 800Mb\s, при чём проходит относительно продолжительный тест (тем более при высокой температуре). Сбоев или единичных ошибок пока не наблюдал.


Абсолютно с вами согласен в том, что это нарушение, к сожалению это мой промах, очень плотный дизайн, практически все пины заняты. Тем не менее поверил (EN генератора на землю) - проблема не в нём, потребляемый ток уменьшается на величину, равную потреблению самого генератора.



Прошу прощения, боюсь, что я допустил ошибку и ввёл людей в заблуждение. Цифры потребления из первого сообщения приводились для всей платы. Просто хотел продемонстрировать потребление устройства на разных битстримах при прочих равных условиях, т.е. на одном и том же железе.

Если мы говорим только о ПЛИС, то 0.375W - это потребление пустой ПЛИС по всем линиям питания + потребление одной DDR3 в статике. Я понимаю, что это очень грубая оценка, но это то, что я смог получить, отключив на плате всё, что можно. Если потребление DDR3 MT41k512M8 (die rev E) оценить как 0.05W, то получаем ~0.3W для всех линий питания ПЛИС, что в принципе, учитывая некоторую погрешность в расчётах, соизмеримо с данными из даташита DS181. Стало быть потребление в статике в норме.


Если мои соображения ранее верны, то осталось ответить на 2 вопроса:

---Почему MIG (если сравнивать ситуации №1 и №3 из первого поста) добавляет 1.3W? Откуда такая прожорливость у этого ядра?
---Почему после загрузки кода microblaze (когда начинается сам memorytest и память активно пишется\читается) потребление НЕ изменяется? Чем занимается MIG в то время, когда я к нему не обращаюсь? Насколько это адекватное поведение контроллера?

Сообщение отредактировал Inanity - Jan 3 2015, 01:30

Это абсолютная фигня.



По-прежнему неверно. Повторяю:: в даташите указаны токи при 85°, при комнатной же температуре они ниже в несколько раз.
Пример:: для А35 указан ток ядра 95 мА, в реальности же (при 25°) у меня он составляет 10-12 мА.

Dr.Alex, в таком случае крайней остаётся ПЛИС. Схему подключения много раз пересматривал. Всё штатно подключено. Все незадействованные пины подключены, как описано в даташите. Перепайка - не проблема, однако хотелось бы её оставить на самый крайний случай. Идеи кончаются, что я ещё не попробовал?

Вы не пробовали самое главное:: собрать вторую плату! :-))))))))

Вообще, 300 мВт вместо 50 мВт холостой мощности это явно не приговор вашей плате, а скока должен ваш МИГ жрать, всё равно никто не знает....

1. Проверить хотя бы на ещё одной плате необходимо чтобы исключить вариант того, что вы каким-то непонятным образом спалили ПЛИС (статика, неправильная последовательность включения питаний (вы говорили про отсутствие одного из них - это критично и т.д.). Это надо сделать в первую очередь чтобы не бороться с ветряными мельницами в дальнейшем.
2. Вашу схему поглядеть бы хотя бы в части ПЛИС - ДДР. Возможно у вас какой-то тривиальный косяк, который вы в силу "замыленности взгляда" не замечаете. Такое бывает со всеми, нет тут ничего страшного, человек - не робот, ему свойственно ошибаться.
3. Если схема ваша позволяет это сделать, то неплохо бы отдельно померить потребление ДДР и банков ПЛИС, которые к ДДР идут. Дабы понять кто всё-таки кушает ток. Если не позволяет - тогда увы.
Это к вопросу о пользе EMI фильтров в цепях локальных питаний.
4. Можно ещё понизить частоту MIG до минимально возможной чтобы понять, является ли это адское потребление статическим или же динамическим (т.е. зависимым от частоты переключения).
5. Собрать ваш дизайн под другое железо (AC701 например) и сравнить потребление.

Возможно, это нормальное потребление. Попробуйте также ввести данные проекта в XPE вручную для грубой оценки.

Насчет микроблейза - не сможет этот процессор хорошо нагрузить память. Для нагрузочного теста нужны постоянные длинные пересылки, обеспечить которые может только DMA.

Есть вариант собрать MIG без процессорной подсистемы - в простом, не embedded маршруте. Для чистоты эксперимента можно генерировать ядро без использования шины AXI. Там создается Example Design с тестовым генератором. Этот тестовый проект нужно собрать, загрузить в ПЛИС и посмотреть, сколько он будет жрать в софт-ресете и при нормальной работе. Заодно, нужно смотреть на выходы calib_complete и error (лучше делать это в ILA). Получится наиболее чистый тест ядра MIG. Если все клоки заведены согласно пожеланиям MIG'а - никакой ручной работы не потребуется.
Заодно можно будет повторить тест на 1,35В и оценить разницу.



Идей сгенерить можно еще миллион, был бы с них толк Например, подключение незадействованных пинов (например, половину к питанию, половину к земле, как советуют для железобетонных проектов) может сыграть неприятную шутку, если в топе проекта найдутся неиспользованные выходы. Маппер положит их куда-нибудь и, если брошенный выход с нулем попадет на подключенную к питанию ножку, неприятные эффекты будут обеспечены.