The ongoing integration of fine-grained power management features already established in CPU-driven Systems-on-Chip (SoCs) enables both traditional Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) and, more recently, hybrid Programmable SoCs (pSoCs) to reach more energy-sensitive application domains (such as, e.g., automotive and robotics). By combining a fixed-function multi-core SoC with flexible, configurable FPGA fabric, the latter can be used to realize heterogeneous Real-time Systems (RTSs) commonly implementing complex application-specific architectures with high computation and communication (I/O) densities. Their dynamic changes in workload, currently active power saving features and thus power consumption require precise voltage and current sensing on all relevant supply rails to enable dependable evaluation of the various power management techniques. In this paper, we propose a low-cost 18-channel 16-bit-resolution measurement (sub-)system capable of 200 kSPS (kilo-samples per second) for instrumentation of current pSoC development boards. To this end, we join simultaneously sampling analog-to-digital converters (ADCs) and analog voltage/current sensing circuitry with a Cortex M7 microcontroller using an SD card for storage. In addition, we propose to include crucial I/O components such as Ethernet PHYs into the power monitoring to gain a holistic view on the RTS's temporal behavior covering not only computation on FPGA and CPUs, but also communication in terms of, e.g., reception of sensor values and transmission of actuation signals. We present an FMC-sized implementation of our measurement system combined with two Gigabit Ethernet PHYs and one HDMI input. Paired with Xilinx' ZC702 development board, we are able to synchronously acquire power traces of a Zynq pSoC and the two PHYs precise enough to identify individual Ethernet frames.


翻译:在 CPU 驱动的 Systems- on- Chip (SoCs) 中已经建立的细微重力管理功能的整合正在进行之中,使传统的外地可编程门阵列(FPGAs)和最近的混合可编程软盘(pSoCs) 能够进入对能源更加敏感的应用领域(例如汽车和机器人)。通过将固定功能多功能多功能SOC 与灵活、可配置的 FPGA 结构相结合,后者可以用来实现混杂的实时系统(RTSs),共同实施具有高计算和通信(I/O)密度的复杂具体应用程序结构。这些系统在工作量方面的动态变化,目前活跃的节能功能,因此电力消耗需要精确的电流和当前对所有相关供应轨道的感测,以便能够对各种电源管理技术进行可靠评估。在本文中,我们建议用一个低成本的18频道来识别16比分辨率的测量(SFPG-SPS(k-amples econ) 系统,但能以每秒的方式对当前电子电路路路段/SDreal-real-real comde- deal commax) 进行仪化。

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