Xilinx FPGA 超温关机保护

在UG480文档，有关于FPGA芯片热管理的介绍。

首先需要理解XADC中的 Over Temperature（OT）和User Temperature的关系。片上温度测量用于关键温度警告，也支持自动关机，以防止设备被永久损坏。片上温度测量在预配置和自动关机期间连续记录结温。

Over Temperature是用于执行自动关机时所用设置。User Temperature是用于执行用户自定义的热管理程序，例如控制风扇转速。当设备温度超过温度上限控制寄存器限制（53H/50H）时，报警信号OT/ALM $0$ 为高。OT/ALM $0$ 保持高电平状态，直至温度低于下限控制寄存器（57H/54H）。一个典型的报警信号变化如下图所示。

使能FPGA芯片过温自动关机功能，需要将OT upper alarm register（53h）中的低4位设置为0011b，同时在xdc文件中添加如下语句。

cpp 复制代码

set_property BITSTREAM.CONFIG.OVERTEMPPOWERDOWN ENABLE [current_design]

当芯片温度超过OT上限阈值(或默认125℃)时，超温告警逻辑输出激活，10 ms后设备启动关机程序。当自动关机启动时，设备被禁用，GHIGH被断言以防止任何争用。当OT解除时，GHIGH也解除，启动启动顺序，释放全局资源。当器件关闭时，XADC自动使用内部时钟振荡器，但其他方面保持不变。自动关机功能是为了防止对设备造成永久性损坏。当温度降到OT下限以下，OT解除后，需要重新配置设备。

如果XADC被实例化，自动关机功能可以通过在Config Reg 1 (41h) High中设置OT信号来禁用，或者通过在xdc文件中添加以下约束来禁用。

cpp 复制代码

set_property BITSTREAM.CONFIG.OVERTEMPPOWERDOWN DISABLE [current_design]

下面进行测试，为了加快测试速度，将XADC IP核中的两个温度阈值，设低一点。

检查一下生成的IP核V文件，可以看到OT上限阈值寄存器（53H）的低4位默认是3h，也就是0011b。同时在xdc文件中添加前面所说的语句以使能过温关机功能。

在顶层文件中例化xadc_wiz_0，本次测试只需要给IP核接上时钟和复位信号即可。为了观察输出，再将user_temp_alarm_out信号和ot_out信号引出接到开发板上的两个LED上。

生成并下载Bitstream，打开XADC数据面板。下图为温度数据，可以看到在未到达OT上限温度时，芯片温度一直处于上升状态，当芯片温度超过OT上限温度50度，芯片自动关机，此时芯片温度开始下降。从开发板上的LED状态可以验证芯片确实关机了。

在测试中发现，芯片温度不需要下降到OT下限以下，也可以重新下载程序。

将程序固化到板载Flash中后，在芯片温度达到OT上限后，芯片自动关机。重新上电配置即可恢复正常。