借助物理綜合提高FPGA設(shè)計(jì)效能

圖2. Quartus II設(shè)計(jì)軟件中的物理綜合工具設(shè)置。

目前的FPGA體系結(jié)構(gòu)有兩個(gè)級別或者層次。第一級是邏輯模塊，它是LAB邏輯單元組或者集合。層次的第二級由邏輯單元組成，每個(gè)邏輯單元含有一對寄存器，一對查找表和一對全加器。在Altera FPGA中，這類邏輯單元被稱為自適應(yīng)邏輯模塊(ALM)。這些邏輯模塊堆疊成陣列的形式，通過一定數(shù)量的連線(布線)與片內(nèi)存儲器模塊、DSP模塊和IO模塊連接起來，從而構(gòu)成了FPGA體系結(jié)構(gòu)。

在典型設(shè)計(jì)流程中，進(jìn)行兩次布局。第一步是在邏輯模塊級對整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行布局。完成后，布局算法將邏輯放在邏輯單元級。由于物理綜合工具依靠精確的信息，因此經(jīng)過第二次布局后，很容易看出物理綜合結(jié)果得到了提高，產(chǎn)生質(zhì)量更好的結(jié)果(QoR)，從而提高了效能。

物理綜合工具能夠提高效能的另一應(yīng)用是結(jié)合漸進(jìn)式設(shè)計(jì)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這種方法中，不是在整個(gè)設(shè)計(jì)中使用物理綜合，而是將其應(yīng)用到每個(gè)模塊上。由于物理綜合工具重點(diǎn)放在它需要的模塊上，因此，這不但有助于縮短編譯時(shí)間，而且還提高了性能。

物理綜合工具是Altera Quartus II布局布線工具的一部分。物理綜合工具為用戶提供優(yōu)化選擇和努力等級，以提高性能和效能。下面列出了用戶可以控制的某些優(yōu)化選項(xiàng)。

可提高性能的物理綜合

組合邏輯物理綜合：工具基于精確的信息來進(jìn)一步優(yōu)化組合邏輯。這一選項(xiàng)使Quartus II物理綜合工具能夠重新綜合設(shè)計(jì)中的組合邏輯，縮短關(guān)鍵通路的延時(shí)，提高性能。

異步流水線物理綜合：裝入和清除等流水線異步信號。這一選項(xiàng)使Quartus II物理綜合工具能夠在裝入和清除信號中插入流水線寄存器，提高性能。

用于寄存器的物理綜合

重新定時(shí)：使工具能夠自動進(jìn)行寄存器平衡。這一選項(xiàng)使Quartus II能夠在組合電路間移動寄存器，提高性能。

寄存器復(fù)制：對扇出較多寄存器進(jìn)行復(fù)制。這一選項(xiàng)使Quartus II能夠根據(jù)布局信息來復(fù)制寄存器，提高性能。

用于適配的物理綜合

組合邏輯物理綜合：這是對組合電路進(jìn)行第二次優(yōu)化。Quartus II對組合電路進(jìn)行第二次優(yōu)化，以幫助適配設(shè)計(jì)。

完成邏輯至存儲器映射：這將組合邏輯映射到存儲器，從而減小面積。Quartus II將組合邏輯自動映射到未使用的存儲器模塊中，以減小面積，適配設(shè)計(jì)。

Quartus II還提供漸進(jìn)式設(shè)計(jì)流程，同時(shí)支持自上而下和自下而上的設(shè)計(jì)流程。這類流程用于縮短編譯時(shí)間，提高性能。

本文小結(jié)

當(dāng)今的大部分企業(yè)都希望在競爭中能夠?qū)⒆约旱漠a(chǎn)品率先推向市場。作為主動戰(zhàn)略，提高效能和產(chǎn)品及時(shí)面市是任何產(chǎn)品獲得成功的關(guān)鍵。利用物理綜合工具來提高設(shè)計(jì)性能意味著更短的設(shè)計(jì)周期和更高的效能。能夠高效地使用這類工具的設(shè)計(jì)人員必將獲勝。