設(shè)計性能:物理綜合與優(yōu)化

工藝技術(shù)的發(fā)展極大地提高了 FPGA 器件的密度。多個賽靈思? VirtexTM 系列中都包含了超過 1 百萬系統(tǒng)門的器件。這種器件密度的提高和 300 mm 晶圓片的使用，為 FPGA 批量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

　　曾經(jīng)只能使用 ASIC 來實現(xiàn)的設(shè)計現(xiàn)在可以在可編程器件中實現(xiàn)了。最新的 90 nm Virtex-4 器件提供了超過 200,000 個邏輯單元、6 MB 的塊 RAM和接近 100 個 DSP 塊。創(chuàng)建能夠有效利用這些器件中的可用資源并滿足性能要求的設(shè)計是極具挑戰(zhàn)性的工作。幸運的是，今天的 EDA 軟件工具已經(jīng)發(fā)展到能夠應(yīng)對這些挑戰(zhàn)了。

　　邏輯優(yōu)化、邏輯布局和最小化互連延遲都是實現(xiàn)最大性能的重要工作。時序驅(qū)動綜合技術(shù)對設(shè)計性能提供了重大改進。影響時序驅(qū)動綜合的限制因素是估計布線延遲的精度。

　　物理綜合——基于物理布局和布線信息進行綜合——是有效解決這些問題的最前沿技術(shù)。物理綜合與優(yōu)化把綜合引入到網(wǎng)表生成后的實現(xiàn)決策中，從而進一步擴展了這一技術(shù)。這將允許在實現(xiàn)時根據(jù)實際的布局布線信息對綜合映射與打包決策進行動態(tài)復(fù)查。

　　物理綜合與優(yōu)化的優(yōu)點

　　邏輯層次之間的互連延遲受邏輯單元布局的接近性、布線擁塞和網(wǎng)絡(luò)之間對快速布線資源的局部競爭的影響。解決這一問題的方法是在映射、布局和布線期間重新審查綜合決策。在映射階段，可以根據(jù)每個時序路徑的緊急程度對網(wǎng)表進行重新優(yōu)化、打包和布局。這一方法減少了達到時序收斂所需的實現(xiàn)次數(shù)。

　　物理綜合與優(yōu)化流程

　　賽靈思 ISE 軟件提供了多個實現(xiàn)物理綜合與優(yōu)化的軟件選項。您可以根據(jù)您的設(shè)計的具體需求單獨或合并使用這些選項。

　　定義時序要求

　　進行有效物理綜合的最重要一步是建立準(zhǔn)確全面的時序約束。有了這些約束，實現(xiàn)工具就基于可靠信息做出決策，從而改善總體效果。對那些具有嚴格要求的時鐘和 I/O引腳 進行約束，以減輕剩余設(shè)計部分的工作。

　　定義這些時序約束的最輕松途徑是使用 Constraints Editor。這一圖形工具允許您輸入時鐘頻率、多周期與虛假路徑 (false path) 約束、I/O 時序要求，以及大量其他澄清性要求。約束被寫入一個用戶約束文件 (UCF) 中，可在任何文本編輯器中進行編輯。

　　如果未提供用戶定義的時序約束，ISE. 8.1i 軟件提供了一個新功能，將自動為每個內(nèi)部時鐘生成時序約束。在“性能評估模式 (PEM)”中，您可以在不必提供時序目標(biāo)的情況下獲得高性能的物理綜合與優(yōu)化效果。

　　運行全局優(yōu)化

　　對于包含 IP 核或其他網(wǎng)表的設(shè)計，實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換 (NGDBuild) 階段后生成的 NGD 文件表示整個設(shè)計第一次被完整編譯。全局優(yōu)化是在 7.1.01i 版本 Map 中增加的一項新功能，將進行完整設(shè)計的組裝，并嘗試通過重新優(yōu)化組合與寄存器邏輯來提高設(shè)計性能。全局優(yōu)化(命令行鍵入 map –global_opt)顯示可提高設(shè)計時鐘頻率平均 7%。

　　還有兩個選項可以讓您在此階段進一步控制優(yōu)化的完成：時序調(diào)整 (retiming) (map -retiming) 將前后移動寄存器以平衡組合邏輯延遲，和等效寄存器刪除 (map -equivalent_register_removal) 將通過冗余功能性刪除寄存器。