使用Quartus II提高可編程邏輯設(shè)計(jì)效能的T.I.P.S

Altera　　
　　今天每一個(gè)工程人員都把精力放在效能上面，即用最少的資源做最多的事情。Altera的PLD開發(fā)軟件平臺(tái)工具Quartus II 能幫助工程人員提高效能，它是如何實(shí)現(xiàn)的呢？概括起來說就是 Quartus II的T.I.P.S.
 • T代表Timequest, ——新一代ASIC功能時(shí)序分析儀，支持業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)Synopsys設(shè)計(jì)約束(SDC)時(shí)序分析方法。
 • I代表增量式編譯（Incremental Compilation）支持自下而上的設(shè)計(jì)流程，可以分別建立和優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)可以逐步集成經(jīng)過優(yōu)化的設(shè)計(jì)模塊，在整個(gè)集成過程中，保持設(shè)計(jì)模塊的性能不變。
 • P 代表PowerPlay功耗分析和優(yōu)化技術(shù)：它能夠?qū)倪M(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，從設(shè)計(jì)概念形成到實(shí)施階段，幫助您提高功耗管理的效率。
 • S 代表SOPC Builder，它避免了繁雜而又容易出錯(cuò)的系統(tǒng)集成任務(wù)，幫助您迅速建立系統(tǒng)。

T: TimeQuest

TimeQuest時(shí)序分析儀應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)FPGA時(shí)序驗(yàn)證

　　新的、使用方便的TimeQuest時(shí)序分析器提供完整的GUI環(huán)境，建立約束和時(shí)序報(bào)告，并提供ASIC功能特性，自然地支持Synopsys設(shè)計(jì)約束(SDC)格式，以及全腳本功能。TimeQuest時(shí)序分析器是 65nm 器件和未來工藝技術(shù)的默認(rèn)時(shí)序分析器。 Altera 的 Quartus® II 軟件針對(duì) 65nm 和以前的設(shè)計(jì)繼續(xù)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序分析器。

誰應(yīng)該使用TimeQuest時(shí)序分析器

　　Altera建議在180nm、90nm和65nm工藝節(jié)點(diǎn)上所有新的Altera® 設(shè)計(jì)都使用 TimeQuest 時(shí)序分析器。此外，還建議所有移植到65nm器件上的設(shè)計(jì)都使用TimeQuest時(shí)序分析器。
注意： 移植到65nm器件上包括存儲(chǔ)器接口 (DDR、DDR II等)的設(shè)計(jì)應(yīng)使用TimeQuest時(shí)序分析器，而不要使用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序分析器。

和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序分析器相比，為什么要使用 TimeQuest 時(shí)序分析器

　　從基本的時(shí)序分析要求到高級(jí)時(shí)序分析要求，與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序分析器相比，TimeQuest時(shí)序分析器都有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　　　•　　基本時(shí)序分析要求—— TimeQuest 時(shí)序分析器提供使用方便的GUI，建立約束，查看時(shí)序報(bào)告。使用 TimeQuest 時(shí)序分析器，它提供和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序分析器相同的流程 ( 包括默認(rèn)的時(shí)鐘約束和 fMAX 報(bào)告 ) ，您不必再學(xué)習(xí)SDC或者其他的約束格式。而且，與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序分析器相比， TimeQuest 時(shí)序分析器提供更多的約束對(duì)話框，加速建立約束。
　　　　•　　中間時(shí)序分析要求—— TimeQuest 時(shí)序分析器能夠自然地支持 SDC 格式。 TimeQuest 時(shí)序分析器簡(jiǎn)化了 SDC 的學(xué)習(xí)過程，提供按需的交互式報(bào)告功能。 與 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序分析器相比， TimeQuest 時(shí)序分析器能夠建立更精確的時(shí)序行為模型 ( 例如，上升 / 下降時(shí)序模型 ) 。 Hardcopy II 和 65nm 器件系列的性能可以提高 3-5 ％。
　　　　•　　高級(jí)時(shí)序要求—— TimeQuest 時(shí)序分析器提供全腳本功能，建立約束，生成報(bào)告，管理時(shí)序分析流程。 TimeQuest 時(shí)序分析器支持高級(jí) (though- 支持 ) 報(bào)告，并且能夠建立定制報(bào)告。 TimeQuest 時(shí)序分析器簡(jiǎn)化了對(duì)源同步接口 (DDR 、 DDR2) 的約束。而且， TimeQuest 對(duì) SDC 的自然支持還能夠輕松實(shí)現(xiàn) ASIC 原型開發(fā)，或者移植為 Hardcopy 結(jié)構(gòu)化 ASIC 。

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I: Incremental Compilation (增量式編譯)

Quartus II 編譯增強(qiáng)特性

高密度 FPGA 設(shè)計(jì)的性能和效能達(dá)到最佳

　　Quartus® II 軟件首次實(shí)現(xiàn)了 FPGA 業(yè)界的漸進(jìn)式編譯功能，支持自上而下和自下而上基于團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)，縮短了設(shè)計(jì)迭代的編譯時(shí)間，同時(shí)保持性能不變，使 Quartus II 軟件成為高密度 FPGA 設(shè)計(jì)中效率最高的軟件。使用 Quartus II 軟件來進(jìn)行高密度 FPGA 設(shè)計(jì)，您可以迅速完成設(shè)計(jì)。

在系統(tǒng)集成過程中，保持設(shè)計(jì)模塊的性能不變

　　Quartus II 漸進(jìn)式設(shè)計(jì)在功能上的改進(jìn)包括了基于團(tuán)隊(duì)的工程管理流程，大大提高了團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的效率。系統(tǒng)規(guī)劃人員可以首先采用自上而下的方法定義一個(gè)工程。在新的工程管理器界面中 ( 參見圖 1) ，您可以生成所有的自下而上的設(shè)計(jì)分區(qū)工程，讓每個(gè)工程師獨(dú)立地進(jìn)行開發(fā)和優(yōu)化，然后將結(jié)果集成到整個(gè)設(shè)計(jì)中。在系統(tǒng)集成階段，系統(tǒng)規(guī)劃人員還可以對(duì)準(zhǔn)備好的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊逐步進(jìn)行集成，同時(shí)保持設(shè)計(jì)模塊的性能不變。
圖 1.  工程管理器 GUI

每天進(jìn)行更多的迭代，實(shí)現(xiàn)最大效能

　　通過縮短編譯時(shí)間 ( 參見圖 2) ，您可以由原來的每天只能迭代一到兩次提高到現(xiàn)在的四到十次，極大的提高了設(shè)計(jì)效能。
圖 2. 縮短高密度 FPGA 設(shè)計(jì)的編譯時(shí)間，進(jìn)行更多的迭代

　
 
更快地達(dá)到時(shí)序逼進(jìn)

　　漸進(jìn)式編譯功能使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)榫C合和適配 / 邏輯布局確定物理和邏輯分區(qū)，如圖 3 所示。
圖 3. 漸進(jìn)式編譯的設(shè)計(jì)分區(qū)

　
　　Quartus II 軟件在處理設(shè)計(jì)時(shí)，保留您指定的分區(qū)，使您能夠優(yōu)化特定分區(qū)而保持其他分區(qū)不變。高級(jí)優(yōu)化技術(shù)會(huì)導(dǎo)致編譯時(shí)間增加，而漸進(jìn)式編譯功能則使降低了這種影響，提高時(shí)序逼近性能，在特定設(shè)計(jì)分區(qū)上使用物理綜合等高級(jí)優(yōu)化技術(shù)，保持其他分區(qū)不變。
　　例如，如果頂部分區(qū)和 F 分區(qū) ( 參見圖 3) 已經(jīng)達(dá)到性能要求，那么您可以只修改 B 分區(qū)或者打開物理綜合功能，重新編譯設(shè)計(jì)來進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體性能。

使用方便

　　如圖 4 所示，可以方便的在 Quartus II 軟件工程導(dǎo)航器層次視圖中分配分區(qū)。
圖 4. 在用戶界面中確定設(shè)計(jì)分區(qū)

　
 
　　完成設(shè)計(jì)分區(qū)后，設(shè)計(jì)人員通過為每個(gè)分區(qū)設(shè)置一個(gè)網(wǎng)表類型屬性，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)處理過程的高級(jí)控制。表 1 是一些有效的設(shè)置。

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P: PowerPlay功率分析和優(yōu)化

Quartus II PowerPlay功率分析和優(yōu)化技術(shù)
 
　

　　引入Quartus® II 的PowerPlay功率分析和優(yōu)化技術(shù)后，Altera在軟件技術(shù)上領(lǐng)先的傳統(tǒng)，得到了進(jìn)一步的鞏固。PowerPlay技術(shù)可以使您對(duì)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功耗進(jìn)行精確的分析和優(yōu)化。在2005年即將發(fā)布的Quartus II新版本中，PowerPlay功率分析工具能夠滿足速度和面積的要求，提供按鍵式靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗優(yōu)化。

從設(shè)計(jì)概念產(chǎn)生到實(shí)施過程中的功率分析

　　Quartus II PowerPlay功率分析工具使您能夠在早期設(shè)計(jì)概念產(chǎn)生到設(shè)計(jì)實(shí)施階段過程中對(duì)功耗進(jìn)行估算，如圖2所示。
圖2. PowerPlay功率分析

　
PowerPlay早期功率估算器

　　設(shè)計(jì)人員可以在設(shè)計(jì)概念產(chǎn)生階段利用PowerPlay早期功率估算器表單對(duì)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗進(jìn)行估算。利用新的Quartus II PowerPlay功率分析器功能，能夠在設(shè)計(jì)實(shí)施階段對(duì)功率進(jìn)行精確估算。

PowerPlay功率分析器

　　Quartus II軟件現(xiàn)在具有PowerPlay功率分析器功能，通過早期功率估算器表單，該功能提高了功耗估算的精度。該表單：
　　　　•　　考慮器件資源使用和布局布線結(jié)果
　　　　•　　考慮功能和時(shí)序仿真輸入/輸出激勵(lì)
　　　　•　　當(dāng)仿真矢量輸入無效時(shí)，對(duì)預(yù)期的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)工作速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析
　　Quartus II PowerPlay功率分析器生產(chǎn)詳細(xì)的報(bào)告，指明哪種器件結(jié)構(gòu)甚至是設(shè)計(jì)層次模塊消耗了最大的熱量。圖3列出了PowerPlay功率分析器報(bào)告。Quartus II用戶現(xiàn)在可以利用這些報(bào)告結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低功耗目標(biāo)。
圖3. PowerPlay功率分析器報(bào)告表
 
　

S: SOPC Builder

SOPC Builder起到什么作用?

　　在建立一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，最耗時(shí)的任務(wù)是根據(jù)系統(tǒng)要求集成大量的組件。SOPC Builder避免了手動(dòng)系統(tǒng)集成任務(wù)，使您能夠?qū)⒕性诙ㄖ朴脩暨壿嬙O(shè)計(jì)上，從而突出系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。 Altera® Quartus II 設(shè)計(jì)軟件的所有版本均包括SOPC Builder 系統(tǒng)生成工具。SOPC Builder具有：
　　• 使用方便的 GUI 接口，幫助用戶高效地建立并修改系統(tǒng)。
　　• 自動(dòng)集成常用的 SOPC Builder 組件、Altera知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP)、Altera宏功能合作伙伴計(jì)劃 (AMPPSM) IP，以及定制組件內(nèi)核等。
　　• 您可以高效地連接外部處理器和SOPC Builder可用IP庫，包括Serial RapidIO™、千兆以太網(wǎng)、PCI和PCI Express。
　　• 在您的系統(tǒng)中建立自己的可重用定制組件。
　　• 生成系統(tǒng) HDL，包括針對(duì)系統(tǒng)組件集成需求而經(jīng)過優(yōu)化的系統(tǒng)互聯(lián)架構(gòu)。

迅速推向市場(chǎng)——SOPC Builder應(yīng)用

　　您可以在全部或者部分FPGA以及MAX® II CPLD 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用SOPC Builder。采用SOPC Builder接口來選擇元件，以及元件間的連接，您會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)集成任務(wù)能夠在幾分鐘內(nèi)完成。公共SOPC Builder應(yīng)用包括：
　　• 構(gòu)建定制Nios® II 嵌入式處理器解決方案
　　• 采用外設(shè)擴(kuò)展定制單機(jī)處理器
　　• 通過PCI接口連接至ASSP以及CPU
　　• 構(gòu)建數(shù)字信號(hào)處理（DSP）協(xié)處理器

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定制Nios II嵌入式處理器解決方案

　現(xiàn)在，您使用SOPC Builder和Altera Nios II處理器定義一個(gè)定制處理器方案，來輕松滿足您的需要（參見圖1）。
圖1. 定制Nios II嵌入式處理器解決方案

　
 
單機(jī)處理器外設(shè)擴(kuò)展

　　采用SOPC Builder元件編輯器功能，您可以輕松實(shí)現(xiàn)幾乎所有外部處理器以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的接口（參見圖2）。在產(chǎn)生處理器的SOPC Builder元件接口時(shí)，您只需點(diǎn)擊幾次鼠標(biāo)，便可以加入其他I/O引腳、預(yù)封裝外設(shè)以及自己的定制外設(shè)。SOPC Builder將會(huì)為您的軟件開發(fā)小組構(gòu)建系統(tǒng)，輸出頭文件。開發(fā)小組可以采用其常用的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），通過外部處理器來訪問外設(shè)。
圖2. CPU外設(shè)擴(kuò)展

　
 
參見如何輕松實(shí)現(xiàn)單機(jī)處理器外設(shè)擴(kuò)展：
　　• SOPC Builder在線演示

通過PCI連接至ASSP以及CPU

　　多種ASSP和處理器含有PCI接口。如果您使用Altera SOPC Builder和SOPC Builder Ready PCI MegaCore®編譯器，您將會(huì)輕松構(gòu)建通過PCI實(shí)現(xiàn)與這些ASSP以及外部處理器進(jìn)行通信的系統(tǒng)（參見圖3）。
圖3. PCI接口實(shí)現(xiàn)的ASSP以及CPU連接
 
　

DSP 協(xié)處理器

　　您采用SOPC Builder可以輕松構(gòu)建DSP協(xié)處理器，分擔(dān)DSP器件的任務(wù)。您還可以利用Altera FPGA并行DSP處理能力，提升系統(tǒng)DSP處理性能。SOPC Builder元件編輯器將會(huì)幫助您構(gòu)建德州儀器（TI）DSP處理器外部存儲(chǔ)器接口（EMIF），或者其他外設(shè)擴(kuò)展以及其他處理器的外部存儲(chǔ)器接口（參見圖4）。
圖4. DSP協(xié)處理器

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SOPC Builder接口

　　SOPC Builder直觀的用戶界面使您能夠輕松的選擇元件，進(jìn)行參數(shù)賦值，選擇元件間的連接，生成包括互連在內(nèi)的完整系統(tǒng)，自動(dòng)生成方便軟件工程師使用的存儲(chǔ)器映射頭文件（參見圖5）。
圖5. SOPC Builder用戶界面

　
 
總結(jié)：最好的感受Quartus II T.I.P.S的方法就是立即安裝，相關(guān)的資源如下。

最新Quartus II軟件免費(fèi)下載：www.altera.com.cn/download

Quartus II 開發(fā)軟件7.1文檔：http://www.altera.com.cn/literature/lit-qts.jsp

　　另外，說到TIPS, ”Show me, Guide me, Test me”, 是一個(gè)集成在Quartus II中非常好的學(xué)習(xí)工具，它可以在安裝完Quartus II 軟件后，HELP菜單中TUTORIAL欄里獲得。