如何通過RTL分析、SDC約束和綜合向?qū)Ц焱瞥鯢PGA設(shè)計

作者：時間：2017-06-04 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://2s4d.com/article/201706/348760.htm

大多數(shù) FPGA 設(shè)計人員都充滿熱情地開展專業(yè)化問題解決和創(chuàng)造性工作，當(dāng)然，他們工作壓力也相當(dāng)大，工作流程也非常單調(diào)乏味。幸運的是，EDA 公司和 FPGA 廠商不斷開發(fā)新的工具和方法，推進(jìn)繁瑣任務(wù)的自動化，幫助設(shè)計團(tuán)隊集中精力做好創(chuàng)造性工作。下面我們就來看看 FPGA 工具流程的演進(jìn)發(fā)展，了解一下現(xiàn)代 FPGA 團(tuán)隊是如何利用 RTL分析、約束生成和綜合導(dǎo)向來減少設(shè)計迭代的。

如果您已經(jīng)是一名 FPGA 設(shè)計專業(yè)人士，那么將擁有輝煌的職業(yè)發(fā)展前景，因為越來越多傳統(tǒng)上需要 ASIC 實現(xiàn)的設(shè)計現(xiàn)已改用 FPGA。隨著新一代芯片工藝技術(shù)的推出，設(shè)計 ASIC的成本正呈幾何級數(shù)增加。與此同時，F(xiàn)PGA 廠商則能利用最新工藝技術(shù)實現(xiàn)新一代產(chǎn)品，且不會讓客戶承擔(dān)過重的成本負(fù)擔(dān)。

但不容樂觀的是，F(xiàn)PGA 設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜，需要跟 ASIC 流程一樣復(fù)雜的工具流程，這往往需要整個設(shè)計團(tuán)隊的共同努力才能完成，而不能光靠一名設(shè)計人員。因此，F(xiàn)PGA 設(shè)計團(tuán)隊在著手ECO 或新項目之前應(yīng)認(rèn)真分析現(xiàn)有的工具套件。那么好消息呢？就是新一代EDA 工具如雨后春筍般涌出，可助他們一臂之力。設(shè)計人員可選擇采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式且易于安裝和使用的工具，簡化流程集成工作，而且能夠在選定的平臺（不管是 Windows 還是 Linux）上實現(xiàn)本機(jī)運行。

FPGA 工具流程的發(fā)展演進(jìn)

這些年來，F(xiàn)PGA 設(shè)計日趨復(fù)雜，工具流程也隨之發(fā)展，而且越來越像 ASIC流程。上世紀(jì) 90 年代，F(xiàn)PGA 流程（見圖 1 的流程 A）跟當(dāng)時的簡易 ASIC 流程一樣，最初以 RTL 為基礎(chǔ)，并采用綜合及布局布線工具。隨著設(shè)計變得進(jìn)一步復(fù)雜化，F(xiàn)PGA 團(tuán)隊在流程中增加了時序分析功能，幫助客戶確保設(shè)計能按指定的頻率運行。今天的 FPGA已經(jīng)發(fā)展為龐大的系統(tǒng)平臺，設(shè)計團(tuán)隊通常要通過 RTL 分析來最小化設(shè)計迭代，并確保設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的性能目標(biāo)。

進(jìn)而言之，由于今天的 FPGA 設(shè)計項目非常龐大復(fù)雜，所以設(shè)計人員需要想盡一切辦法更好地了解設(shè)計的規(guī)模和復(fù)雜性，以便更好地控制流程中的工具，加速設(shè)計上市進(jìn)程。現(xiàn)代FPGA 設(shè)計團(tuán)隊正在采用一種新型方法，那就是在整個設(shè)計流程中貫穿約束機(jī)制。我們不妨看看當(dāng)下最流行的、現(xiàn)已得到賽靈思最新 Vivado 流程支持的一種約束方法——Synopsys 設(shè)計約束 (SDC) 格式，以及了解如何通過 SDC 讓設(shè)計項目受益。

什么是 SDC？

SDC 是一款基于 TCL 的格式，可用來設(shè)定設(shè)計目標(biāo)，包括設(shè)計的時序、功耗和面積約束。一些產(chǎn)品能讀取或?qū)懭?SDC。一些示例 SDC 約束包括時序約束（如創(chuàng)建時鐘、創(chuàng)建生成時鐘、設(shè)置輸入延遲和設(shè)置輸出延遲）和時序例外（如設(shè)置錯誤路徑、設(shè)置最大延遲、設(shè)置最小延遲以及設(shè)置多周期路徑）。這些 SDC 約束通常應(yīng)用于寄存器、時鐘、端口、引腳和網(wǎng)絡(luò)（連線）等設(shè)計對象。

需要指出的是，盡管 SDC 是標(biāo)準(zhǔn)化格式，但生成的 SDC 和讀取 SDC之間還是略有差異（不同工具之間有差異）。了解這些差異并積極采取措施，有助于避免意外情況的發(fā)生。

SDC 不應(yīng)過于復(fù)雜

SDC 最常見的應(yīng)用就是約束綜合。一般說來，設(shè)計人員要考慮設(shè)計的哪些方面需要約束，并為其編寫 SDC。設(shè)計人員通常要執(zhí)行流程 B 中描述的流程，首次肯定無法進(jìn)行時序收斂。隨后要反復(fù)手動盲目嘗試添加 SDC，以實現(xiàn)時序收斂，或讓設(shè)計能在指定的頻率上工作。許多從事過上述工作的設(shè)計人員都抱怨說設(shè)計迭代要花好幾個星期，往往會拖延設(shè)計進(jìn)程。

迭代的另一個問題在于，數(shù)名設(shè)計人員可能在不同的地點為 SDC 設(shè)計不同的模塊。這樣設(shè)計工作會變得非常復(fù)雜，設(shè)計團(tuán)隊必須想辦法驗證SDC，避免在芯片級封裝階段出現(xiàn)層級名稱的沖突。要確保進(jìn)行有效的設(shè)計協(xié)作，就必須采用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆头椒ā?/p>

流程 C 是現(xiàn)代化流程，除了流程B 的工具之外還采用了分析、SDC 約束和高層次綜合技術(shù)，在解決上述問題方面發(fā)揮了重大作用。

除了與賽靈思及其他 FPGA 廠商協(xié)作外，Blue Pearl 公司還同Synopsys 開展密切合作。這兩家公司共同研究如何讓綜合工具接受盡可能多的自動生成的 SDC，同時避免設(shè)計人員進(jìn)行任何手動修改。由于 SDC 格式對不同工具的使用差異很小，因此工作團(tuán)隊快速明確命名方案是順利實現(xiàn)互操作性的一大挑戰(zhàn)。

這里的解決方案是在綜合的第一階段（編譯）后截取映射名稱，在 BluePearl 軟件套件的 SDC 生成工具中使用名稱（見圖 3），并為綜合工具的第二階段（優(yōu)化）提供適當(dāng)?shù)?SDC。該方法給 FPGA 設(shè)計人員提供了一個最佳解決方案，無需花時間處理格式化問題。