深度解讀Vivado之Synthesis

在FPGA設(shè)計(jì)里，設(shè)計(jì)仿真完成RTL代碼設(shè)計(jì)后便是交給設(shè)計(jì)套件進(jìn)行綜合及布局布線。在綜合過(guò)程里，Vivado里提供的參數(shù)選項(xiàng)有點(diǎn)兒多，今天閑暇抽空梳理下。

-flatten_hierarchy

該參數(shù)提供三個(gè)可選項(xiàng)：

full：將我們整個(gè)設(shè)計(jì)層次打平，只保留頂層設(shè)計(jì)，對(duì)模塊間進(jìn)行邊界優(yōu)化（可以理解為我們整個(gè)設(shè)計(jì)被塞到一個(gè)Module里）。

none：完全保留設(shè)計(jì)原始層次，不執(zhí)行任何邊界優(yōu)化。該選項(xiàng)工具進(jìn)行的優(yōu)化最少，消耗的資源最多，層次保留最完整。

rebuild：在進(jìn)行綜合時(shí)將原始設(shè)計(jì)打平，執(zhí)行邊界優(yōu)化，但將網(wǎng)表文件按照原始設(shè)計(jì)層次顯示。

對(duì)于在Verilog中使用的“keep_hierarchy”屬性優(yōu)先級(jí)高于flatten_hierarchy。

gated_clock_conversion

在ASIC中門控時(shí)鐘用的比較多，而在FPGA設(shè)計(jì)中，門控時(shí)鐘并不是專用時(shí)鐘模塊生成，而且Vivado并不會(huì)對(duì)門控時(shí)鐘插入BUFG，在設(shè)計(jì)中應(yīng)極力避免。該選項(xiàng)可將門控時(shí)鐘信號(hào)轉(zhuǎn)換為使能信號(hào)，從而避免門控時(shí)鐘的使用。該選項(xiàng)存在三個(gè)參數(shù)：

off：不允許門控時(shí)鐘轉(zhuǎn)換。

on：允許門控時(shí)鐘轉(zhuǎn)換，Verilog里添加“gated_clocked”的門控時(shí)鐘將會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

auto：Verilog中添加“gated_clocked”的門控時(shí)鐘或者工具檢測(cè)到門控時(shí)鐘而且有相應(yīng)可用的時(shí)鐘約束選項(xiàng)時(shí)將進(jìn)行門控時(shí)鐘轉(zhuǎn)換。

當(dāng)門控時(shí)鐘負(fù)載較少且時(shí)鐘頻率并不高時(shí)可以適當(dāng)使用門控時(shí)鐘，但建議手動(dòng)插入BUFG。

-fanout_limit

該選項(xiàng)用于設(shè)定信號(hào)所能承受的最大負(fù)載。該選項(xiàng)對(duì)于設(shè)計(jì)中的控制信號(hào)，如置位，復(fù)位和使能信號(hào)是無(wú)效的。

-fanout_limit只是一個(gè)宏觀指導(dǎo)原則，并非強(qiáng)制命令。如果需要很明確的對(duì)某個(gè)信號(hào)降扇出，應(yīng)使用MAX_FANOUT而不是-fanout_limit。

MAX_FANOUT可應(yīng)用于RTL代碼中，也可應(yīng)用于XDC中，優(yōu)先級(jí)高于-fanout_limit。當(dāng)需要控制扇出的寄存器與負(fù)載不在同一層次時(shí)，flatten_hierarchy不要設(shè)置為none模式，否則將會(huì)無(wú)法生效。

-directive

Vivado提供的一些優(yōu)化策略：

RuntimeOptimized：執(zhí)行較少的時(shí)序優(yōu)化及RTL優(yōu)化以降低運(yùn)行時(shí)間。

AreaOptimized_high：執(zhí)行常規(guī)面積優(yōu)化，包括強(qiáng)制執(zhí)行三進(jìn)制加法器，在比較器中使用新閾值以使用進(jìn)位鏈以及實(shí)現(xiàn)面積優(yōu)化的多路復(fù)用器。

AreaOptimized_medium：執(zhí)行常規(guī)面積優(yōu)化，包括更改控制集優(yōu)化的閾值，強(qiáng)制執(zhí)行三進(jìn)制加法器，將推理的乘法器閾值降低到DSP模塊，將移位寄存器移入BRAM，在比較器中使用較低閾值以使用進(jìn)位鏈，以及進(jìn)行區(qū)域優(yōu)化的MUX操作。

AlternateRoutability：通過(guò)算法提升路由能力（使用更少的MUXF和CARRYs）。

AreaMapLargeShiftRegToBRAM：檢測(cè)大型移位寄存器，并使用專用的Block RAM實(shí)現(xiàn)它們。

AreaMultThresholdDSP：減少DSP的推斷及使用。

FewerCarryChains：通過(guò)LUT使用降低進(jìn)位鏈的使用。

-retiming

在不改變?cè)荚O(shè)計(jì)及功能時(shí)通過(guò)調(diào)整LUT和寄存器位置來(lái)進(jìn)行時(shí)序優(yōu)化調(diào)整。

-fsm_extraction

設(shè)定狀態(tài)機(jī)編碼方式，默認(rèn)為auto，此時(shí)Vivado會(huì)自行決定最佳的編碼方式。

-keep_equivalent_registers

當(dāng)勾選時(shí)，對(duì)于輸入的同源寄存器，綜合時(shí)將會(huì)被合成一個(gè)。如下例所示：

always@（posedge clk）begin rx《=a; ry《=a; r《=b; resa《=rx & r; resb《=ry^y;end

當(dāng)該選項(xiàng)不勾選時(shí)，rx，ry將會(huì)被合并成一個(gè)寄存器。

-resource_shring

對(duì)算數(shù)運(yùn)算符通過(guò)資源共享優(yōu)化設(shè)計(jì)資源，有三個(gè)可選項(xiàng)：auto、on、off。設(shè)置為auto時(shí)，工具會(huì)根據(jù)時(shí)序要求進(jìn)行調(diào)整。

-control_set_opt_threshold

觸發(fā)器的控制集由時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位/置位吸納后和使能信號(hào)構(gòu)成，通常只有{clk，set/rst，ce}均相同的觸發(fā)器才可以被放在一個(gè)SLICE中。該選項(xiàng)將時(shí)鐘使能優(yōu)化的閾值設(shè)置為較少的控制集。默認(rèn)值為自動(dòng)，這意味著該工具將根據(jù)目標(biāo)設(shè)備選擇一個(gè)值。支持任何正整數(shù)值。

給定值是工具將控制集移入寄存器的D邏輯所需的扇出數(shù)量。如果扇出大于該值，則該工具嘗試使該信號(hào)驅(qū)動(dòng)該寄存器上的control_set_pin。

-no_lc

使能該選項(xiàng)時(shí)，工具將不會(huì)嘗試LUT的整合。雖然LUT整合能夠降低LUT的使用，但也有可能導(dǎo)致布局布線擁塞。當(dāng)“LUT as Logic”超過(guò)15%時(shí)，建議勾選該選項(xiàng)。

-no_slrextract -shreg_min_size

移位寄存器可以被綜合成LUT實(shí)現(xiàn)。-shreg_min_size用于管理移位寄存器是否映射為L(zhǎng)UT，默認(rèn)值為3.當(dāng)移位寄存器的深度不超過(guò)-shereg_min_size時(shí)，最終采用移位寄存器實(shí)現(xiàn)，否則采用FF+LUT+FF形式實(shí)現(xiàn)。

-no_slrextract用于阻止工具將移位寄存器映射為L(zhǎng)UT。優(yōu)先級(jí)高于-shreg_min_size。

其他選項(xiàng)我們基本就用不上了，若需使用可參照ug901手冊(cè)。

編輯：jq