设计性能：物理综合与优化

1、设计性能：物理综合与优化工艺技术的进展极大地提高了 器件的密度。多个 virtextm 系列中都包含了超过 1 百万系统门的器件。这种器件密度的提高和 300 mm 晶圆片的用法，为 fpga 批量生产制造了条件。曾经只能用法 asic 来实现的设计现在可以在可编程器件中实现了。最新的 90 nm virtex-4 器件提供了超过 200,000 个规律单元、6 mb 的块 ram和临近 100 个 块。创建能够有效利用这些器件中的可用资源并满足性能要求的设计是极具挑战性的工作。幸运的是，今日的 软件工具已经进展到能够应对这些挑战了。规律优化、规律布局和最小化互连延迟都是实现最大性能的重要工作

2、。时序驱动综合技术对设计性能提供了重大改进。影响时序驱动综合的限制因素是估量布线延迟的精度。物理综合基于物理布局和布线信息举行综合是有效解决这些问题的最前沿技术。物理综合与优化把综合引入到网表生成后的实现决策中，从而进一步扩展了这一技术。这将允许在实现时按照实际的布局布线信息对综合映射与打包决策举行动态复查。物理综合与优化的优点规律层次之间的互连延迟受规律单元布局的临近性、布线拥塞和网络之间对迅速布线资源的局部竞争的影响。解决这一问题的办法是在映射、布局和布线期间重新审查综合决策。在映射阶段，可以按照每个时序路径的紧张程度对网表举行重新优化、打包和布局。这一办法削减了达到时序收敛所需的实现次数

3、。物理综合与优化流程赛灵思 ise 软件提供了多个实现物理综合与优化的软件选项。您可以按照您的设计的详细需求单独或合并用法这些选项。定义时序要求举行有效物理综合的最重要一步是建立精确全面的时序约束。有了这些约束，实现工具就基于牢靠信息做出决策，从而充实总体效果。对那些具有严格要求的时钟和 i/o引脚 举行约束，以减轻剩余设计部分的工作。定义这些时序约束的最轻松途径是用法 constraints editor。这一图形工具允许您输入时钟频率、多周期与虚假路径 (false path) 约束、i/o 时序要求，以及大量其他澄清性要求。约束被写入一个用户约束文件 (ucf) 中，可在任何文本编辑器中

4、举行编辑。假如未提供用户定义的时序约束，ise. 8.1i 软件提供了一个新功能，将自动为每个内部时钟生成时序约束。在“性能评估模式 (pem)”中，您可以在不必提供时序目标的状况下获得高性能的物理综合与优化效果。运行全局优化对于包含 ip 核或其他网表的设计，实现的转换 (ngdbuild) 阶段后生成的 ngd 文件表示囫囵设计第一次被完整编译。全局优化是在 7.1.01i 版本 map 中增强的一项新功能，将举行完整设计的组装，并尝试通过重新优化组合与寄存器规律来提高设计性能。全局优化（指令行键入 map global_opt）显示可提高设计时钟频率平均 7%。还有两个选项可以让您在此阶

5、段进一步控制优化的完成：时序调节 (retiming) (map -retiming) 将前后移动寄存器以平衡组合规律延迟，和等效寄存器删除 (map -equivalent_register_removal) 将通过冗余功能性删除寄存器。允许时序驱动打包与布局时序驱动打包与布局是物理综合实现流程的核心。当您采纳这个选项 (map -timing)，布局布线的布局阶段将在 map 中完成，允许在初始结果未达最优时对打包决策举行重新审查。时序驱动打包迭代流程替换了无关规律打包（unrelated logic packing）。赛灵思物理综合与优化中包含不同级别的优化。第一级优化是在 ise 6.

6、1i 软件中引入的，从举行规律变换开头，其中包括扇出控制、规律复制、拥塞控制，以及改进的延迟估量。这些例程使设计实现了更高效的打包和布局，达到了更快的时钟频率和更高密度的规律利用率。下一级增强了规律与寄存器优化；map 可重新支配单元以改进关键路径延迟。这些变换为满足设计时序要求提供了极大的灵便性。用法了大量不同技术（包括内部引脚交换、基本单元切换，以及规律重组）将物理单元转换成规律上等效的不同结构，以满足设计要求。ise 8.1i 软件引入了另外一级物理综合：组合规律优化。该 -logic_opt 开关将开启一个流程，对设计中的全部组合规律举行检查。给定布局和时序信息，您可以对优化 lut 结构做出更牢靠的决策，以改进总体设计。物理综合与优化示例规律复制：假如一个 lut 或触发器驱动多个负载，而这些负载中有一个或多个负载的放置位置离驱动源的距离太远因而无法满足时序要求时，可以复制该 lut 或触发器并放置在逼近该组负载的地方，从而减小布线延迟（图 1）。规律重组：假如关键路径跨越多个切片中的多个 lut，可利用较少的切片对该规律举行重新组织，采纳时序上更高效的 lut 与多路转换器组合来降低该路径所需的布线资源（图 2）。基本单元切换：假如一个功能用法 lut 和多路转换器构成，物理综合与优化可对该功能举行重新支配，将最快的路径（普通通过多路