1
?
6.9??典型實(shí)例12：增量式設(shè)計(jì)（Incremental?Design）演示
6.9.1??實(shí)例的內(nèi)容及目標(biāo)
1．實(shí)例的主要內(nèi)容
6.7節(jié)對(duì)增量式設(shè)計(jì)這一方法的基本概念和流程做了全面的介紹。本節(jié)將以一個(gè)具體的實(shí)例幫助讀者熟悉增量式設(shè)計(jì)的操作流程。
本實(shí)例的源代碼參見隨書光盤Example6.9。此程序?yàn)镻C機(jī)通過(guò)串口向SRAM寫入數(shù)據(jù)，再由FPGA從SRAM中讀取數(shù)據(jù)通過(guò)串口將其送到PC機(jī)。
本實(shí)例的重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)過(guò)程中是如何應(yīng)用增量式設(shè)計(jì)的，而不是如何實(shí)現(xiàn)程序本身的功能。
2．實(shí)例目標(biāo)
通過(guò)本訓(xùn)練，讀者應(yīng)達(dá)到下面的目標(biāo)。
·??掌握增量式設(shè)計(jì)與一般設(shè)計(jì)的區(qū)別。
·??掌握增量式設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程。
6.9.2??實(shí)例詳解
增量式設(shè)計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下。
（1）打開ISE工程。
設(shè)計(jì)的第一步為創(chuàng)建邏輯分組。
在本設(shè)計(jì)中，top.v為頂層模塊。頂層模塊中包含兩個(gè)功能模塊，分別為：uart_rs232.v和sram.v。uart_rs232.v用于完成串口數(shù)據(jù)傳輸，sram.v用于對(duì)于SRAM的基本讀寫操作。
top.v頂層模塊中，僅包含這兩個(gè)模塊，沒有其他復(fù)雜邏輯。并且每個(gè)邏輯分組均以寄存器輸出，可將這3個(gè)模塊看作3個(gè)邏輯分組，滿足創(chuàng)建邏輯分組所必須遵循的原則。
（2）綜合。
為了保證在后面的實(shí)現(xiàn)中能夠準(zhǔn)確地完成分組區(qū)域約束，這里需要對(duì)綜合的屬性進(jìn)行設(shè)置，在“Processes?for?Source”中選擇“Synthesize-XST”，單擊鼠標(biāo)右鍵，設(shè)置綜合屬性如圖6.86所示。
圖6.86??設(shè)置綜合屬性對(duì)話框
?
選擇“Synthesis?Options”/“Keep?Hierarchy”，設(shè)置綜合屬性為保留結(jié)構(gòu)層次模式。
綜合完畢要查看綜合報(bào)告，為了和下面流程中的增量綜合結(jié)果作對(duì)比，請(qǐng)?zhí)貏e注意綜合報(bào)告中如圖6.87所示的部分。在沒有進(jìn)行增量綜合時(shí)，要對(duì)每個(gè)模塊都進(jìn)行綜合和優(yōu)化。
圖6.87??未設(shè)置綜合約束條件時(shí)的綜合報(bào)告
?
（3）設(shè)置管腳約束。
在“Processes?for?Source”中選擇“Assign?Package?Pins”啟動(dòng)設(shè)置管腳約束的工具PACE，如圖6.88所示，在Loc處設(shè)置各信號(hào)對(duì)應(yīng)的FPGA管腳。具體設(shè)置可參見例程代碼Source文件夾下的top.ucf文件。
圖6.88??設(shè)置管腳約束界面
?
設(shè)置好管腳約束后，保存退出PACE。在“Processes?for?Source”中選擇“Edit?Constraints?Text”，即在Text模式下編輯約束文件。可以看到系統(tǒng)自動(dòng)生成的管腳約束文件內(nèi)容，如圖6.89所示。
圖6.89??系統(tǒng)生成的管腳約束文件
?
（4）設(shè)置分組區(qū)域約束。
在“Processes?for?Source”中選擇“Create?Area?Constraints”，啟動(dòng)設(shè)置分組區(qū)域約束工具PACE。分別選中sram和rs232，單擊左上角的圖標(biāo)，為每一個(gè)邏輯分組設(shè)置區(qū)域約束，如圖6.90所示。
圖6.90??進(jìn)入分組區(qū)域約束模式
?
設(shè)置區(qū)域約束結(jié)果如圖6.91所示。
圖6.91??區(qū)域約束設(shè)置結(jié)果
?
如圖6.91所示，圖中左上角的區(qū)域?qū)?yīng)的是SRAM邏輯分組的約束區(qū)域，右下角的區(qū)域?yàn)閞s232邏輯分組的約束區(qū)域。采用如上的約束是綜合兩個(gè)邏輯分組內(nèi)部邏輯的復(fù)雜性以及I/O位置來(lái)確定的。這里的約束并不惟一，讀者可根據(jù)需要進(jìn)行修改。
設(shè)置完畢后，保存設(shè)置。在“Processes?for?Source”中選擇“Edit?Constraints?Text”，即在text模式下編輯約束文件，可看到在約束文件中新添了如下內(nèi)容：
#PACE:?Start?of?PACE?Area?Constraints
AREA_GROUP?"AG_rs232"?RANGE?=?SLICE_X0Y55:SLICE_X19Y38?;//設(shè)置rs232邏輯分組區(qū)域
INST?"rs232"?AREA_GROUP?=?"AG_rs232"?;
AREA_GROUP?"AG_sram"?RANGE?=?SLICE_X34Y41:SLICE_X55Y18?;//設(shè)置SRAM邏輯分組區(qū)域
INST?"sram"?AREA_GROUP?=?"AG_sram"?;
?
（5）在普通模式下對(duì)工程進(jìn)行映射和布局布線。
在普通模式下（采用ISE下默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)屬性）對(duì)工程進(jìn)行映射和布局布線是為了得到初始的指引文件，用于在后面的增量設(shè)計(jì)中指引映射和布局布線。
首先在“Processes?for?Source”中選擇“Implement?Design”/“Map”，對(duì)工程進(jìn)行映射。實(shí)現(xiàn)后系統(tǒng)會(huì)生成：top_map.ncd和top_map.ngm文件，需要用這些文件來(lái)指引后面的增量設(shè)計(jì)的映射。為了避免系統(tǒng)將此文件覆蓋，將其改名為：top_map_guide.ncd和top_map_guide.ngm文件。
接著在“Processes?for?Source”中選擇“Implement?Design”/“Place&Route”，對(duì)工程進(jìn)行布局布線，會(huì)得到top.ncd文件。也將其改名為：top_guide.ncd，將其作為后面增量設(shè)計(jì)時(shí)布局布線的指引文件。
|
注意 |
如果在此步驟中無(wú)法順利地完成映射和布局布線等步驟，很可能是區(qū)域分組約束做得不合適。需要重新做區(qū)域分組約束，直到能夠順利完成映射和布局布線為止。映射完成后要查看映射報(bào)告看各邏輯分組的資源利用率。如果不合適，需要修改區(qū)域約束后重新進(jìn)行映射和布局布線。映射報(bào)告需要注意的內(nèi)容如圖6.96所示。 |
完成映射和布局布線后的結(jié)果如圖6.92所示：
（6）對(duì)工程進(jìn)行增量綜合。
如果在設(shè)計(jì)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)了某個(gè)Logic?Group需要修改，對(duì)其做微小的改動(dòng)后，要對(duì)工程進(jìn)行增量綜合。例如可以修改uart_rs232.v的代碼，然后進(jìn)行增量綜合。
本實(shí)例中的增量綜合采用ISE自帶的工具XST。采用XST進(jìn)行增量綜合時(shí)，必須為其添加約束文件（擴(kuò)展名為xcf）。添加的約束文件可先在記事本中編輯，然后保存為擴(kuò)展名為xcf的文件。在本實(shí)例中綜合約束文件為syn_constraint.xcf文件，其內(nèi)容如下：
MODEL?"top"?incremental_synthesis=yes; //使用增量綜合
MODEL?"sram"?incremental_synthesis=yes;? //使用增量綜合
MODEL?"uart_rs232"?incremental_synthesis=yes;? //使用增量綜合
MODEL?"top"?resynthesize=yes; //啟動(dòng)增量綜合
MODEL?"sram"?resynthesize=no; //不啟動(dòng)增量綜合
MODEL?"uart_rs232"?resynthesize=yes; //啟動(dòng)增量綜合
前3句設(shè)置各邏輯分組均采用增量綜合，后3句通知哪個(gè)邏輯分組內(nèi)容發(fā)生改變，需要重新綜合，哪個(gè)邏輯分組內(nèi)容未發(fā)生改變，無(wú)需重新綜合。編輯完畢，將該文件添加到當(dāng)前的工程當(dāng)中，如圖6.92所示，上面syn_constranit.xcf文件即為添加結(jié)果。
添加完畢后，要使這一約束文件有效，還要對(duì)綜合屬性進(jìn)行設(shè)置，如圖6.93所示。
圖6.92??對(duì)工程進(jìn)行映射和布局布線結(jié)果???? 圖6.93??增量綜合屬性設(shè)置對(duì)話框
?
選擇“Synthesis?Options”/“Synthesis?Constraints?File”，根據(jù)約束文件所在位置，設(shè)置約束文件的路徑。設(shè)置完畢后，對(duì)工程進(jìn)行增量綜合。綜合完畢后，查看綜合報(bào)告，注意如下內(nèi)容。
將圖6.94與圖6.87進(jìn)行比較，可以看出綜合中僅對(duì)top和rart_rs232兩個(gè)邏輯分組重新進(jìn)行了綜合和優(yōu)化。SRAM邏輯分組保持不變（Unit?<sram>?is?up?to?date），表明增量綜合實(shí)現(xiàn)了。
圖6.94??增量綜合的綜合報(bào)告圖?????????????????6.95??增量實(shí)現(xiàn)屬性設(shè)置對(duì)話框
?
（7）對(duì)工程進(jìn)行增量實(shí)現(xiàn)（Implement）。
完成增量綜合后，就可以利用前面得到的初始的指引文件：top_map_guide.ncd和top_guide.ncd文件來(lái)指引增量實(shí)現(xiàn)。
?
首先對(duì)工程實(shí)現(xiàn)的屬性進(jìn)行設(shè)置，具體設(shè)置如下。
單擊右鍵，選擇進(jìn)程瀏覽器中的“Implement?Design”的“Property”選項(xiàng)，彈出工程實(shí)現(xiàn)屬性對(duì)話框，如圖6.95所示。在增量設(shè)計(jì)屬性頁(yè)中做如下設(shè)置。
·??為“Enable?Incremental?Design?Flow”使能增量實(shí)現(xiàn)。
·??為“Run?Guided?Incremental?Design?Flow”設(shè)置用指引文件來(lái)引導(dǎo)增量實(shí)現(xiàn)。
·??為“MAP?Guide?Design?File（.ncd）”設(shè)置指引映射的指引文件top_map_guide.ncd路徑。
·??為“PAR?Guide?Design?File（.ncd）”設(shè)置指引布局布線的指引文件top_guide.ncd路徑。
按上述方式設(shè)置完畢后，對(duì)工程進(jìn)行映射和布局布線后，查看映射和布局布線報(bào)告，對(duì)于映射報(bào)告注意以下內(nèi)容。
如圖6.96所示，在映射報(bào)告中會(huì)對(duì)每個(gè)邏輯分組在各自約束的區(qū)域內(nèi)的資源利用情況作一個(gè)總結(jié)報(bào)告?？梢钥吹礁鞣纸M所用的LUT和Slices占其約束區(qū)域總量的百分比。如果出現(xiàn)某一邏輯分組的使用率達(dá)90%以上，而有些邏輯分組還不到1%，則需要重新進(jìn)行區(qū)域約束。
圖6.96??映射報(bào)告（Map?Report）
?
區(qū)域約束最好在生成初始指引文件時(shí)就確認(rèn)。在普通模式下完成映射后查看映射報(bào)告，查看每個(gè)邏輯分組的資源利用率。如是不合適，則更改區(qū)域約束，重新進(jìn)行映射。
對(duì)于布局布線報(bào)告注意以下內(nèi)容。
如圖6.97所示，布局布線時(shí)讀取了top_guide.ncd作為指引文件，僅有rs_232邏輯分組重新進(jìn)行了布局布線（AG_rs232?was?re-implemented）。SRAM邏輯分組完全繼承了前面已有的結(jié)果（AG_sram?was?fully?guided），說(shuō)明增量實(shí)現(xiàn)完成了。
圖6.97??布局布線報(bào)告（Place&Route?Report）
?
完成了布局布線后就可以下載調(diào)試了。如果仍需要改動(dòng)，重復(fù)步驟（6）和步驟（7），直到設(shè)計(jì)符合要求為止。
6.9.3??小結(jié)
本節(jié)以一個(gè)具體的實(shí)例介紹了ISE下增量設(shè)計(jì)流程。希望讀者能夠按照上述步驟進(jìn)一步熟悉ISE的增量設(shè)計(jì)流程，對(duì)增量設(shè)計(jì)有個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)，最終將這種設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到自己的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
