FPGA設(shè)計開發(fā)軟件ISE使用技巧之：典型實例-增量式設(shè)計演示

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6.9??典型實例12：增量式設(shè)計（Incremental?Design）演示

6.9.1??實例的內(nèi)容及目標(biāo)

1．實例的主要內(nèi)容

6.7節(jié)對增量式設(shè)計這一方法的基本概念和流程做了全面的介紹。本節(jié)將以一個具體的實例幫助讀者熟悉增量式設(shè)計的操作流程。

本實例的源代碼參見隨書光盤Example6.9。此程序為PC機(jī)通過串口向SRAM寫入數(shù)據(jù)，再由FPGA從SRAM中讀取數(shù)據(jù)通過串口將其送到PC機(jī)。

本實例的重點在于設(shè)計過程中是如何應(yīng)用增量式設(shè)計的，而不是如何實現(xiàn)程序本身的功能。

2．實例目標(biāo)

通過本訓(xùn)練，讀者應(yīng)達(dá)到下面的目標(biāo)。

·??掌握增量式設(shè)計與一般設(shè)計的區(qū)別。

·??掌握增量式設(shè)計的設(shè)計流程。

6.9.2??實例詳解

增量式設(shè)計的具體實現(xiàn)步驟如下。

（1）打開ISE工程。

設(shè)計的第一步為創(chuàng)建邏輯分組。

在本設(shè)計中，top.v為頂層模塊。頂層模塊中包含兩個功能模塊，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用于對于SRAM的基本讀寫操作。

top.v頂層模塊中，僅包含這兩個模塊，沒有其他復(fù)雜邏輯。并且每個邏輯分組均以寄存器輸出，可將這3個模塊看作3個邏輯分組，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現(xiàn)中能夠準(zhǔn)確地完成分組區(qū)域約束，這里需要對綜合的屬性進(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)置綜合屬性對話框

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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告，為了和下面流程中的增量綜合結(jié)果作對比，請?zhí)貏e注意綜合報告中如圖6.87所示的部分。在沒有進(jìn)行增量綜合時，要對每個模塊都進(jìn)行綜合和優(yōu)化。

圖6.87??未設(shè)置綜合約束條件時的綜合報告

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（3）設(shè)置管腳約束。

在“Processes?for?Source”中選擇“Assign?Package?Pins”啟動設(shè)置管腳約束的工具PACE，如圖6.88所示，在Loc處設(shè)置各信號對應(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

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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?？梢钥吹较到y(tǒng)自動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

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（4）設(shè)置分組區(qū)域約束。

在“Processes?for?Source”中選擇“Create?Area?Constraints”，啟動設(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

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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

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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)域為rs232邏輯分組的約束區(qū)域。采用如上的約束是綜合兩個邏輯分組內(nèi)部邏輯的復(fù)雜性以及I/O位置來確定的。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"?;

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（5）在普通模式下對工程進(jìn)行映射和布局布線。

在普通模式下（采用ISE下默認(rèn)的實現(xiàn)屬性）對工程進(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)計中指引映射和布局布線。

首先在“Processes?for?Source”中選擇“Implement?Design”/“Map”，對工程進(jìn)行映射。實現(xiàn)后系統(tǒng)會生成：top_map.ncd和top_map.ngm文件，需要用這些文件來指引后面的增量設(shè)計的映射。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”，對工程進(jìn)行布局布線，會得到top.ncd文件。也將其改名為：top_guide.ncd，將其作為后面增量設(shè)計時布局布線的指引文件。

完成映射和布局布線后的結(jié)果如圖6.92所示：

（6）對工程進(jìn)行增量綜合。

如果在設(shè)計調(diào)試中發(fā)現(xiàn)了某個Logic?Group需要修改，對其做微小的改動后，要對工程進(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，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; //啟動增量綜合

MODEL?"sram"?resynthesize=no; //不啟動增量綜合

MODEL?"uart_rs232"?resynthesize=yes; //啟動增量綜合

前3句設(shè)置各邏輯分組均采用增量綜合，后3句通知哪個邏輯分組內(nèi)容發(fā)生改變，需要重新綜合，哪個邏輯分組內(nèi)容未發(fā)生改變，無需重新綜合。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，還要對綜合屬性進(jìn)行設(shè)置，如圖6.93所示。

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圖6.92??對工程進(jìn)行映射和布局布線結(jié)果???? 圖6.93??增量綜合屬性設(shè)置對話框

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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，對工程進(jìn)行增量綜合。綜合完畢后，查看綜合報告，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top和rart_rs232兩個邏輯分組重新進(jìn)行了綜合和優(yōu)化。SRAM邏輯分組保持不變（Unit?<sram>?is?up?to?date），表明增量綜合實現(xiàn)了。

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圖6.94??增量綜合的綜合報告圖?????????????????6.95??增量實現(xiàn)屬性設(shè)置對話框

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（7）對工程進(jìn)行增量實現(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文件來指引增量實現(xiàn)。

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首先對工程實現(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，彈出工程實現(xiàn)屬性對話框，如圖6.95所示。在增量設(shè)計屬性頁中做如下設(shè)置。

·??為“Enable?Incremental?Design?Flow”使能增量實現(xiàn)。

·??為“Run?Guided?Incremental?Design?Flow”設(shè)置用指引文件來引導(dǎo)增量實現(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，對工程進(jìn)行映射和布局布線后，查看映射和布局布線報告，對于映射報告注意以下內(nèi)容。

如圖6.96所示，在映射報告中會對每個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總結(jié)報告?？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??映射報告（Map?Report）

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區(qū)域約束最好在生成初始指引文件時就確認(rèn)。在普通模式下完成映射后查看映射報告，查看每個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。

對于布局布線報告注意以下內(nèi)容。

如圖6.97所示，布局布線時讀取了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），說明增量實現(xiàn)完成了。

圖6.97??布局布線報告（Place&Route?Report）

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完成了布局布線后就可以下載調(diào)試了。如果仍需要改動，重復(fù)步驟（6）和步驟（7），直到設(shè)計符合要求為止。

6.9.3??小結(jié)

本節(jié)以一個具體的實例介紹了ISE下增量設(shè)計流程。希望讀者能夠按照上述步驟進(jìn)一步熟悉ISE的增量設(shè)計流程，對增量設(shè)計有個比較全面的認(rèn)識，最終將這種設(shè)計方法應(yīng)用到自己的設(shè)計當(dāng)中。