借助物理綜合提高FPGA設計效能

圖2. Quartus II設計軟件中的物理綜合工具設置。

目前的FPGA體系結構有兩個級別或者層次。第一級是邏輯模塊，它是LAB邏輯單元組或者集合。層次的第二級由邏輯單元組成，每個邏輯單元含有一對寄存器，一對查找表和一對全加器。在Altera FPGA中，這類邏輯單元被稱為自適應邏輯模塊(ALM)。這些邏輯模塊堆疊成陣列的形式，通過一定數量的連線(布線)與片內存儲器模塊、DSP模塊和IO模塊連接起來，從而構成了FPGA體系結構。

在典型設計流程中，進行兩次布局。第一步是在邏輯模塊級對整個設計進行布局。完成后，布局算法將邏輯放在邏輯單元級。由于物理綜合工具依靠精確的信息，因此經過第二次布局后，很容易看出物理綜合結果得到了提高，產生質量更好的結果(QoR)，從而提高了效能。

物理綜合工具能夠提高效能的另一應用是結合漸進式設計流程進行設計。在這種方法中，不是在整個設計中使用物理綜合，而是將其應用到每個模塊上。由于物理綜合工具重點放在它需要的模塊上，因此，這不但有助于縮短編譯時間，而且還提高了性能。

物理綜合工具是Altera Quartus II布局布線工具的一部分。物理綜合工具為用戶提供優化選擇和努力等級，以提高性能和效能。下面列出了用戶可以控制的某些優化選項。

可提高性能的物理綜合

組合邏輯物理綜合：工具基于精確的信息來進一步優化組合邏輯。這一選項使Quartus II物理綜合工具能夠重新綜合設計中的組合邏輯，縮短關鍵通路的延時，提高性能。

異步流水線物理綜合：裝入和清除等流水線異步信號。這一選項使Quartus II物理綜合工具能夠在裝入和清除信號中插入流水線寄存器，提高性能。

用于寄存器的物理綜合

重新定時：使工具能夠自動進行寄存器平衡。這一選項使Quartus II能夠在組合電路間移動寄存器，提高性能。

寄存器復制：對扇出較多寄存器進行復制。這一選項使Quartus II能夠根據布局信息來復制寄存器，提高性能。

用于適配的物理綜合

組合邏輯物理綜合：這是對組合電路進行第二次優化。Quartus II對組合電路進行第二次優化，以幫助適配設計。

完成邏輯至存儲器映射：這將組合邏輯映射到存儲器，從而減小面積。Quartus II將組合邏輯自動映射到未使用的存儲器模塊中，以減小面積，適配設計。

Quartus II還提供漸進式設計流程，同時支持自上而下和自下而上的設計流程。這類流程用于縮短編譯時間，提高性能。

本文小結

當今的大部分企業都希望在競爭中能夠將自己的產品率先推向市場。作為主動戰略，提高效能和產品及時面市是任何產品獲得成功的關鍵。利用物理綜合工具來提高設計性能意味著更短的設計周期和更高的效能。能夠高效地使用這類工具的設計人員必將獲勝。