基於ISE的設計實現基礎

所謂實現(Implement)是將綜合輸出的邏輯網表翻譯成所選器件的底層模塊與硬件原語,將設計映射到器件結構上,進行佈局佈線,達到在選定器件上實現設計的目的。實現主要分爲3個步驟:翻譯(Translate)邏輯網表,映射(Map)到器件單元與佈局佈線(Place & Route)。翻譯的主要作用是將綜合輸出的邏輯網表翻譯爲Xilinx特定器件的底層結構和硬件原語(具體的原語詳見第3章中的原語介紹)。映射的主要作用是將設計映射到具體型號的器件上(LUT、FF、Carry等)。佈局佈線步驟調用Xilinx佈局佈線器,根據用戶約束和物理約束,對設計模塊進行實際的佈局,並根據設計連接,對佈局後的模塊進行佈線,產生FPGA/CPLD配置文件。

翻譯過程

在翻譯過程中,設計文件和約束文件將被合併生成NGD(原始類型數據庫)輸出文件和BLD文件,其中NGD文件包含了當前設計的全部邏輯描述,BLD文件是轉換的運行和結果報告。實現工具可以導入EDN、EDF、EDIF、SEDIF格式的設計文件,以及UCF(用戶約束文件)、NCF(網表約束文件)、NMC(物理宏庫文件)、NGC(含有約束信息的網表)格式的約束文件。翻譯項目包括3個命令:

  • [Translation Report]用以顯示翻譯步驟的報告;
  • [Floorplan Design]用以啓動Xilinx佈局規劃器(Floorplanner)進行手動佈局,提高佈局器效率;

  • [Generate Post-Translate Simulation Model]用以產生翻譯步驟後仿真模型,由於該仿真模型不包含實際佈線時延,所以有時省略此仿真步驟。

映射過程

在映射過程中,由轉換流程生成的NGD文件將被映射爲目標器件的特定物理邏輯單元,並保存在NCD(展開的物理設計數據庫)文件中。映射的輸入文件包括NGD、NMC、NCD和MFP(映射佈局規劃器)文件,輸出文件包括NCD、PCF(物理約束文件)、NGM和MRP(映射報告)文件。其中MRP文件是通過Floorplanner生成的佈局約束文件,NCD文件包含當前設計的物理映射信息,PCF文件包含當前設計的物理約束信息,NGM文件與當前設計的靜態時序分析有關,MRP文件是映射的運行報告,主要包括映射的命令行參數、目標設計佔用的邏輯資源、映射過程中出現的錯誤和告警、優化過程中刪除的邏輯等內容。映射項目包括如下命令:

  • [Map Report]用以顯示映射步驟的報告;

  • [Generate Post-Map Static Timing]產生映射靜態時序分析報告,啓動時序分析器(Timing Analyzer)分析映射後靜態時序;

  • [Manually Place & Route (FPGA Editor)]用以啓動FPGA底層編輯器進行手動佈局佈線,指導Xilinx自動佈局佈線器,解決佈局佈線異常,提高佈局佈線效率;

  • [Generate Post-Map Simulation Model]用以產生映射步 驟後仿真模型,由於該仿真模型不包含實際佈線時延,所以有時也省略此仿真步驟。

佈局和佈線過程

佈局和佈線(Place & Route):通過讀取當前設計的NCD文件,佈局佈線將映射後生成的物理邏輯單元在目標系統中放置和連線,並提取相應的時間參數。佈局佈線的輸入文件包括NCD和PCF模板文件,輸出文件包括NCD、DLY(延時文件)、PAD和PAR文件。在佈局佈線的輸出文件中,NCD包含當前設計的全部物理實現信息,DLY文件包含當前設計的網絡延時信息,PAD文件包含當前設計的輸入輸出(I/O)管腳配置信息,PAR文件主要包括佈局佈線的命令行參數、佈局佈線中出現的錯誤和告警、目標占用的資源、未佈線網絡、網絡時序信息等內容。佈局佈線步驟的命令與工具非常多:

  • [Place & Route Report]用以顯示佈局佈線報告;

  • [Asynchronous Delay Report]用以顯示異步實現報告;

  • [Pad Report]用以顯示管腳鎖定報告;

  • [Guide Results Report]用以顯示佈局佈線指導報告,該報告僅在使用佈局佈線指導文件NCD文件後才產生;

  • [Generate Post-Place & Route Static Timing]包含了進行佈局佈線後靜態時序分析的一系列命令,可以啓動Timing Analyzer分析佈局佈線後的靜態時序;

  • [View/Edit Place Design(Floorplanner)]和[View/Edit Place Design(FPGA Editor)]用以啓動Floorplanner和FPGA Editor完成FPGA佈局佈線的結果分析、編輯,手動更改佈局佈線結果,產生布局佈線指導與約束文件,輔助Xilinx自動佈局佈線器,提高佈局佈線效率並解決佈局佈線中的問題;

  • [Analyze Power(XPower)]用以啓動功耗仿真器分析設計功耗;

  • [Generate Post-Place & Route Simulation Model]用以產生布局佈線後仿真模型,該仿真模型包含的時延信息最全,不僅包含門延時,還包含了實際佈線延時。該仿真步驟必須進行,以確保設計功能與FPGA實際運行結果一致;

  • [Generate IBIS Model]用以產生IBIS仿真模型,輔助PCB布板的仿真與設計;

  • [Multi Pass Place & Route]用以進行多週期反覆佈線;

  • [Back-annotate Pin Locations]用以反標管腳鎖定信息

經過綜合後,在過程管理區雙擊“Implement Design”選項,就可以完成實現.經過實現後能夠得到精確的資源佔用情況。

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