正則表達(dá)式在Vivado約束文件中的應(yīng)用

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使用xdc文件進(jìn)行管腳、位置、時(shí)序和屬性等約束的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)使用各種get命令。Vivado提供了很豐富的匹配表達(dá)式，比如等于==、不等于！=、匹配=~、不匹配！~、、=等等，這些表達(dá)式可以通過&&和||進(jìn)行組合；同時(shí)還有大量的狀態(tài)、屬性和單元名稱可用，比如DIRECTION、IN、IS_LOC_FIXED、IS_PRIMITIVE、NAME等等。

我在xdc文件中匹配目標(biāo)的時(shí)候，在可行的情況下更傾向于使用正則表達(dá)式。本文就介紹一下我常使用的正則表達(dá)式和一些在Vivado中應(yīng)用的特殊之處，同時(shí)也有個(gè)別自己尚未解決的問題。

1. -hierarchical和-regexp的使用

在匹配FPGA內(nèi)部資源時(shí)，比如get_pins、get_cells、get_nets的時(shí)候，需要同時(shí)使用-hierarchical和-regexp。

-hierarchical表示Vivado在匹配對(duì)象的時(shí)候，將在工程中不同的層次內(nèi)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行搜索。如果沒有加這個(gè)選項(xiàng)，就必須在匹配字符中顯式且精確的指出匹配對(duì)象所在的層次。需要注意的是，當(dāng)使用get_ports時(shí)，不能使用-hierarchical選項(xiàng)。因?yàn)閜orts應(yīng)該位于頂層，沒有層次之分。

-regexp是指本次匹配將使用正則表達(dá)式，是必須使用的。

以下是一個(gè)使用-hierarchical的例子和注意事項(xiàng)。

首先看第一行藍(lán)色的get_cells命令，這里用來獲得ConfigRegs_i這個(gè)實(shí)例內(nèi)的滿足bus_hsio_dly/。.*_fine_sel.*要求的對(duì)象?？梢钥吹竭\(yùn)行該命令后得到了下面黑色部分的對(duì)象。第三行指令在第一行的基礎(chǔ)上，把頂層實(shí)例ConfigRegs_i的限制去掉，也獲得了想要的對(duì)象。

再來看第五行的指令。此處去掉了-hierarchical，意味著匹配過程不能穿越不同的層次結(jié)構(gòu)。同時(shí)“.*”雖然可以匹配任何除換行符之外的任何數(shù)量的字符，但是卻不能替代在Vivado中表示層次概念的“/”符號(hào)。所以匹配過程只在頂層進(jìn)行搜索，其結(jié)果就如第六行，不能找到所需的對(duì)象。

第七行也犯了一樣的錯(cuò)誤。在沒有使用-hierarchical的情況下，雖然想通過“ConfigRegs_i.*”來匹配頂層的ConfigRegs_i實(shí)例，但是“.*”是不能匹配層次符號(hào)“/”的。同樣無法獲取對(duì)象。

第九行雖然沒有使用-hierarchical，但是通過ConfigRegs_i/指定了對(duì)象的層次結(jié)構(gòu)，是可以獲得想要的對(duì)象的。但是這里有一個(gè)限制，即cmph_fine_sel_reg［0］這些對(duì)象必須位于ConfigRegs_i下。如果cmph_fine_sel_reg［0］和ConfigRegs_i中間還隔了別的實(shí)例，比如ConfigRegs_i例化了CmpDef_i，CmpDef_i內(nèi)部定義了cmph_fine_sel_reg［0］。這種情況下，第九行是無法找到所需對(duì)象的。

2. 常用的匹配方法

正則表達(dá)式功能強(qiáng)大且復(fù)雜，要完全掌握會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。但是對(duì)于我們編寫xdc而言，只需要掌握很小一部分內(nèi)容就可以應(yīng)對(duì)絕大多數(shù)情況了。最常用的應(yīng)該就是特殊字符和限定符了。下面是比較常用的特殊字符。

常用限定符如下。

我們?cè)贔PGA工程中使用正則表達(dá)式不是為了進(jìn)行字符處理，不需要考慮太多的容錯(cuò)性和可能性。對(duì)于我們而言，絕大多數(shù)命名都是確定的，使用正則是為了更方便的獲取對(duì)象和簡(jiǎn)化匹配過程。

3. 使用示例

3.1 獲取總線類對(duì)象

看以下例子。在進(jìn)行物理約束的時(shí)候，為一個(gè)總線設(shè)置信號(hào)類型，如果一個(gè)一個(gè)的寫即慢又可能犯錯(cuò)。使用正則可以將這類信號(hào)全部提取出來。以一個(gè)從0到31共32路的總線為例。

set_property IOSTANDARD SSTL18_I_DCI ［get_ports -regexp {c2c_sync/［.*］}］

以上指令可以獲取所有名字為c2c_sync［］的端口，方括號(hào)內(nèi)可能是任意多個(gè)數(shù)字。這種寫法不夠準(zhǔn)確，在文字處理程序里面會(huì)出大問題，但是在FPGA工程中足夠了。當(dāng)然也可以寫的稍微嚴(yán)格點(diǎn)，比如：

set_property IOSTANDARD SSTL18_I_DCI ［get_ports -regexp {c2c_sync/［［0-9］{1，2}］}］

這個(gè)表達(dá)式比上一個(gè)更進(jìn)一步的約束了中括號(hào)內(nèi)的內(nèi)容。這里的/［是為了匹配“［”本身，而里面的［0-9］則定義了一個(gè)從數(shù)字0到數(shù)字9的字符集，［0-9］后面的{1，2}則表示［0-9］中的任意數(shù)字將出現(xiàn)1次，或以任意兩個(gè)數(shù)字的組合出現(xiàn)1次。對(duì)于我們的應(yīng)用，做到這一步就夠了。

3.2 簡(jiǎn)化匹配表達(dá)式

工程中會(huì)有一些名字很特殊的信號(hào)，比如全局復(fù)位信號(hào)，這種信號(hào)在工程中往往只會(huì)出現(xiàn)一次，我用更加簡(jiǎn)單粗暴的方式來獲得。

set_false_path -from ［get_cells -regexp -hierarchical .*rst_global_reg.*］

比如上面的例子。通過使用-hierarchical搜索所有層次，通過在rst_global_reg的前后都使用.*來匹配任何可能出現(xiàn)的字符。其中。表示匹配任何非換行符的字符，*表示?？梢猿霈F(xiàn)任意次。當(dāng)然并不推薦這種寫法，因?yàn)闀?huì)增加編譯時(shí)匹配對(duì)象的負(fù)擔(dān)?？梢允褂酶珳?zhǔn)的匹配。

對(duì)于層次很深的信號(hào)，只要保證列出的匹配字符能夠找到我們所要的對(duì)象即可。比如某工程有下圖的層次結(jié)構(gòu)。

比如設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)A_i0模塊內(nèi)部的D_i0內(nèi)的某個(gè)關(guān)鍵信號(hào)的位置需要優(yōu)化，且設(shè)計(jì)者知道該信號(hào)在D_i0中唯一。為了拿到這個(gè)關(guān)鍵信號(hào)，可以使用正則表達(dá)式，并且可以略過中間層次的所有模塊。

get_cells -regexp -hierarchical {A_i0/.*/D_i0/start_reg}

3.3 特殊字符的獲取

前面提到過一些特殊字符，比如？、。、/、［等等，如果需要匹配這些字符，需要用到轉(zhuǎn)義符“/”。比如“/?！北硎尽??！边@個(gè)字符本身，而不再是匹配符。。

比如在上文提到的get_ports -regexp {c2c_sync/［［0-9］{1，2}］}。這個(gè)總線的完整名稱是c2c_sync［0］、c2c_sync［1］。..。..，此處的“/［”就是表示左方括號(hào)這個(gè)字符本身。而［0-9］中單獨(dú)使用的［］就表示一個(gè)字符集合。這里有個(gè)需要注意的地方，作為字符使用的左方括號(hào)左側(cè)加了轉(zhuǎn)義符“/“，而右方括號(hào)則不需要加”/“。

另外一個(gè)需要注意的是上文中提到的get_cells -regexp -hierarchical ConfigRegs_i/bus_hsio_dly.*_fine_sel.*。這里面bus_hsio_dly是一個(gè)systemverilog中的interface，獲取的對(duì)象是bus_hsio_dly接口中的cmph_fine_sel_reg信號(hào)，其表達(dá)方式應(yīng)該是bus_hsio_dly.cmph_fine_sel_reg。此處我使用”.*“來匹配任何非換行字符，所以可以匹配”?！白址?。

更合適一點(diǎn)的匹配表達(dá)式應(yīng)該是ConfigRegs_i/bus_hsio_dly/。.*_fine_sel_reg。第一處修改是明確使用/。來匹配”。“，第二處修改時(shí)添加了_reg后綴（Vivado會(huì)給寄存器變量默認(rèn)添加_reg后綴）。如果不添加該后綴，可能會(huì)獲取一些不期望的對(duì)象。比如使用get_cells時(shí)，可能或獲取帶_fine_sel的LUT，比如_fine_sel_i_1等等。

再進(jìn)一步，我們可能注意到上述匹配獲得的對(duì)象打印出來是：

bus_hsio_dly//.cmph_fine_sel_reg

打印結(jié)果不是/。，而是//。。對(duì)于這種情況，我猜想是//用來表示轉(zhuǎn)義符”/“。而”//“表示的轉(zhuǎn)義符則作用于特殊字符”?！埃脕肀硎酒胀ㄗ址?。“。

這是個(gè)人猜測(cè)，但是為什么會(huì)這樣？如果哪位清楚原因，不吝賜教。

審核編輯：何安