Xilinx Vivado使用增量實(shí)現(xiàn)

增量實(shí)現(xiàn)自從首次獲得支持以來，不斷升級(jí)演變，在此過程中已添加了多項(xiàng)針對(duì)性能和編譯時(shí)間的增強(qiáng)功能。它解決了實(shí)現(xiàn)階段針對(duì)快速迭代的需求，顯著節(jié)省了編譯時(shí)間，還能確保所得結(jié)果和性能的可預(yù)測(cè)性。 以下圖表顯示了在一整套困難的設(shè)計(jì)上采用增量實(shí)現(xiàn)流程后，所節(jié)省的編譯時(shí)間的變化趨勢(shì)：

圖 1：2019.1 內(nèi)部設(shè)計(jì)和外部設(shè)計(jì)通過增量實(shí)現(xiàn)流程節(jié)省的編譯時(shí)間

圖 2：2019.1 利用增量實(shí)現(xiàn)流程保證 QoR 可預(yù)測(cè)性

圖 1 顯示，對(duì)于運(yùn)行時(shí)間超過 2 小時(shí)的設(shè)計(jì)，使用該流程前的編譯時(shí)間平均為使用后編譯時(shí)間的 2.12 倍（設(shè)計(jì)更改最多為 10%），節(jié)省編譯時(shí)間效果顯著。 圖 2 顯示了少量 RTL 更改的 QoR 可預(yù)測(cè)性指標(biāo)。ΔWNS 顯示的是相較于參考運(yùn)行輪次的 WNS 降幅。顯而易見，相比于默認(rèn)運(yùn)行輪次，增量編譯所得 QoR 可預(yù)測(cè)性更好。例外情況是，設(shè)計(jì)越小，初始化步驟在編譯總時(shí)間中占用時(shí)間越多，所以應(yīng)用增量編譯給設(shè)計(jì)編譯時(shí)間帶來的助益就越少。

流程

工程模式和非工程模式都支持此流程。如果您使用 read_checkpoint -incremental 命令加載參考設(shè)計(jì)檢查點(diǎn)，并且指向參考 DCP 位置和名稱，那么即可對(duì)后續(xù)布局布線操作啟用增量編譯設(shè)計(jì)流程。 在非工程模式下，read_checkpoint -incremental 應(yīng)晚于 opt_design 而早于 place_design。

當(dāng)前，自動(dòng)模式和非自動(dòng)模式均受支持。要啟用自動(dòng)模式，您可打開實(shí)現(xiàn)設(shè)置，并選中“Automatically use the checkpoint from the previous run”（自動(dòng)使用上一輪運(yùn)行的檢查點(diǎn)）選項(xiàng)。如不勾選自動(dòng)模式，也可將用戶所需的 DCP 指定為參考檢查點(diǎn)，以便指引后續(xù)輪次的運(yùn)行。

何時(shí)使用此流程：

如果設(shè)計(jì)代碼穩(wěn)定并且可以后續(xù)執(zhí)行少量代碼修改，或者如果您當(dāng)前正致力于時(shí)序收斂的最后沖刺階段并且已接近完成，那么此流程很有用。在這兩種情況下，您可能希望每個(gè)實(shí)現(xiàn)版本的生成周期都很短。 增量實(shí)現(xiàn)流程從參考檢查點(diǎn)讀取布局布線信息，并與當(dāng)前 opt_design 后網(wǎng)表進(jìn)行匹配比較。匹配的單元將得到復(fù)用，新添加的邏輯經(jīng)最優(yōu)化后，將在默認(rèn)流程中運(yùn)行。匹配的單元與不匹配的單元之間也將進(jìn)行交叉最優(yōu)化。

因此，如果大部分邏輯可復(fù)用，并且設(shè)計(jì)接近滿足時(shí)序，那么此流程對(duì)編譯時(shí)間的助益最大。 另一個(gè)用例是，如果您的設(shè)計(jì)困難，且距離收斂相去甚遠(yuǎn)，但您想要在某些級(jí)別復(fù)用此設(shè)計(jì)（例如，SLR 級(jí)別、塊類型級(jí)別、模塊級(jí)別），那么也可以使用此流程。在此情況下，您可將增量模式更改為部分復(fù)用模式。

例如，以下約束行的效果等同于將所有 RAM 的位置從網(wǎng)表都反標(biāo)注釋到 XDC 內(nèi)并在下一輪運(yùn)行中應(yīng)用約束： read_checkpoint -incremental routed.dcp -reuse_objects [all_rams] -fix_objects [all_rams]

可能影響增量實(shí)現(xiàn)編譯時(shí)間的因素：

采用此流程前，請(qǐng)注意以下要點(diǎn)，這些要點(diǎn)有助于您充分發(fā)揮增量流程優(yōu)勢(shì)：

選擇正確的檢查點(diǎn)。您需確保參考檢查點(diǎn)與受指引的設(shè)計(jì)處于同一器件內(nèi)，實(shí)現(xiàn)時(shí)采用的 Vivado 版本與當(dāng)前運(yùn)行采用的版本相同。如果采用不同版本生成 DCP，可能會(huì)導(dǎo)致單元匹配減少，并且節(jié)省的編譯時(shí)間不及預(yù)期。

限制時(shí)序關(guān)鍵面積內(nèi)的更改量，確保設(shè)計(jì)收斂的一致性和時(shí)序收斂。設(shè)計(jì)邏輯中更改過多可能會(huì)導(dǎo)致指引的結(jié)果欠佳或編譯時(shí)間延長(zhǎng)。如果不能復(fù)用關(guān)鍵路徑的布局和布線，則需要做更多工作來保留時(shí)序。另外，如果少量設(shè)計(jì)更改引入了參考設(shè)計(jì)中不存在的新時(shí)序問題，則可能需要增加工作量和運(yùn)行時(shí)間，而且設(shè)計(jì)可能不滿足時(shí)序。請(qǐng)始終確保所用 opt_design 指令匹配，因?yàn)楦?opt_design 可能導(dǎo)致更多單元名稱發(fā)生更改。

如果啟用自動(dòng)模式，那么僅當(dāng)參考運(yùn)行的時(shí)序 >-0.250 ns 時(shí)，才會(huì)更新參考檢查點(diǎn)，換言之，您的參考檢查點(diǎn)的時(shí)序必須足夠好。 參考網(wǎng)表欠佳可能導(dǎo)致編譯時(shí)間延長(zhǎng)。如果不更新參考檢查點(diǎn)，并且存在來自先前運(yùn)行的現(xiàn)有檢查點(diǎn)，那么 Vivado 會(huì)嘗試使用該現(xiàn)有檢查點(diǎn)作為參考檢查點(diǎn)。否則，不存在參考檢查點(diǎn)時(shí)，它會(huì)還原為默認(rèn)實(shí)現(xiàn)流程。 遵循默認(rèn)運(yùn)行行為時(shí)，Vivado 會(huì)遵循用戶所選的運(yùn)行策略，編譯時(shí)間與非增量運(yùn)行接近。

如果運(yùn)行開始后存在檢查點(diǎn)（無論是更新還是預(yù)先存在的參考檢查點(diǎn)），就會(huì)運(yùn)行與設(shè)計(jì)網(wǎng)表更改相關(guān)的第二種檢查算法，僅當(dāng)滿足所要求的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才會(huì)使用增量流程。如果這些條件都沒有得到滿足，流程會(huì)自動(dòng)回退到默認(rèn)實(shí)現(xiàn)流程，在讀取檢查點(diǎn)增量后會(huì)發(fā)出以下信息：

WARNING: [Project 1-964] Cell Matching is less than the threshold needed to run Incremental flow. Switching to default Implementation flow

高復(fù)用模式：?jiǎn)卧獜?fù)用百分比高于 75% 時(shí)，就進(jìn)入高復(fù)用模式。在高復(fù)用模式下，會(huì)對(duì)布局布線算法進(jìn)行最優(yōu)化，以便盡可能提高現(xiàn)有布局布線信息的復(fù)用率。高復(fù)用模式對(duì)于參考檢查點(diǎn)已達(dá)成時(shí)序收斂并且單元復(fù)用率不低于 95% 的設(shè)計(jì)最有效。舉例來說，在參考設(shè)計(jì)與當(dāng)前設(shè)計(jì)之間存在少量設(shè)計(jì)更改，或者向設(shè)計(jì)添加調(diào)試核的情況下都是如此。

有 3 條指令可供 place_design 和 route_design 使用：

Default（默認(rèn)）：獲取與參考運(yùn)行盡可能接近的結(jié)果。以參考設(shè)計(jì) WNS 為目標(biāo)。此模式能為典型用例達(dá)成最優(yōu)化的編譯時(shí)間。

Explore（探索）：嘗試盡可能改善時(shí)序。以 0.00 ns WNS 為目標(biāo)。這會(huì)耗費(fèi)更多編譯時(shí)間。

Quick（快速）：運(yùn)行布局布線命令，不調(diào)用時(shí)序引擎。這可提供最優(yōu)化的編譯時(shí)間，在復(fù)用率高達(dá) > 99.5% 的部分設(shè)計(jì)中，不影響 QoR。

低復(fù)用模式：如果設(shè)計(jì)相較參考檢查點(diǎn)存在大量更改，或者如果用戶對(duì) read_checkpoint 命令使用-only_reuse 開關(guān)，指定僅復(fù)用參考檢查點(diǎn)中的少量單元，則進(jìn)入低復(fù)用模式。 在低復(fù)用模式下，支持所有 place_design 指令和 route_design 指令，并且該工具將以 0.00 ns 的 WNS 為目標(biāo)。相比于高復(fù)用模式，這樣可能會(huì)耗用更多編譯時(shí)間。低復(fù)用模式對(duì)于在特定面積內(nèi)難以完成布局布線的設(shè)計(jì)最有效。例如，復(fù)用正常運(yùn)行的塊存儲(chǔ)器或 DSP 布局，或者復(fù)用間歇性達(dá)成時(shí)序收斂設(shè)計(jì)的特定層級(jí)。

布局布線運(yùn)行時(shí)間的初始化部分。 在簡(jiǎn)短的布局布線運(yùn)行中，Vivado 布局器和布線器的初始化開銷可能會(huì)抵消來自增量布局布線進(jìn)程的任何增益。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)，初始化在運(yùn)行時(shí)間中所占的比例較小，因此編譯時(shí)間增益明顯。

通過啟用多線程可以進(jìn)一步縮短實(shí)現(xiàn)的編譯時(shí)間。目前對(duì)于 Linux 系統(tǒng)，最大上限是 8 個(gè)線程。set_param general.maxThreads 8

生成增量編譯時(shí)間節(jié)省報(bào)告：

運(yùn)行 report_incremental_reuse 命令，生成顯示增量復(fù)用情況的報(bào)告。此報(bào)告的第 3 部分列出了編譯時(shí)間（elapsed 和 cpu），顯示了每一步耗費(fèi)的編譯時(shí)間。 由于增量運(yùn)行的指引作用僅從 place_design 階段開始，您需要注意，增量運(yùn)行所涉時(shí)間將包含用于讀入?yún)⒖紮z查點(diǎn)的 read_checkpoint 步驟，并且增量編譯時(shí)間的比較應(yīng)僅從 place_design 開始。 下表顯示了包含 read_checkpoint 在內(nèi)的每個(gè)階段的時(shí)間。此外，新網(wǎng)表的更改量對(duì)增量運(yùn)行時(shí)間的影響可能更大。 請(qǐng)注意，增量運(yùn)行中的 phys_opt_design 步驟是可選步驟，在流程中調(diào)用該步驟時(shí)，它將以默認(rèn)模式運(yùn)行，以進(jìn)一步優(yōu)化未受指引的路徑或已更改的路徑，對(duì)復(fù)用的路徑?jīng)]有影響。

總結(jié)：

通過采用增量實(shí)現(xiàn)流程，可以實(shí)現(xiàn)快速迭代的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，但在運(yùn)行此流程時(shí)需要考慮編譯時(shí)間和 QoR（質(zhì)量結(jié)果）方面的妥協(xié)。

審核編輯：湯梓紅