正則表達式在Vivado約束文件（xdc）中的應(yīng)用（轉(zhuǎn)）

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使用xdc文件進行管腳、位置、時序和屬性等約束的時候，經(jīng)常會使用各種get命令。Vivado提供了很豐富的匹配表達式，比如等于==、不等于！=、匹配=~、不匹配！~、、=等等，這些表達式可以通過&&和||進行組合；同時還有大量的狀態(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文件中匹配目標的時候，在可行的情況下更傾向于使用正則表達式。本文就介紹一下我常使用的正則表達式和一些在Vivado中應(yīng)用的特殊之處，同時也有個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，比如get_pins、get_cells、get_nets的時候，需要同時使用-hierarchical和-regexp。

-hierarchical表示Vivado在匹配對象的時候，將在工程中不同的層次內(nèi)對該信號進行搜索。如果沒有加這個選項，就必須在匹配字符中顯式且精確的指出匹配對象所在的層次。需要注意的是，當使用get_ports時，不能使用-hierarchical選項。因為ports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式，是必須使用的。

以下是一個使用-hierarchical的例子和注意事項。

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

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“.*”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。所以匹配過程只在頂層進行搜索，其結(jié)果就如第六行，不能找到所需的對象。

第七行也犯了一樣的錯誤。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實例，但是“.*”是不能匹配層次符號“/”的。同樣無法獲取對象。

第九行雖然沒有使用-hierarchical，但是通過ConfigRegs_i/指定了對象的層次結(jié)構(gòu)，是可以獲得想要的對象的。但是這里有一個限制，即cmph_fine_sel_reg[0]這些對象必須位于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象的。

2. 常用的匹配方法
正則表達式功能強大且復(fù)雜，要完全掌握會花費很長時間。但是對于我們編寫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。

我們在FPGA工程中使用正則表達式不是為了進行字符處理，不需要考慮太多的容錯性和可能性。對于我們而言，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象和簡化匹配過程。

3. 使用示例
3.1 獲取總線類對象
看以下例子。在進行物理約束的時候，為一個總線設(shè)置信號類型，如果一個一個的寫即慢又可能犯錯。使用正則可以將這類信號全部提取出來。以一個從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，方括號內(nèi)可能是任意多個數(shù)字。這種寫法不夠準確，在文字處理程序里面會出大問題，但是在FPGA工程中足夠了。當然也可以寫的稍微嚴格點，比如：

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

這個表達式比上一個更進一步的約束了中括號內(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，或以任意兩個數(shù)字的組合出現(xiàn)1次。對于我們的應(yīng)用，做到這一步就夠了。

3.2 簡化匹配表達式
工程中會有一些名字很特殊的信號，比如全局復(fù)位信號，這種信號在工程中往往只會出現(xiàn)一次，我用更加簡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.可以出現(xiàn)任意次。當然并不推薦這種寫法，因為會增加編譯時匹配對象的負擔?？梢允褂酶珳实钠ヅ洹?/p>

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

比如設(shè)計者發(fā)現(xiàn)A_i0模塊內(nèi)部的D_i0內(nèi)的某個關(guān)鍵信號的位置需要優(yōu)化，且設(shè)計者知道該信號在D_i0中唯一。為了拿到這個關(guān)鍵信號，可以使用正則表達式，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“/.”表示“.”這個字符本身，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“/[”就是表示左方括號這個字符本身。而[0-9]中單獨使用的[]就表示一個字符集合。這里有個需要注意的地方，作為字符使用的左方括號左側(cè)加了轉(zhuǎn)義符“/“，而右方括號則不需要加”/“。

另外一個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systemverilog中的interface，獲取的對象是bus_hsio_dly接口中的cmph_fine_sel_reg信號，其表達方式應(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”.“字符。

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

再進一步，我們可能注意到上述匹配獲得的對象打印出來是：

bus_hsio_dly//.cmph_fine_sel_reg

打印結(jié)果不是/.，而是//.。對于這種情況，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”.“，用來表示普通字符”.“。

這是個人猜測，但是為什么會這樣？如果哪位清楚原因，不吝賜教。