對(duì)新設(shè)計(jì)方法的需求

當(dāng)今日益復(fù)雜的電子產(chǎn)品中所使用的先進(jìn)設(shè)計(jì)正在不斷對(duì)器件密度、性能和功耗的極限發(fā)起挑戰(zhàn)，同時(shí)也對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出了挑戰(zhàn)，要求他們?cè)谙薅ǖ念A(yù)算內(nèi)按時(shí)完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。 應(yīng)對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的高效方法之一是將更多時(shí)間投入到更高的抽象層，這樣即可最大程度縮短驗(yàn)證時(shí)間和提升工作效率。對(duì)新設(shè)計(jì)方法的需求在下圖中得到了充分體現(xiàn)，其中每個(gè)區(qū)域的面積分別代表設(shè)計(jì)流程中每個(gè)階段的開發(fā)工作量的比例。

對(duì)傳統(tǒng) RTL 方法而言，大部分工作主要耗費(fèi)在實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)工作上。

在高效設(shè)計(jì)方法中，大部分工作主要集中于設(shè)計(jì)系統(tǒng)和驗(yàn)證構(gòu)建的系統(tǒng)是否正確。

關(guān)于本指南

賽靈思可編程器件含有數(shù)百萬(wàn)個(gè)邏輯單元 （LC），并且集成的現(xiàn)代復(fù)雜電子系統(tǒng)也與日俱增。本高效設(shè)計(jì)方法指南提供了一整套最佳做法，旨在于較短的設(shè)計(jì)周期內(nèi)完成此類復(fù)雜系統(tǒng)的創(chuàng)建。

本方法指南主要圍繞下列概念展開：

使用并行開發(fā)流程來(lái)提供有價(jià)值的差分邏輯，使您的產(chǎn)品在市場(chǎng)中脫穎而出，并提供 shell 用于將此類差分邏輯與生態(tài)系統(tǒng)其余部分有機(jī)整合。

廣泛使用基于 C 語(yǔ)言的 IP 開發(fā)流程實(shí)現(xiàn)差分邏輯，使仿真速度較 RTL 仿真成倍增長(zhǎng)，并提供時(shí)序精確且經(jīng)過(guò)最優(yōu)化的 RTL。

使用現(xiàn)有預(yù)驗(yàn)證的塊級(jí)和組件級(jí) IP 來(lái)快速構(gòu)建 shell，將差分邏輯封裝到系統(tǒng)中。

使用腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)精確性驗(yàn)證到 FPGA 編程在內(nèi)整個(gè)流程的高度自動(dòng)化。

本指南中的建議是根據(jù)多年來(lái)廣泛收集的專家級(jí)用戶經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而成的。與傳統(tǒng) RTL 設(shè)計(jì)方法相比，這些建議持續(xù)不斷實(shí)現(xiàn)了各方面提升，包括：

1） 設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間加快 4 倍。

2） 衍生設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間加快 10 倍。

3） 結(jié)果質(zhì)量 (QoR) 提高 0.7 倍到 1.2 倍。

雖然本指南以大型復(fù)雜設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，但其中論述的做法也同樣適用于并已成功應(yīng)用到下列各類設(shè)計(jì)中：

● 數(shù)字信號(hào)處理

● 圖像處理

● 視頻

● 雷達(dá)

● 汽車

● 處理器加速

● 無(wú)線

● 存儲(chǔ)

● 控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)方法與高效設(shè)計(jì)方法的區(qū)別

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)首先是由有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員預(yù)估如何使用新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)、完成寄存器傳輸級(jí)（RTL）的設(shè)計(jì)捕獲、通過(guò)綜合和布局布線執(zhí)行一些嘗試以確認(rèn)自己的預(yù)估是否正確，然后繼續(xù)開展設(shè)計(jì)其余部分的捕獲工作。在此過(guò)程中通常需要逐一對(duì)每個(gè)塊進(jìn)行綜合，以重復(fù)確認(rèn)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)是否可接受。 確認(rèn)設(shè)計(jì)能否提供所需功能的主要方法是對(duì) RTL 進(jìn)行仿真。由于 RTL 可提供極為詳細(xì)的位精度和周期精度描述，雖然這些描述精度極高，但此流程仍較為緩慢且易于出錯(cuò)。僅當(dāng)在 RTL 中捕獲設(shè)計(jì)中的所有塊之后才能執(zhí)行完整的系統(tǒng)驗(yàn)證，這往往會(huì)導(dǎo)致對(duì) RTL 進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。在系統(tǒng)中的全部塊驗(yàn)證完畢后，即可對(duì)其進(jìn)行集中布局布線，此時(shí)才能完全確認(rèn)先前預(yù)估的時(shí)序和面積的精確性，或者發(fā)現(xiàn)其中不精確的地方。這也往往會(huì)導(dǎo)致對(duì) RTL 進(jìn)行更改、重新啟動(dòng)系統(tǒng)驗(yàn)證以及重新進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在通常需要在給定工程中實(shí)現(xiàn)數(shù)十萬(wàn)行 RTL 代碼，把大部分設(shè)計(jì)時(shí)間都用在實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)工作上。如圖 1-1 所示，設(shè)計(jì)人員把更多時(shí)間用在設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)上，而不是設(shè)計(jì)出使所有產(chǎn)品保持競(jìng)爭(zhēng)力所需的新穎創(chuàng)新的解決方案。

無(wú)論是采用更新的技術(shù)以提升性能，還是采用更緩慢的技術(shù)以提供更具競(jìng)爭(zhēng)力的定價(jià)，都意味著必須重寫大部分 RTL，并且設(shè)計(jì)人員必須重新實(shí)現(xiàn)寄存器間的大量邏輯。

高效設(shè)計(jì)方法指南

高效設(shè)計(jì)方法沿襲了傳統(tǒng) RTL 方法的基本步驟，如圖 1-1 所示。但是，它能夠讓設(shè)計(jì)人員把更多時(shí)間用來(lái)設(shè)計(jì)增值解決高效設(shè)計(jì)方法，該方法的主要特性包括：

提出了隨差分邏輯并行開發(fā)并驗(yàn)證的 shell 概念。此 shell 包含差分邏輯，用于捕獲獨(dú)立設(shè)計(jì)工程中的 I/O 外設(shè)和接口。

使用基于 C 語(yǔ)言的 IP 仿真，使仿真時(shí)間相比于傳統(tǒng) RTL 仿真縮短多個(gè)數(shù)量級(jí)，為設(shè)計(jì)人員提供了設(shè)計(jì)理想解決方案的時(shí)間。

借助賽靈思 VivadoDesign Suite 利用基于 C 語(yǔ)言的 IP 開發(fā)、IP 復(fù)用和標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂的高度自動(dòng)化。

使用 Vivado IP 目錄輕松復(fù)用您自己的塊級(jí)和組件級(jí) IP，還能輕松獲取賽靈思 IP，這些 IP 均已驗(yàn)證且已知在技術(shù)中能夠有效。

高效設(shè)計(jì)方法中的所有步驟都能交互執(zhí)行，也可使用命令行腳本來(lái)執(zhí)行。所有人工交互的結(jié)果均可保存到腳本，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)仿真直至 FPGA 編程的整個(gè)流程的完全自動(dòng)化。根據(jù)您的設(shè)計(jì)和 RTL 系統(tǒng)級(jí)仿真的運(yùn)行時(shí)間，該流程通常在任何 RTL 設(shè)計(jì)仿真完成之前即可在開發(fā)板上生成 FPGA 比特流并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。

創(chuàng)建衍生設(shè)計(jì)時(shí)，效率提升將更為明顯。基于 C語(yǔ)言的 IP 能夠與不同器件、技術(shù)和時(shí)鐘速度輕松對(duì)應(yīng)，就像更改工具選項(xiàng)一樣簡(jiǎn)單。完全腳本化的流程與通過(guò) C 語(yǔ)言綜合實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)時(shí)序收斂意味著能夠快速完成衍生設(shè)計(jì)的驗(yàn)證和組裝。

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