編譯時間分析：

影響編譯時間的因素有很多，包括工具流程、工具設(shè)置選項、RTL 設(shè)計、約束編輯、目標(biāo)器件以及設(shè)計實現(xiàn)期間各工具所面臨的任何關(guān)鍵問題。除此之外，所使用的機(jī)器及其負(fù)載也是關(guān)鍵因素。在這篇博客中，我們只探討與設(shè)計和工具流程有關(guān)的因素。另外值得一提的是，所述技巧并不適用于所有用戶。例如，如果某個設(shè)計由 50 個 FPGA 鏡像組成，每個鏡像含 50 個約束文件，那么在此類設(shè)計中更改約束可能不切實際。但對于單一設(shè)計運(yùn)行來說，約束更改會更有意義。

此外，個別建議對某些設(shè)計的影響會比其他設(shè)計更大。例如，如果對某個并行運(yùn)行 50 輪的設(shè)計應(yīng)用某一項約束更改，此項更改會影響所有運(yùn)行輪次。但如果在設(shè)計上只運(yùn)行一輪實現(xiàn)，那么更改約束的影響有限。

本文中將描述每種技巧的優(yōu)勢和成本，但最終須由您作為用戶來自行決定是否值得在自己的用例中實現(xiàn)這些技巧。

測量編譯時間：

比較約束更改前后的編譯時間時，重要的是在相似的機(jī)器上運(yùn)行更改從而得到公平的比較結(jié)果。

如果這不可行，那么您可以通過比較數(shù)值變化來大致了解編譯時間變化，而不必依賴絕對數(shù)值。有多種方法可用于比較時間。

對于完整的 Vivado 運(yùn)行輪次，可以在 vivado.log 文件中搜索編譯時間信息。例如，您可在其中找到如下行：

place_design: Time (s): cpu = 0334 ; elapsed = 0153 . Memory (MB): peak = 21362.934 ; gain = 3668.312 ; free physical = 12076 ; free virtual = 142273

此行包含在 place_design 階段耗費(fèi)的總時間以及內(nèi)存使用情況?！癱pu”的時間是在 place_design 中分配有子任務(wù)的多個線程的累計時間。

值得注意的是“elapsed”耗用時間，即啟動和完成該 place_design 階段的時間差。

另外還有其他多行內(nèi)容包含相同格式的時間報告，但這些行首不含命令名稱，如：

Time (s): cpu = 0050 ; elapsed = 0024 . Memory (MB): peak = 21322.859 ; gain = 3612.184 ; free physical = 42807 ; free virtual = 172805

這表示某一具體步驟中每個單獨(dú)階段耗費(fèi)的時間。因此，要得到編譯總時間，只需將工程模式或非工程模式下運(yùn)行的每個步驟所報告的編譯時間相加即可：
T(synth_design)+T(opt_design)+ T(place_design)+ T(phys_opt_design)+T(route_design).

請注意，工程模式需要時間來生成多個報告文件，這個時間也應(yīng)該一并算上。這樣您就能清楚知曉哪個步驟在編譯總時間中耗時最多。

如要調(diào)查某一條命令而不是某個運(yùn)行步驟所耗費(fèi)的時間量，您可使用 Tcl 命令來跟蹤這條命令。

例如，使用以下命令即可得到運(yùn)行一條 get_pins 命令的時間為 44 毫秒：

set start [clock milliseconds]; get_pins -filter {NAME =~ *FPGA*/O}; set stop [clock milliseconds] ; puts "TIME: [expr $stop -$start]"
TCL console output -> TIME: 44

set start [clock milliseconds]; get_pins -filter {NAME =~ *FPGA*/O}; set stop [clock milliseconds] ; puts "TIME: [expr $stop -$start]"TCL console output -> TIME: 44

如果您有一個含數(shù)千行命令的巨型約束文件，并且想要快速了解每條命令所耗費(fèi)的時間，那么此技巧會很有幫助。

對于增量流程，可以在 log 日志文件中直接生成一個表格，計算每個步驟中默認(rèn)運(yùn)行和增量運(yùn)行的編譯總時間，因此非常便于閱讀查看。

雖然想必您知道，在綜合或?qū)崿F(xiàn)階段，增量運(yùn)行可以從參考文件中讀取和復(fù)制信息，但僅在某些階段中能節(jié)省時間，如果網(wǎng)表發(fā)生大量更改，其中引用的內(nèi)容就會減少，編譯時間也會受到相應(yīng)影響。

分析編譯時間：

獲得期望的編譯時間信息后，下一步是分析時間數(shù)據(jù)，決定哪個步驟影響最大，這樣即可便于您尋找解決辦法。
示例如下：

示例 1：
假設(shè)我們發(fā)現(xiàn) route_design 步驟耗用的編譯時間最多。通過閱讀 log 日志報告發(fā)現(xiàn)，此設(shè)計的資源使用率很高導(dǎo)致布線擁塞，因此布線器編譯時間非常長。

因此，我們可以依靠 report_design_analysis 獲取擁塞報告，找出哪個區(qū)域或模塊導(dǎo)致出現(xiàn)此問題。我們可以據(jù)此判斷是對代碼進(jìn)行最優(yōu)化以獲得低擁塞的 RTL 編碼樣式，還是依靠該工具的擁塞策略來進(jìn)行操作。

示例 2：
如果使用了大量 IP 或模塊，并且無需每輪都進(jìn)行更新，則可考慮采用流程最優(yōu)化。例如，對于在設(shè)計中進(jìn)行例化的部分 IP 核，可以啟用 IP 高速緩存，以免每次都重新生成這些 IP，從而節(jié)省 IP 生成時間。

我們可以啟用自下而上的開發(fā)流程進(jìn)行并行開發(fā)，這將最終節(jié)省設(shè)計實現(xiàn)的集成時間。也可以在完成一個流程后啟用增量流程，進(jìn)行快速設(shè)計迭代，以獲取指導(dǎo)性文件。

根據(jù)可用于解決編譯時間問題的 2 種不同方法，以下內(nèi)容分為 2 部分。

解決設(shè)計存在的具體編譯時間問題：

下列技巧可用于解決設(shè)計的具體編譯時間問題，這些技巧根據(jù)常見問題根源和解決方案可分為 4 類：

約束

增量實現(xiàn)

工具驅(qū)動的選項

使用非關(guān)聯(lián)運(yùn)行

約束：
設(shè)計中包含清晰、合理且精確的約束有助于有效利用系統(tǒng)存儲器，從而減少整體編譯時間。我們需要分析在約束上耗費(fèi)的編譯時間，了解這些編譯時間的具體分配，并改進(jìn)約束語法以提高其效率。欲知詳情，請參閱博文利用高效約束節(jié)省編譯時間開發(fā)者分享｜節(jié)省編譯時間系列-利用 Tcl 腳本對編譯時間進(jìn)行剖析及其中隨附的示例。

增量流程
增量綜合流程開發(fā)者分享｜節(jié)省編譯時間系列-使用增量綜合與增量實現(xiàn)流程開發(fā)者分享｜節(jié)省編譯時間系列-使用增量實現(xiàn)都是非常直接且易于管理的方法，能夠達(dá)成最大輸出。當(dāng)設(shè)計更改率極低時，您可基于成功的運(yùn)行輪次快速迭代，這樣還能生成一致性和可預(yù)測性更高的結(jié)果，從而幫助節(jié)省編譯時間。請單擊鏈接查看這兩篇博文，其中提供了采用流程需滿足的一些先決條件，以及有關(guān)如何理解報告的信息。

工具和報告選項
工具驅(qū)動的選項有助于最大限度減少特定設(shè)計問題，如，設(shè)計 DRC 問題、不適當(dāng)?shù)臅r序約束覆蓋或設(shè)計擁塞，這類問題可能嚴(yán)重影響編譯時間，應(yīng)先一探究竟，而后再執(zhí)行任何其他工具最優(yōu)化操作。我們可以憑借 Vivado 報告工具來生成報告并執(zhí)行分析。

運(yùn)行 report_methodology 解決設(shè)計方法論問題。報告中指出的一些不良措施可能會影響編譯時間，您可先從報告中輕松獲取修訂，然后再開始下一輪運(yùn)行。

運(yùn)行 report_design_anlaysis 解決時序、復(fù)雜性、擁塞等問題。通過讀取頂層關(guān)鍵路徑、設(shè)計復(fù)雜性 Rent 指數(shù)和設(shè)計布局熱點(diǎn)，可幫助您更好地了解設(shè)計中的瓶頸。此報告可以提供一些簡單的構(gòu)想，幫助您尋找解決方案。

運(yùn)行 report_qor_suggestions 通過低級別 Tcl 腳本獲取其他建議，然后可以將這些建議直接應(yīng)用于設(shè)計。

運(yùn)行 report_exceptions 獲取有關(guān)時序交互和覆蓋的信息。如果錯誤設(shè)置時序約束導(dǎo)致時序過緊，就可能會導(dǎo)致編譯時間延長。

非關(guān)聯(lián)運(yùn)行/塊級綜合
在非關(guān)聯(lián)模式下運(yùn)行設(shè)計核會生成并行子運(yùn)行，這意味著能縮短設(shè)計集成時間，塊級綜合也可以為不同的子模塊定義不同的編譯時間或性能策略。它也能縮短集成時間，從而減少編譯總時間。

如需跨多個設(shè)計縮短編譯時間，就要基于設(shè)計結(jié)果來應(yīng)用一些更為通用的方法并進(jìn)行迭代。這些技巧分為以下 2 類。

Vivado 自動建議的流程和約束：

從 2019.1 版本起，Vivado 啟用了全新的功能特性，能以 Tcl 格式提供多項自動生成的策略，后續(xù)可通過 source 命令直接使用。

這有助于縮短清掃策略的周期，并且很容易找到一些編譯時間/性能平衡的最佳策略，且無需手動執(zhí)行并行清掃所有設(shè)計的工作。

在 report_qor_suggestion 中啟用該功能特性。

清掃實現(xiàn)指令
分析了如何從現(xiàn)有策略中選擇以編譯時間為目標(biāo)的指令，并提供了一些建議，以便于您定義自己的編譯時間縮短策略。

總結(jié)：

利用上述技巧時，我們認(rèn)為應(yīng)分析編譯總時間，限定范圍以便查找最優(yōu)化方法并最終縮短編譯總時間。