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1、FPGA系统设计与实践系统设计与实践 综合综合.第五章第五章 综合综合n内容提要内容提要 本章介绍了Xilinx公司的ISE5.2中的综合工具XST的综合属性、HDL代码参数设置、专用参数选项设置，使用XST综合设计、实行设计的步骤与方法。ISE5.2集成的下载配置工具iMPACT的结 构、操 作 步 骤 与 方 法。Altera公 司 的QuartusII3.0编译器和编程器的使用步骤与方法。.第五章第五章 综合综合n知识要点知识要点：综合，实行，配置，综合工具XST，下载配置工具iMPACT，编译器，编程器n教学建议教学建议:本章的重点是掌握Xilinx公司 ISE5.2中的综合工具XST
2、和下载配置工具iMPACT，Altera公司的QuartusII3.0编译器的结构特点与使用方法。.第五章第五章 综合综合 建议学时数为4学时。注意区分Xilinx公司的综合、实行、配置工具与Altera公司的编译与编程工具的不同点。在学习过程中，应结合第8章中的应用实例设计，去掌握ISE5.2综合、实行、配置或者QuartusII3.0编译与编程的步骤、属性设置及技巧。注意综合、实行、配置或者编译与编程中属性参数的设置对设计的影响。应通过大量的实际设计过程加深对ISE5.2综合、实行、配置或者QuartusII3.0编译与编程的理解。.FPGA系统设计与实践系统设计与实践 ISE5.2中的综
3、合工具中的综合工具XST.5.1 ISE5.2中的综合工具中的综合工具XST XST(Xilinx Synthesis Technology)是Xilinx ISE内嵌的综合工具。虽然XST与Synplify Pro等业界流行的综合工具相比特点并不突出，功能也不全面，但是Xilinx对自己的FPGA/CPLD内部的结构最为了解，所以XST对Xilinx器件的支持也最为直接，更重要的是XST内嵌在ISE中，安装ISE后可以直接使用，不需要另外付费。.5.1 ISE5.2中的综合工具中的综合工具XST ISE中XST设计流程的综合阶段约束文件与实现阶段约束文件的概念并不清楚，综合阶段的约束条件常常
4、通过实现阶段的约束文件来完成。.5.1 ISE5.2中的综合工具中的综合工具XST XST的综合约束文件是XCFXST Constrain File，而在布局布线阶段，最重要的约束文件是用户约束文件UCFUser Constraint File，两者有着千丝万缕的关系，UCF几乎支持XCF的所有约束语言与命令。通常在使用XST综合流程时，仅仅通过综合属性设置来设置全局性的综合策略与参数，细化的约束是通过实现阶段的约束文件UCF完成的。.5.1.1 XST的综合属性的综合属性 XST是内嵌在ISE中的，使用起来也非常方便。XST综合是自动完成的，但是用户可以对其相关的参数进行设置。参数设置的目的
5、是使XST根据设计者的需要完成综合过程，以便到达设计要求。.1.选择选择XST综合工具综合工具 选择综合工具.2.XST综合属性综合属性 XST的可设置参数比较多，适当的设置综合参数，可以在一定程度上提高综合质量。综合参数主要是一些综合策略，大局部是通过选择来完成参数的设定。下面对XST中的参数进行简单的介绍。在Process for current sources中的Synthesize图标上单击鼠标右键，然后选择Properties，弹出的综合属性设置对话框如以下图。.2.XST综合属性综合属性综合对话框.2.XST综合属性综合属性 1综合目标Optimization Goal 综合目标设
6、置可以确定综合时的全局优化目标是面积Area还是速度Speed。由于大多数情况下，系统运行的速度是相当重要的，所以在缺省默认状态下，此属性的值为速度Speed。.2.XST综合属性综合属性 2综合难度Optimization Effort 综合难度用来指定XST的综合工作的程度，有两个值可供选择，如果对速度或者面积要求不是很高可以选择Normal，否那么选择High。这里有一个问题需要注意，设计者不要寄希望于XST的综合效果，并不是选择High就一定得到好的综合结果，真正重要的是设计者要保证设计的质量。.2.XST综合属性综合属性 3综合约束文件Synthesis Constraint Fil
7、e Synthesis Constraint File用于指定综合约束文件的所在路径。4使用综合约束文件Use Synthesis Constraint File 如果设计中有综合约束文件，那么在指定综合约束文件的所在路径后在此参数后打上勾，使XST在综合时受到综合约束文件的约束。.2.XST综合属性综合属性 5全局优化目标Global Optimization Goal 全局优化目标参数仅对FPGA有效，它用于一些时钟优化策略，包括的优化属性有：所有时钟节点约束ALLCLOCKNETS 输入偏移约束OFFSET_IN_BEFORE 输出偏移约束OFFSET_OUT_AFTER 网线最大延迟约
8、束MAXIMUM_DELAY 输入到输出约束INPAD_TO_OUTPAD.2.XST综合属性综合属性 这些约束主要用于指定存放器之间，输入引脚到第一级存放器之间，末级存放器到输出引脚之间，输入引脚到输出引脚之间的约束策略。.2.XST综合属性综合属性 6生成存放器传输级原理图Generate RTL Schematic XST可以将综合结果生成RTL视图。通过RTL视图可以分析设计和修改设计。选择YES或NO确定是否需要生成RTL视图。.2.XST综合属性综合属性 7写时序约束条件Write Timing Constrains Write Timing Constrains参数仅对FPGA有
9、效，用以指定在HDL源代码或是XST约束文件中指定的时序约束关系是否对Xilinx的NGC网表有效。.3.HDL代码参数设置代码参数设置 HDL代码参数设置与XST的编译有关，也就是说告诉编译工具如何理解HDL代码。HDL代码参数选项对话框如右图所示。.3.HDL代码参数设置代码参数设置 1有限状态机编码方式FSM Encoding Algorithm 有限状态机有多种编码方式，比较常见的有：一位热码One-Hot、顺序编码Sequential、格雷码Gray等，在默认状态下，XST的有限状态机编码方式为自动编码Auto，即根据器件中的资源进行有效的编码。.3.HDL代码参数设置代码参数设置2
10、RAM的提取方式RAM Extraction RAM Extraction参数用来指定是否使用RAM宏单元。3RAM实现的类型RAM Style RAM Style参数仅对FPGA有效。FPGA中含Block RAM有块RAM和可以形成Distributed RAM分布式RAM，可以通过设置RAM Style使XST从代码中提取需要的RAM类型。.3.HDL代码参数设置代码参数设置4ROM的提取方式ROM Extraction ROM Extraction参数用来指定是否使用RAM宏单元。5ROM实现的类型ROM Style ROM Style参数仅对FPGA有效。FPGA中含有块RAM Bl
11、ock RAM 和 可 以 形 成 分 布 式 RAMDistributed RAM，可以通过设置ROM Style使XST从代码中提取需要的ROM类型。.3.HDL代码参数设置代码参数设置6多路选择器提取方式MUX Extraction MUX Extraction参数仅对FPGA有效，有以指定是否使用多路选择器宏单元。7多路选择器实现类型MUX Style MUX Style参数仅对FPGA有效，有以指定多路选择器宏单元的类型。缺省状态下为自动Auto。.3.HDL代码参数设置代码参数设置8译码器提取方式Decoder Extraction Decoder Extraction参数仅对FP
12、GA有效，用于指定是否使用译码器Decoder宏单元。9优先编码器提取方式Priority Encoder Extraction Priority Encoder Extraction参数仅对FPGA有效，用于指定是否使用优先编码器Priority Encoder宏单元。缺省为自动Auto。.3.HDL代码参数设置代码参数设置10移位存放器提取方式Shift Register Extraction Shift Register Extraction参数仅对FPGA有效，用于指定是否使用移位存放器Shift Register宏单元。11逻辑移位存放器提取方式Logical Shifter Ext
13、raction Logical Shifter Extraction参数仅对FPGA有效，用于指定是否使用逻辑移位存放器Logical Shifter宏单元。.3.HDL代码参数设置代码参数设置12异或单元合并方式XOR Collapsing XOR Collapsing参数仅对FPGA有效，用于指定相关联的异或XOR单元是否合并为一个较大的异或宏单元。13资源共享Resource Sharing Resource Sharing参数用于指定是否要求XST复用运算模块。.3.HDL代码参数设置代码参数设置14乘法器实现类型Multiplier Style Multiplier Style参数仅
14、对FPGA有效，用于指定XST综合乘法器的类型，是基于查找表的LUT乘法器还是基于块乘法器Block Multiplier。.4.Xilinx专用参数选项专用参数选项 Xilinx专用参数选项对话框中包含了一些Xilinx专有的结构中可以设置的属性。Xilinx 专用参数选项对话框如右图所示。.4.Xilinx专用参数选项专用参数选项1添加I/O缓冲器Add IO Buffers Add IO Buffers参数用于指定是否需要在I/O上加上I/O缓冲器IO Buffers2最大扇出数Max Fanout Max Fanout参数仅对FPGA有效，用于指定信号和网线的最大扇出数。.4.Xili
15、nx专用参数选项专用参数选项3存放器复制Register Duplication Register Duplication参数仅对FPGA有效，用于指定是否允许进行存放器复制Register Duplication。4等效存放器删除Equivalent Register Removal Equivalent Register Removal参数用于指定是否把存放器传输级功能相等的存放器删除，以减少资源占用。.4.Xilinx专用参数选项专用参数选项5存放器配平Register Balancing Register Balancing参数仅对FPGA有效，用于指定是否需要存放器配平。存放器配平是
16、使较长路径缩短，较短路径加长，使其到达平衡从而提高工作频率的一种技术。.4.Xilinx专用参数选项专用参数选项6Slice打包Slice Packing Slice Packing参数仅对FPGA有效，用于指定是否使用Slice打包技术Slice Packing，使相关路径查找表逻辑尽量布局在同一个Slice中，从而缩短查找表之间的布线距离，提高了设计频率。.4.Xilinx专用参数选项专用参数选项7是否使用I/O内部的存放器实现I/O存放器 Pack I/O Register into IOBs Pack I/O Register into IOBs参数仅对FPGA有效，用于指定是否使用I/O内部的存放器作为设计的第一级存放器。.
