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這是vivado_2015_license下載,是由Xilinx公司開發(fā)的一套功能強(qiáng)大的產(chǎn)品加工分析套件,該軟件利用大型的仿真技術(shù),利用計(jì)算機(jī)的超級算法,為用戶提供了大型流程優(yōu)化方案以及加工技術(shù)的改進(jìn),利用電腦虛擬技術(shù),可以從基礎(chǔ)的加工到生產(chǎn)的流程實(shí)現(xiàn)一體化的操作方案,內(nèi)置邏輯仿真器、獨(dú)立的編程控制器,讓您的設(shè)計(jì)速度提高四倍以上,從而減少產(chǎn)品的上市時(shí)間。
本次小編帶來的版本為Vivado Design Suite HLx Editions 2017.1版,包括Vivado HL Design Edition及HL System Edition免費(fèi)提供的部分重配置功能,可為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供實(shí)現(xiàn)基于C的設(shè)計(jì)、重用優(yōu)化、IP 子系統(tǒng)重復(fù)、集成自動化以及設(shè)計(jì)收斂加速所需的工具和方法。與UltraFast高層次生產(chǎn)力設(shè)計(jì)方法指南相結(jié)合,這種特殊組合經(jīng)過驗(yàn)證,不僅可幫助設(shè)計(jì)人員以高層次抽象形式開展工作,同時(shí)還可促進(jìn)重復(fù)使用,從而可加速生產(chǎn)力。
1、一個(gè)面向新一代可編程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工具
賽靈思早在1997 年就推出了ISE 設(shè)計(jì)套件。ISE套件采用了當(dāng)時(shí)非常具有創(chuàng)新性的基于時(shí)序的布局布線引擎,這是1995 年4 月賽靈思收購NeoCAD 獲得的。在其后15 年的時(shí)間里,隨著FPGA 能夠執(zhí)行日趨復(fù)雜的功能,賽靈思為ISE 套件增添了許多新技術(shù),包括多語言綜合與仿真、IP 集成以及眾多編輯和測試實(shí)用功能,努力不斷從各個(gè)方面改進(jìn)ISE 設(shè)計(jì)套件。Feist 表示,賽靈思通過借鑒ISE 設(shè)計(jì)套件的所有經(jīng)驗(yàn)、注意事項(xiàng)和關(guān)鍵技術(shù),并充分利用最新 EDA 算法、工具和技術(shù),才打造出了這一顛覆性的全新Vivado 設(shè)計(jì)套件。
“Vivado 設(shè)計(jì)套件將顯著提升當(dāng)今設(shè)計(jì)的生產(chǎn)力,且能夠輕松實(shí)現(xiàn)升級擴(kuò)展,應(yīng)對20nm 芯片及更小工藝技術(shù)所帶來的容量和設(shè)計(jì)復(fù)雜性挑戰(zhàn)。在過去15 年時(shí)間里,EDA 技術(shù)取得了長足的發(fā)展。我們是從頭開始開發(fā)這套工具的,所以我們能夠在套件中采用最先進(jìn)的EDA 技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn),讓其具有很強(qiáng)的前瞻性。”
2、確定性的設(shè)計(jì)收斂
任何FPGA廠商的集成設(shè)計(jì)套件的核心都是物理設(shè)計(jì)流程,包括綜合,布局規(guī)劃、布局、布線、功耗和時(shí)序分析、優(yōu)化和ECO。有了Vivado,賽靈思打造了一個(gè)最先進(jìn)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程,可以讓客戶更快地達(dá)到設(shè)計(jì)收斂的目標(biāo)。
3、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)模型架構(gòu)
為減少迭代次數(shù)和總體設(shè)計(jì)時(shí)間,并提高整體生產(chǎn)力,賽靈思用一個(gè)單一的、共享的、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)模型建立其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程,這種框架也常見于當(dāng)今最先進(jìn)的ASIC 設(shè)計(jì)環(huán)境。Feist 說:“這種共享、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)模型可讓流程中的綜合、仿真、布局規(guī)劃、布局布線等所有步驟在內(nèi)存數(shù)據(jù)模型上運(yùn)行,故在流程中的每一步都可以進(jìn)行調(diào)試和分析,這樣用戶就可在設(shè)計(jì)流程中盡早掌握關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo)的情況,比如時(shí)序、功耗、資源利用和布線擁塞等。而且這些指標(biāo)的估測將在實(shí)現(xiàn)過程中隨著設(shè)計(jì)流程的推進(jìn)而更趨于精確。”
具體來說,這種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型使賽靈思能夠?qū)⑵湫滦投嗑S分析布局布線引擎與套件的RTL 綜合引擎、新型多語言仿真引擎以及IP 集成器(IP Integrator)、引腳編輯器(Pin Editor)、布局規(guī)劃器(Floor Planner)、芯片編輯器(Chip Editor) 等功能緊密集成在一起。此外,該數(shù)據(jù)模型使賽靈思能夠?yàn)樵摴ぞ咛准鋫淙娴慕徊嫣綔y功能,以便用戶跟蹤并交叉探測原理圖、時(shí)序報(bào)告、邏輯單元或其它視圖,直至HDL 代碼中的給定問題。
4、芯片規(guī)劃層次化,快速綜合
Vivado為用戶提供了設(shè)計(jì)分區(qū)的功能,可以分別處理綜合、執(zhí)行、驗(yàn)證的設(shè)計(jì),使其可以在執(zhí)行大型項(xiàng)目時(shí),可以成立不同的團(tuán)隊(duì)分頭設(shè)計(jì)。同時(shí),新的設(shè)計(jì)保存功能可以實(shí)現(xiàn)時(shí)序結(jié)果的復(fù)用,并且可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的部分可重配置。
Vivado還包括一個(gè)全新的綜合引擎,旨在處理數(shù)以百萬計(jì)的邏輯單元。新的綜合引擎的關(guān)鍵是對System Verilog的強(qiáng)大支持。“Vivado的綜合引擎對System Veriog語言可綜合子集的支持,比市場上任何其他工具都更好”Feist 說。它的綜合速度是賽靈思ISE Design Suite綜合工具XST的三倍,并支持“快速”模式,使得設(shè)計(jì)師迅速把握設(shè)計(jì)的面積和規(guī)模。另外,也讓他們調(diào)試問題的速度比之前采用RTL或門級原理圖快15倍。隨著越來越多的ASIC設(shè)計(jì)者轉(zhuǎn)向可編程平臺,賽靈思還在整個(gè)Vivado設(shè)計(jì)流程中提升了了Synopsys 設(shè)計(jì)約束(SDC)。標(biāo)準(zhǔn)的使用開啟了一個(gè)新的自動化水平,客戶現(xiàn)在可以訪問先進(jìn)的EDA工具產(chǎn)生約束、檢查跨時(shí)鐘域、形式驗(yàn)證,甚至是利用像Synopsys PrimeTime那樣的工具進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序的分析。
5、多維度分析布局器
上一代FPGA 設(shè)計(jì)套件采用單維基于時(shí)序的布局布線引擎,通過模擬退火算法隨機(jī)確定工具應(yīng)在什么地方布置邏輯單元。使用這類工具時(shí),用戶先輸入時(shí)序,模擬退火算法根據(jù)時(shí)序先從隨機(jī)初始布局種子開始,然后在本地移動單元,“盡量”與時(shí)序要求吻合。Feist 說:“在當(dāng)時(shí)這種方法是可行的,因?yàn)樵O(shè)計(jì)規(guī)模非常小,邏輯單元是造成延遲的主要原因。但今天隨著設(shè)計(jì)的日趨復(fù)雜化和芯片工藝的進(jìn)步,互聯(lián)和設(shè)計(jì)擁塞一躍成為延遲的主因。采用模擬退火算法的布局布線引擎對低于100 萬門的FPGA 來說是完全可以勝任的,但對超過這個(gè)水平的設(shè)計(jì),引擎便不堪重負(fù)。不僅僅有擁塞的原因,隨著設(shè)計(jì)的規(guī)模超過100萬門,設(shè)計(jì)的結(jié)果也開始變得更加不可預(yù)測。”
著眼于未來,賽靈思為Vivado 設(shè)計(jì)套件開發(fā)了新型多維分析布局引擎,其可與當(dāng)代價(jià)值百萬美元的ASIC布局布線工具中所采用的引擎相媲美。該新型引擎通過分析可以找到從根本上能夠最小化設(shè)計(jì)三維(時(shí)序、擁塞和走線長度)的解決方案。Feist 表示:“Vivado設(shè)計(jì)套件的算法從全局進(jìn)行優(yōu)化,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了最佳時(shí)序、擁塞和走線長度,它對整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行通盤考慮,不像模擬退火算法只著眼于局部調(diào)整。這樣該工具能夠迅速、決定性地完成上千萬門的布局布線,同時(shí)保持始終如一的高結(jié)果質(zhì)量(見圖1)。由于它能夠同時(shí)處理三大要素,也意味著可以減少重復(fù)運(yùn)行流程的次數(shù)。”
“從本質(zhì)上來說,你看到的就是Vivado 設(shè)計(jì)套件在滿足所有約束條件下,實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)只需占用3/4 的器件資源。這意味著用戶可以為自己的設(shè)計(jì)添加更多的邏輯功能和片上存儲器,甚至可以采用更小型的器件。”
6、功耗優(yōu)化和分析
當(dāng)今時(shí)代,功耗是FPGA設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。因此,Vivado設(shè)計(jì)套件的重點(diǎn)就是專注于利用先進(jìn)的功耗優(yōu)化技術(shù),為用戶的設(shè)計(jì)提供更大的功耗降低優(yōu)勢。“我們在技術(shù)上采用了目前在ASIC工具套件中可以見到的先進(jìn)的時(shí)鐘門控制技術(shù),通過該技術(shù)可以擁有設(shè)計(jì)邏輯分析的功能,同時(shí)消除不必要的翻轉(zhuǎn)”Feist表示“具體來說,新的技術(shù)側(cè)重于翻轉(zhuǎn)因子‘alpha’,它能夠降低30%的動態(tài)功耗”Feist說,賽靈思去年在ISE設(shè)計(jì)套件中開始應(yīng)用該技術(shù),并一直沿用至今。Vivado將繼續(xù)加強(qiáng)這一技術(shù)的應(yīng)用。
此外,有了這一新的可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)共享模型,用戶可以在設(shè)計(jì)流程的每一個(gè)階段得到功耗的估值,從而可以在問題發(fā)展的前期就能預(yù)先進(jìn)行分析,從而能夠在設(shè)計(jì)流程中,先行解決問題。
7、簡化工程變更單(ECO)
增量流量讓快速處理小的設(shè)計(jì)更改成為可能,每次更改后只需重新實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的一小部分,使迭代速度更快。它們還能在每個(gè)增量變化之后實(shí)現(xiàn)性能的表現(xiàn),從而無需多個(gè)設(shè)計(jì)迭代。為此,Vivado設(shè)計(jì)套件還包括對一個(gè)流行的ISE FPGA編輯器工具的新的擴(kuò)展,稱為Vivado器件編輯器。Feist說,在一個(gè)布局布線設(shè)計(jì)上使用Vivado器件編輯器,設(shè)計(jì)師現(xiàn)在有能力去做移動單元,重新布線,連接一個(gè)寄存器輸出作為調(diào)試管腳,修改DCM或者查找表(LUT)的參數(shù)的工程變更單(ECO)——在設(shè)計(jì)周期的后期,無需通過返回設(shè)計(jì)重新綜合和實(shí)現(xiàn)。他說,目前行業(yè)沒有任何其他FPGA設(shè)計(jì)環(huán)境可以提供這種級別的靈活性。
8、基于業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)而打造
四年半前,當(dāng)賽靈思開始從頭打造Vivado設(shè)計(jì)套件的時(shí)候,架構(gòu)打造的首要任務(wù),就是用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)環(huán)境代替專有格式。致力于打造一個(gè)開放的環(huán)境,讓客戶能夠用EDA 工具和第三方IP 進(jìn)行擴(kuò)展。例如,Vivado 設(shè)計(jì)套件可支持SDC(Synopsys 設(shè)計(jì)約束)、ARM AMBA AXI 4 IP互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)、IP-XACT IP封裝和交付標(biāo)準(zhǔn),并且在新環(huán)境中提供了強(qiáng)大的互動TCL 腳本功能。。
流程自動化,非流程強(qiáng)制化
在Vivado 設(shè)計(jì)套件構(gòu)建過程中,賽靈思工具團(tuán)隊(duì)遵循這樣的原則“自動化設(shè)計(jì)方式,不強(qiáng)制設(shè)計(jì)方式”。Feist 說:“不管用戶用C、C++、SystemC、VHDL、Verilog、System Verilog、MATLAB 還是Simulink 開始編程,也不管他們用的是我們的IP 還是第三方的IP,我們提供了一種實(shí)現(xiàn)所有流程自動化,幫助客戶提高生產(chǎn)力的方法。我們還充分考慮到我們的用戶的各種技能水平和偏好,既能滿足需要全按鍵式流程的客戶的要求,也能滿足在設(shè)計(jì)流程的每一步都進(jìn)行分析的客戶的要求,甚至還能滿足那些認(rèn)為用GUI 的是低手,喜歡用TCL 以命令行或批處理模式完成全部設(shè)計(jì)流程的客戶的要求。用戶能夠根據(jù)自己的特定需求,選用套件功能。”
為進(jìn)一步增強(qiáng)所有用戶的設(shè)計(jì)體驗(yàn),賽靈思在Vivado 設(shè)計(jì)套件中加入了某些奇妙的新功能,同時(shí)為深受客戶贊譽(yù)的FPGA 編輯器增加了芯片編輯器功能。
9、IP 封裝器、集成器和目錄
賽靈思的工具架構(gòu)團(tuán)隊(duì)把重點(diǎn)放在新套件專門的IP 功能設(shè)計(jì)上,以便于IP 的開發(fā)、集成與存檔。為此,賽靈思開發(fā)出了IP 封裝器、IP 集成器和可擴(kuò)展IP 目錄三種全新的IP 功能。
采用IP 封裝器,賽靈思的客戶、賽靈思公司自己的IP 開發(fā)人員和賽靈思生態(tài)環(huán)境合作伙伴可以在設(shè)計(jì)流程的任何階段將自己的部分設(shè)計(jì)或整個(gè)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為可重用的內(nèi)核,這里的設(shè)計(jì)可以是RTL、網(wǎng)表、布局后的網(wǎng)表甚至是布局布線后的網(wǎng)表。IP 封裝器可以創(chuàng)建IP 的IP-XACT 描述,這樣用戶使用新型IP 集成器就能方便地將IP 集成到未來設(shè)計(jì)中。IP 封裝器在XML 文件中設(shè)定了每個(gè)IP 的數(shù)據(jù)。Feist 說一旦IP 封裝完成,用IP 集成器功能就可以將IP 集成到設(shè)計(jì)的其余部分。
“IP 集成器可以讓客戶在互聯(lián)層面而非引腳層面將IP 集成到自己的設(shè)計(jì)中?梢詫P 逐個(gè)拖放到自己的設(shè)計(jì)圖(canvas)上,IP 集成器會自動提前檢查對應(yīng)的接口是否兼容。如果兼容,就可以在內(nèi)核間劃一條線,然后集成器會自動編寫連接所有引腳的具體RTL。”
“這里的重點(diǎn)是可以取出已用IP 集成器集成的四五個(gè)模塊的輸出,然后通過封裝器再封裝。這樣就成了一個(gè)其他人可以重新使用的IP。這種IP 不一定必須是RTL,可以是布局后的網(wǎng)表,甚至可以是布局布線后的網(wǎng)表模塊。這樣可以進(jìn)一步節(jié)省集成和驗(yàn)證時(shí)間。”
第三大功能是可擴(kuò)展IP 目錄,它使用戶能夠用他們自己創(chuàng)建的IP 以及賽靈思和第三方廠商許可的IP 創(chuàng)建自己的標(biāo)準(zhǔn)IP 庫。賽靈思按照IP-XACT 標(biāo)準(zhǔn)要求創(chuàng)建的該目錄能夠讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)乃至企業(yè)更好的組織自己的IP,供整個(gè)機(jī)構(gòu)共享使用。Feist 稱賽靈思系統(tǒng)生成器(System Generator) 和IP 集成器均已與Vivado 可擴(kuò)展IP 目錄集成,故用戶可以輕松訪問編目IP 并將其集成到自己的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中。
Vivado 產(chǎn)品營銷總監(jiān)Ramine Roane指出:“以前第三方IP 廠商用Zip 文件交付的IP格式各異,而現(xiàn)在他們交付的IP,不僅格式統(tǒng)一,可立即使用,而且還與Vivado 套件兼容。”
10、Vivado HLS 把ELS帶入主流
可能Vivado 設(shè)計(jì)套件采用的眾多新技術(shù)中,最具有前瞻性的要數(shù)新的Vivado HLS(高層次綜合)技術(shù),這是賽靈思2010 年收購AutoESL 后獲得的。在收購這項(xiàng)業(yè)界最佳技術(shù)之前,賽靈思對商用ESL 解決方案進(jìn)行了廣泛評估。市場調(diào)研公司BDTI 的研究結(jié)果幫助賽靈思做出了收購決策(見賽靈思中國通訊雜志第36 期“BDTI研究認(rèn)證以DSP為核心的FPGA設(shè)計(jì)的高層次綜合流程 ”http://china.xilinx.com/china/xcell/xl36/2-7.pdf)。
“Vivado HLS 全面覆蓋C、C++、SystemC,能夠進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和任意精度浮點(diǎn)運(yùn)算。這意味著只要用戶愿意,可以在算法開發(fā)環(huán)境而不是典型的硬件開發(fā)環(huán)境中使用該工具。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于在這個(gè)層面開發(fā)的算法的驗(yàn)證速度比在RTL 級有數(shù)量級的提高。這就是說,既可以讓算法提速,又可以探索算法的可行性,并且能夠在架構(gòu)級實(shí)現(xiàn)吞吐量、時(shí)延和功耗的權(quán)衡取舍。”
設(shè)計(jì)人員使用Vivado HLS 工具可以通過各種方式執(zhí)行各種功能。為了演示方便,F(xiàn)eist 講解了用戶如何通過一個(gè)通用的流程進(jìn)行Vivado HLS 開發(fā)IP 并將其集成到自己的設(shè)計(jì)當(dāng)中。
在這個(gè)流程中,用戶先創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)C、C++ 或SystemC 表達(dá)式,以及一個(gè)用于描述期望的設(shè)計(jì)行為的C 測試平臺。隨后用GCC/G++或Visual C++ 仿真器驗(yàn)證設(shè)計(jì)的系統(tǒng)行為。一旦行為設(shè)計(jì)運(yùn)行良好,對應(yīng)的測試臺的問題全部解決,就可以通過Vivado HLS Synthesis 運(yùn)行設(shè)計(jì),生成RTL 設(shè)計(jì),代碼可以是Verilog,也可以是VHDL。有了RTL 后,隨即可以執(zhí)行設(shè)計(jì)的Verilog 或VHDL 仿真,或使用工具的C封裝器技術(shù)創(chuàng)建SystemC 版本。然后可以進(jìn)行System C架構(gòu)級仿真,進(jìn)一步根據(jù)之前創(chuàng)建的C 測試平臺,驗(yàn)證設(shè)計(jì)的架構(gòu)行為和功能。
設(shè)計(jì)固化后,就可以通過Vivado 設(shè)計(jì)套件的物理實(shí)現(xiàn)流程來運(yùn)行設(shè)計(jì),將設(shè)計(jì)編程到器件上,在硬件中運(yùn)行和/或使用IP 封裝器將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為可重用的IP。隨后使用IP 集成器將IP 集成到設(shè)計(jì)中,或在系統(tǒng)生成器(System Generator) 中運(yùn)行IP。
1、動態(tài)現(xiàn)場升級
利用賽靈思部分重配置技術(shù),設(shè)計(jì)人員能夠即時(shí)變更器件的功能,無需全部重配置或重建鏈接,從而大幅提高了 All Programmable 器件的靈活性。通過提供在關(guān)鍵功能持續(xù)運(yùn)行的狀態(tài)下,用戶也可以在已經(jīng)部署好的系統(tǒng)中升級特性集、修復(fù)漏洞和演進(jìn)到新標(biāo)準(zhǔn)的能力,極大地提升了系統(tǒng)的可升級性和可靠性。
2、這里輸入標(biāo)題
部分重配置技術(shù)實(shí)現(xiàn)了動態(tài)可配置性,在切換設(shè)計(jì)中的某些部分時(shí),其余部分還能繼續(xù)保持工作,完全不需停機(jī),且?guī)缀醪挥绊懗杀九c開發(fā)時(shí)間。
3、更多新功能介紹,可以在“Vivado2017.1新功能視頻”中觀看