本文作者：AMD 工程師Grace Sun

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新流程的使用指南

在 AMD Vivado DesignSuite 2024.2 版本中，Advanced Flow 自動(dòng)為所有 AMD Versal 自適應(yīng) SoC器件啟用。請(qǐng)注意，Advanced Flow 不支持上一代 7 系列、AMD UltraScale FPGA 和 UltraScale plus 器件。

由于新流程包含在 Vivado 后端布局布線中并集成于用戶熟悉的 Vivado IDE，因此 Vivado 前端設(shè)計(jì)流程沒有變化，用戶無需學(xué)習(xí)新的設(shè)計(jì)環(huán)境。IP Integrator，IP 定制和 RTL 開發(fā)與舊流程相同。Project 和 non-project 流程以及相關(guān)的 Tcl 描述基本保持不變。

下表記錄了由于引入 Advanced Flow 而導(dǎo)致的 Implementation 中的一些關(guān)鍵變化。

盡管整體設(shè)計(jì)流程不會(huì)發(fā)生變化，但 Placer Directive 存在顯著差異。

與先前 Vivado 版本不同，Advanced Flow 將 Directive列表簡化為下圖所示的五個(gè)：Quick、RuntimeOptimized、Default 和 Explore以及 AggressiveExplore。其中，前四個(gè)與以前一致，AggressiveExplore 為新添的 Directive。這些選項(xiàng)為 place_design 命令提供了不同的行為模式，并影響所有布局器階段。

Advanced Flow 對(duì) Directive 使用與前相同的選項(xiàng)和語法。例如，place_design -directive AggressiveExplore 以最大的努力運(yùn)行布局器以滿足時(shí)序約束，但代價(jià)是更長的運(yùn)行時(shí)間。另一方面，選擇 Runtime Optimized 會(huì)犧牲一些滿足時(shí)序的努力來換取更快的編譯速度。與以前一樣，指令在工具設(shè)置菜單中可用，可用于創(chuàng)建Implementation 策略。

Subdirective 是 Advanced Flow 中的新布局選項(xiàng)。此選項(xiàng)提供對(duì)布局的不同階段的更細(xì)粒度控制：布局規(guī)劃（Floorplan）、全局布局（GPlace）和詳細(xì)布局（DPlace）。與 Directive 互斥使用不同，用戶可以同時(shí)應(yīng)用多個(gè)Subdirective，這意味著您還可以將多個(gè) Subdirective 與一個(gè) Directive 選項(xiàng)組合起來以進(jìn)行更廣泛的探索。

下面的表格顯示了當(dāng)前支持的 Subdirective 列表及其主要用途。不同的 Subdirective 可以應(yīng)用于布局的一個(gè)或多個(gè)階段。借助 Advanced Flow，這些 Subdirective 可以解鎖更多可能性，以探索不同的選項(xiàng)組合，從而增加極具挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)的時(shí)序收斂可能性。這比原始單一的 Directive 選項(xiàng)涵蓋了更多的解決方案空間。

Tcl 用法示例：

每個(gè) Subdirective 選項(xiàng)都以布局器階段名稱作為前綴，如果適用，后面會(huì)跟 high|med|low 的級(jí)別值。而有些只需要指定 Subdirective 表示啟用此優(yōu)化，格式如下：

在此示例中，由于 -directive 選項(xiàng)是 Explore，布局器最初會(huì)為 Floorplan、GPlace 和 DPlace 的每個(gè)階段選擇 Explore 設(shè)置。然后，除了 Explore選 項(xiàng)之外，還會(huì)應(yīng)用 Subdirective 選項(xiàng)。對(duì)于此示例，在 Floorplan 階段使用BalancedSLR 中級(jí)，在 GPlace 階段應(yīng)用 ReduceCongestion 高級(jí)，在 DPlace 階段使用 ReducePinDensity 高級(jí)。

前面提到過，不同的 Subdirective 可以應(yīng)用于不同的布局階段，了解每個(gè)布局階段可以應(yīng)用哪些 Subdirective 非常重要。下圖將 Floorplanning，GPlace 和 DPlace 階段適用的 Subdirective 做了一個(gè)梳理：

在這里，我們看到左側(cè)的三個(gè)選項(xiàng)：RuntimeOptimized、ExtraTimingUpdate 和 ExtraTimingOpt 適用于所有布局階段。

在右側(cè)，我們可以看到哪些選項(xiàng)僅適用于某些階段。例如，BalancedSLR 只能在布局規(guī)劃階段的早期應(yīng)用，因?yàn)樗鼤?huì)影響設(shè)計(jì)的分區(qū)方式，后面的階段就太晚了。此外，像 ReducePinDensity 這樣的設(shè)置只能在 Detailed Placement 期間應(yīng)用，因?yàn)樗婕霸诮咏猜曤A段對(duì)單元布局進(jìn)行微調(diào)。

對(duì)于不同 Subdirective 是否需要指定，請(qǐng)參考下表：

讓我們進(jìn)一步看看舊流程（Standard Flow）的 Directive 如何映射到 Advanced Flow 中與其等效的 Subdirective。

如前所述，Versal 的 Advanced Flow 支持熟悉的 Default、Explore、RuntimeOptimized 和 Quick directive。

許多 Standard Flow Directive 可以使用 Subdirective 和其他布局器選項(xiàng)轉(zhuǎn)換為 Advanced Flow。一個(gè)簡單的例子是“EarlyBlockPlacement”，它直接映射到 Subdirective“Gplace.EarlyBlockPlacement”。

某些指令（如 Alt Spread Logic）需要更復(fù)雜的轉(zhuǎn)換，Alt Spread Logic 映射到所有布局器階段的多個(gè)子指令。

在某些情況下，Directive 被其他選項(xiàng)替換。Extra net delay high 和 Extra net delay low 分別被新的 Advanced Flow place_design 選項(xiàng)替換，該選項(xiàng)具有類似的名稱 net_delay_weight，取值 high 和 low。一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是，與額外的 -direcvite ExtraNetDelay 不同，-net_delay_weight可以與其他 Directive 和 Subdirective 一起使用，從而解鎖更多可能的組合。

另外，并非所有指令都可以轉(zhuǎn)換為 Advanced Flow 等效選項(xiàng)，如不支持的表格中所示。

使用 Advanced Flow placer directive 實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂，請(qǐng)參考以下的推薦方法。

在第一組運(yùn)行中，嘗試三個(gè)基本 Directive：Default、Explore 和 AggressiveExplore，看看是否有任何 Directive 符合時(shí)序要求。

如果時(shí)序要求不滿足，請(qǐng)使用 Run #1 中性能最佳的 directive，并與圖中所示的幾個(gè)關(guān)鍵 Subdirective 相結(jié)合。

如果第二組運(yùn)行仍未產(chǎn)生時(shí)序收斂結(jié)果，請(qǐng)采用 Run #2 中性能最佳的組合，并應(yīng)用如 Run #3 中所示的其他Subdirective。

這種有條不紊的方法比簡單地迭代整個(gè) Directive 和 Subdirective 集合更有效，后者在編譯時(shí)間和計(jì)算資源方面成本極高。

請(qǐng)務(wù)必記住，Advanced Flow 不能替代良好的設(shè)計(jì)方法，檢查方法違規(guī)行為（report_methodology）也很重要，因?yàn)檫@些違規(guī)行為可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)序收斂障礙。

舊版本的 AMD Versal 自適應(yīng) SoC 設(shè)計(jì)移植

所有 AMD Versal 自適應(yīng) SoC工程升級(jí)到 2024.2 時(shí)，都需要切換到 Advanced Flow。如果您有一個(gè) 2024.1 Versal 的 AMD Vivado Design Suite 工程，在 2024.2 中打開此工程時(shí)，您將看到一個(gè)對(duì)話框，指示必須升級(jí)工程。

假設(shè)您已查看流程中的關(guān)鍵更改（例如 Intelligent Design Runs 和 Incremental compile 流程還不支持），并同意升級(jí)到 2024.2，最好先存檔您的項(xiàng)目或設(shè)計(jì)，因?yàn)榇诉w移不可逆，工具將重置所有的 Implementation run 并將選項(xiàng)設(shè)置為 Advanced Flow 布局和布線。

關(guān)于工程的 Implementation 策略，需要遵循一些實(shí)施指南：

為了便于項(xiàng)目流程遷移，大多數(shù)策略都直接在 Advanced Flow 中受支持，如前所述，布局器 Directive 映射到其等效的 Advanced Flow directive、subdirective 和布局器選項(xiàng)。

遇到不受支持的策略時(shí)，Vivado 會(huì)生成警告消息，并在選擇默認(rèn)策略后繼續(xù)。

用戶自定義的策略無法自動(dòng)轉(zhuǎn)換為其 Advanced Flow 等效策略，而是映射到默認(rèn)策略。

可以使用新的布局器subdirective和選項(xiàng)創(chuàng)建新的用戶定義策略。策略編輯器完全支持 Advanced Flow。

如果使用 Tcl 命令的方式打開工程，設(shè)計(jì)將自動(dòng)升級(jí)，并且消息將回顯到 Tcl 控制臺(tái)，通知您進(jìn)度以及配置的選項(xiàng)和策略。DCP 文件 也需要升級(jí)。如果您將 place_design 之前的 DCP 添加到項(xiàng)目中，或者單獨(dú)打開 DCP，則 DCP 將在內(nèi)存中自動(dòng)讀取和升級(jí)。如果 DCP 是 place_design 完成后的，這將導(dǎo)致錯(cuò)誤情況，因?yàn)?DCP 中保存的現(xiàn)有布局和布線數(shù)據(jù)庫與 Advanced Flow 不兼容。

在使用 non-project 模式的情況下，用戶可以自己管理源文件和設(shè)計(jì)過程。在執(zhí)行 non-project Tcl 腳本期間，布局和布線過程中會(huì)出現(xiàn)一些含有“Advanced Flow”的 INFO 信息。

由于 Advanced Flow 僅適用于 Versal，因此非 Versal 項(xiàng)目不受此更改的影響。此外，如果您有一個(gè) 2024.1 設(shè)計(jì)，并且已經(jīng)在使用 Advanced Flow 的 Early Access 版本，則應(yīng)該也不會(huì)受到任何影響。

總結(jié)

本文介紹了 AMD Versal 自適應(yīng) SoC的 Advanced Flow，這是 AMD Vivado Design Suite2024.2 版本提供的一套新的布局布線功能。

Advanced Flow 采用改進(jìn)的架構(gòu)，可以更好地并行編譯分區(qū)，并采用新算法來減少布線擁塞，更好地處理具有大量全局時(shí)鐘的復(fù)雜設(shè)計(jì)布局。

這些改進(jìn)縮短了整體設(shè)計(jì)周期，使您能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成時(shí)序收斂，提高設(shè)計(jì)效率。