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编译流程详解

一、编译流程之综合

（一）综合输入

综合的输入主要包括 HDL代码、综合设置、器件型号等。

• HDL代码：是FPGA设计的主要载体，包含待转化的全部设计内容。对于使用了IP核的设计，硬核或固核本身是门级网表，不需要综合；软核则以HDL代码形式存在，是综合输入的一部分。
• 综合设置：是编译器综合FPGA设计时的指导信息，对综合过程至关重要。编译器通常采用默认设置，但有时需要人工修改以适应设计特点。
• 器件型号：虽然综合阶段与实现无关，但在资源评估时需要根据器件型号初步估计资源占用率。

（二）综合设置

综合设置分为编译策略和具体选项，以下是详细介绍：

• 可选编译策略：
  • speed（速度优先策略）：优先考虑速度性能，适用于时序分析中最大时钟频率不满足需求时。
  • area（面积优先策略）：优先考虑资源占用，适用于设计占用资源超出器件限制时。
  • power optimization（功耗最优策略）：优先减少功耗，适用于芯片温度过高时。
  • minimum runtime（最短时间策略）：编译器综合时间最短，但不推荐使用。
  • balance（折中综合策略）：兼顾速度、面积、功耗等因素，是默认策略。
• 修改一般综合选项：
  • keep hierarchy（保留层级选项）：可选择是否保留HDL代码中的层级结构。
  • read core（读核选项）：决定是否在综合时提取IP核信息。
  • synthesis constraints file（综合约束文件选项）：通过文件或HDL代码嵌入约束信息。
• 修改HDL综合选项：
  • 状态机相关选项：包括状态编码方式、安全状态机实现等。
  • 存储器相关选项：涉及RAM或ROM的推断与实现方式。
  • 复用器相关选项：包括MUX的推断与实现。
  • 解码器相关选项：涉及解码器的推断与优先级设置。
  • 寄存器相关选项：包括移位寄存器的推断等。
  • 其他选项：如异或门合并、资源共享、DSP单元使用等。
• 修改特殊综合选项：
  • I/O Buffer添加：默认允许，但可选择关闭。
  • 信号最大扇出控制：限制输出信号驱动能力，通过内插缓冲器优化。
  • 寄存器复制与合并：默认打开，用于优化速度或资源占用。
  • 寄存器平衡选项（re timing）：默认关闭，开启后可提高时钟速度，但增加综合时间。

（三）综合输出

• RTL门级网表：是FPGA设计对应的门电路单元表达，是顶层模块门级仿真环节的基础。
• 综合报告：包含错误信息、警告信息和资源占用量信息。
  • 错误信息：表明综合失败，需清除HDL代码中的语法错误。
  • 警告信息：需逐条确认，可能反映设计隐患。
  • 资源占用量信息：用于评估设计质量，建议资源占用率小于70%。

二、编译流程之翻译融合

（一）翻译融合输入

翻译融合的输入主要包括 RTL门级网表、翻译融合设置、器件型号等。

（二）翻译融合输出

• 顶层可识别门级网表：覆盖整个FPGA设计功能，融合综合后网表与IP核网表，适配FPGA厂商格式。
• 翻译融合报告：包含翻译融合过程中的详细信息，需处理错误和警告信息。

三、编译流程之映射

（一）映射输入

映射的输入主要包括 顶层可识别门级网表、映射设置、器件型号、位置约束、时序约束、管脚约束等。

（二）映射输出

映射的输出主要包括 顶层资源位置门级网表、门延时文件和映射报告。

四、编译流程之布局布线

（此处未提供详细内容，后续可补充）

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小总结

本文详细介绍了FPGA编译流程中的综合、翻译融合和映射环节。综合阶段将HDL代码转化为门级网表，并通过多种设置优化设计；翻译融合阶段将门级网表适配为FPGA厂商可识别的格式；映射阶段将设计映射到具体FPGA芯片资源。每个阶段都有明确的输入输出，且通过报告提供优化方向。理解这些环节对FPGA开发至关重要。