增量式編譯QIC大幅縮短FPGA編譯時(shí)間

前言

按照相對(duì)論的理論，時(shí)間也是可以被拉長(zhǎng)縮短的，只不過需要巨大的能量支撐著您達(dá)到一個(gè)和光速可比擬的高速度而已。這話說著輕松，你我心里都明白，估計(jì)咱們的有生之年是看不到這樣的情景的……

回到可編程邏輯器件領(lǐng)域，隨著65nm、40nm，乃至目前的28nm深亞微米工藝的采用，廠家生產(chǎn)出了越來越大，也越來越復(fù)雜的FPGA器件。而用戶們?cè)跒?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/FPGA">FPGA不斷增強(qiáng)的功能和不斷下降的單位成本而欣喜不已的同時(shí)，也在為相關(guān)EDA軟件的性能滯后所帶來的開發(fā)效率相對(duì)降低而苦惱不已，尤其是對(duì)大容量FPGA芯片動(dòng)輒10到20個(gè)小時(shí)的編譯時(shí)間可謂怨氣沖天。筆者在許多次面對(duì)一線的FPGA工程師時(shí)，都聽到了這樣類似的話：要是編譯時(shí)間能壓一壓就好了!

Altera不能真的壓縮時(shí)間，但我們能改變“速度”!從數(shù)年前的版本開始，Quartus2軟件中就整合了一種新技術(shù)，或者說一種新的設(shè)計(jì)流程：增量式編譯(Incremental Compilation)。它是ALTERA為解決大容量FPGA設(shè)計(jì)編譯時(shí)間太長(zhǎng)的問題給出的一個(gè)新式工具!您，了解它嗎?

增量式編譯原理及流程

增量式編譯QIC的原理很容易理解：對(duì)一個(gè)復(fù)雜的設(shè)計(jì)而言，肯定是需要做一定的功能劃分，由不同的子功能模塊來實(shí)現(xiàn)。那么在設(shè)計(jì)進(jìn)入后期比較成熟的時(shí)候，前后兩次編譯的設(shè)計(jì)版本中，會(huì)有很大部分的電路邏輯都是相同的(沒有修改)，如果能在后一次編譯中，重復(fù)利用前一次編譯中未改變部分的編譯結(jié)果，也就是相應(yīng)部分的布局布線信息，那么就能把這部分邏輯所消耗的布局布線時(shí)間節(jié)約下來，從而在很大程度上縮短整個(gè)設(shè)計(jì)的編譯時(shí)間。當(dāng)然，聰明的讀者都能想到，這樣的編譯方式，除了能縮短編譯時(shí)間，還能支持許多別的用途，比如IP設(shè)計(jì)交付、團(tuán)隊(duì)開發(fā)、不改變正常設(shè)計(jì)結(jié)果插入調(diào)試接口等。這些確實(shí)都是ALTERA 增量式編譯能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，但在本文中我們只闡述QIC在縮短編譯時(shí)間方面的作用。

增量式編譯原理雖然簡(jiǎn)單，但要在FPGA的EDA軟件中實(shí)現(xiàn)，卻是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它不是簡(jiǎn)單地在軟件中增加一個(gè)功能模塊，而是對(duì)編譯處理流程多方面的改變和增強(qiáng)!請(qǐng)比較圖1和圖2兩幅附圖：圖1是傳統(tǒng)的FPGA編譯流程(Altera名稱：Flat compilation)，圖2則是增量式編譯流程的示意圖。我們很容易發(fā)現(xiàn)增量式編譯流程復(fù)雜了許多，不僅引入了一些新的概念，比如設(shè)計(jì)分區(qū)(partition)、分區(qū)綜合后網(wǎng)表、分區(qū)布局/布線后網(wǎng)表等，同時(shí)加入了新的處理階段——分區(qū)合并(partition merging)，而且對(duì)分析綜合(AnalysisSynthesis)和布局布線(fitter)階段進(jìn)行了改進(jìn)，增加了許多針對(duì)分區(qū)的具體操作。

圖1 Flat Compilation 流程

圖2 QIC增量式編譯流程

經(jīng)過幾年的研究與實(shí)踐，QuartusII的增量式編譯已逐步完善，無論是在可操作性、穩(wěn)健性方面，還是在縮短編譯時(shí)間的效果方面，都十分出色。筆者參與的幾個(gè)客戶項(xiàng)目中，通過QIC的實(shí)施，都得到了50%左右的編譯時(shí)間節(jié)約，極大提高了客戶的開發(fā)效率。下面，我將結(jié)合這些實(shí)際項(xiàng)目中的經(jīng)驗(yàn)，介紹如何實(shí)踐利用QIC來高效的縮短設(shè)計(jì)編譯時(shí)間。