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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。A l t e r a 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

2、具XST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

3、的综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分明，综合阶段的约束条件常

4、常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XCF（XST 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UCF（User 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

5、的目的是使XST根据设计者的需要完成综合过程，以便达到设计要求。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，大部分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图所示。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

6、设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，否则选择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 Cons

7、traint File）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

8、_OUT_AFTER）网线最大延迟约束（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寄存器之间，输入引脚到第一级寄存器之间，末级寄存器到输出引脚之间，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）生成寄存器传输级原理图（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 Tim

9、ing Constrains参数仅对FPGA有效，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

10、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）RAM的提取方式（RAM Extraction）RAM Extraction参数用来指定是否使用RAM宏单元。（3）RAM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（4）ROM的提取方式（ROM Extraction）ROM Extraction参数用来指定是否使用RAM宏单元。（5）ROM实现的类

11、型（ROM Style）ROM Style参数仅对FPGA有效。FPGA中含有块RAM（Block RAM）和可以形成分布式RAM（Distributed 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

12、器提取方式（Decoder Extraction）Decoder Extraction参数仅对FPGA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）移位寄存器提取方式（Shift Register Extraction）Shift Register Extraction参数仅对FPGA有效，用于指

13、定是否使用移位寄存器（Shift Register）宏单元。（11）逻辑移位寄存器提取方式（Logical Shifter Extraction）Logical Shifter Extraction参数仅对FPGA有效，用于指定是否使用逻辑移位寄存器（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

14、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/

15、O上加上I/O缓冲器（IO Buffers）（2）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.Xilinx专用参数选项专用参数选项（3）寄存器复制（Register Duplication）Register Duplication参数仅对FPGA有效，用于指定是否允许进行寄存器复制（Register Duplication）。（4）等效寄存器删除（Equivalent Register Removal）Equivalent Register Removal参数用于指定是否把寄存器传输级功能相等的寄存器删除，以减少资源占用。4.

16、Xilinx专用参数选项专用参数选项（5）寄存器配平（Register Balancing）Register Balancing参数仅对FPGA有效，用于指定是否需要寄存器配平。寄存器配平是使较长路径缩短，较短路径加长，使其达到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（6）Slice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内部的寄存器实现I/O寄存器 （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内部的寄存器作为设计的第一级寄存器。