大多數 FPGA 設計人員都充滿熱情地開展專業化問題解決和創造性工作，當然，他們工作壓力也相當大，工作流程也非常單調乏味。幸運的是，EDA 公司和 FPGA 廠商不斷開發新的工具和方法，推進繁瑣任務的自動化，幫助設計團隊集中精力做好創造性工作。下面我們就來看看 FPGA 工具流程的演進發展，了解一下現代 FPGA 團隊是如何利用 RTL分析、約束生成和綜合導向來減少設計迭代的。

如果您已經是一名 FPGA 設計專業人士，那么將擁有輝煌的職業發展前景，因為越來越多傳統上需要 ASIC 實現的設計現已改用 FPGA。隨著新一代芯片工藝技術的推出，設計 ASIC的成本正呈幾何級數增加。與此同時，FPGA 廠商則能利用最新工藝技術實現新一代產品，且不會讓客戶承擔過重的成本負擔。

但不容樂觀的是，FPGA 設計相當復雜，需要跟 ASIC 流程一樣復雜的工具流程，這往往需要整個設計團隊的共同努力才能完成，而不能光靠一名設計人員。因此，FPGA 設計團隊在著手ECO 或新項目之前應認真分析現有的工具套件。那么好消息呢？就是新一代EDA 工具如雨后春筍般涌出，可助他們一臂之力。設計人員可選擇采用標準數據格式且易于安裝和使用的工具，簡化流程集成工作，而且能夠在選定的平臺（不管是 Windows 還是 Linux）上實現本機運行。

FPGA 工具流程的發展演進

這些年來，FPGA 設計日趨復雜，工具流程也隨之發展，而且越來越像 ASIC流程。上世紀 90 年代，FPGA 流程（見圖 1 的流程 A）跟當時的簡易 ASIC 流程一樣，最初以 RTL 為基礎，并采用綜合及布局布線工具。隨著設計變得進一步復雜化，FPGA 團隊在流程中增加了時序分析功能，幫助客戶確保設計能按指定的頻率運行。今天的 FPGA已經發展為龐大的系統平臺，設計團隊通常要通過 RTL 分析來最小化設計迭代，并確保設計能夠實現相應的性能目標。

進而言之，由于今天的 FPGA 設計項目非常龐大復雜，所以設計人員需要想盡一切辦法更好地了解設計的規模和復雜性，以便更好地控制流程中的工具，加速設計上市進程。現代FPGA 設計團隊正在采用一種新型方法，那就是在整個設計流程中貫穿約束機制。我們不妨看看當下最流行的、現已得到賽靈思最新 Vivado 流程支持的一種約束方法——Synopsys 設計約束 (SDC) 格式，以及了解如何通過 SDC 讓設計項目受益。

什么是 SDC？

SDC 是一款基于 TCL 的格式，可用來設定設計目標，包括設計的時序、功耗和面積約束。一些產品能讀取或寫入 SDC。一些示例 SDC 約束包括時序約束（如創建時鐘、創建生成時鐘、設置輸入延遲和設置輸出延遲）和時序例外（如設置錯誤路徑、設置最大延遲、設置最小延遲以及設置多周期路徑）。這些 SDC 約束通常應用于寄存器、時鐘、端口、引腳和網絡（連線）等設計對象。

需要指出的是，盡管 SDC 是標準化格式，但生成的 SDC 和讀取 SDC之間還是略有差異（不同工具之間有差異）。了解這些差異并積極采取措施，有助于避免意外情況的發生。

SDC 不應過于復雜

SDC 最常見的應用就是約束綜合。一般說來，設計人員要考慮設計的哪些方面需要約束，并為其編寫 SDC。設計人員通常要執行流程 B 中描述的流程，首次肯定無法進行時序收斂。隨后要反復手動盲目嘗試添加 SDC，以實現時序收斂，或讓設計能在指定的頻率上工作。許多從事過上述工作的設計人員都抱怨說設計迭代要花好幾個星期，往往會拖延設計進程。

迭代的另一個問題在于，數名設計人員可能在不同的地點為 SDC 設計不同的模塊。這樣設計工作會變得非常復雜，設計團隊必須想辦法驗證SDC，避免在芯片級封裝階段出現層級名稱的沖突。要確保進行有效的設計協作，就必須采用適當的工具和方法。

流程 C 是現代化流程，除了流程B 的工具之外還采用了分析、SDC 約束和高層次綜合技術，在解決上述問題方面發揮了重大作用。

綜合向導

對典型的 FPGA 設計而言，綜合解決方案還處于探索階段，不管是面積、速度還是功耗的優化，都存在多個局部最大值和局部最小值。利用智能向導，我們能實現最佳解決方案，避免綜合工具聚集到任意的局部最小值。最有效的向導之一就是采用錯誤路徑和多周期路徑，避免綜合工具為不必要的組件浪費寶貴的優化時間。

不過，找到設計中的所有錯誤路徑 (FP) 和多周期路徑 (MCP) 并不容易。花上足夠的時間，我們能找到一些簡單的 FP 和 MCP，不過一些涉及狀態機和計數器的復雜 FP 和 MCP（特別是在多個層級中）則很難找到。幸運的是，FPGA 設計人員可采用Blue Pearl Software 等創新公司推出的工具執行自動化 FP 和 MCO 生成，從而確保完整性、全面性和準確性。此外，這些工具還能為每個 FP 和MCP 提供不同的機制，包括原理圖、斷言和審核路徑，從而讓用戶驗證其正確性。