Sawen_Blog

0.1.1 1. 合成戦略（Synthesis Strategy）#

• 作用：合成ツールによる設計の最適化方向を制御する（性能、面積、消費電力）。
• 選択肢：
  • Vivado Synthesis Defaults：デフォルト戦略、性能とリソースのバランスを取る。
  • AreaOptimized_high：リソース使用量を優先的に削減（例：LUT、レジスタ）。
  • PerformanceOptimized_high：タイミング性能を優先（クリティカルパスの遅延を低減）。
  • PowerOptimized_high：消費電力を最適化（電源制約と併用する必要あり）。
• 設定場所：
  • Vivado の Project Settings > Synthesis > Strategy。
  • コマンドライン：set_property strategy <strategy_name> [current_run]

0.1.2 2. 重要な最適化属性#

0.1.2.1 (1) リソース制御#

• MAX_FANOUT：
  • 信号の最大ファンアウトを制限し、高ファンアウトネットワークによるタイミング問題を減少させる。
  • 設定方法：RTL コードまたは XDC 制約に set_property MAX_FANOUT <value> [get_nets <net_name>] を追加。
• RAM_STYLE：
  • RAM の実装方法を指定（block は BRAM を使用、distributed は LUTRAM を使用）。
  • 例：set_property RAM_STYLE block [get_cells <ram_instance>]。
• USE_DSP48：
  • DSP48 ユニットを使用するように乗算器を強制（LUT ではなく）、性能を向上させる。
  • 設定方法：set_property USE_DSP48 yes [get_cells <mult_instance>]。

0.1.2.2 (2) タイミング最適化#

• Retiming：
  • レジスタ間でロジックの位置を調整し、クリティカルパスの遅延をバランスさせる。
  • 有効化方法：合成設定で Perform register retiming をチェック。
• Control Set Optimization：
  • 同じ制御信号（リセット / イネーブル）のレジスタを統合し、制御セットの数を減少させる。
  • 選択肢：Auto（デフォルト）または Aggressive。

0.1.3 3. クロックドメイン間（CDC）処理#

• 非同期パス制約：

  • クロックドメイン間のパスに set_false_path または set_clock_groups を設定し、無効なタイミング分析を避ける。

  • 例：

    Copy

    set_clock_groups -asynchronous -group {clkA} -group {clkB}
    

• 同期器の識別：
  • Vivado は一般的な同期器構造（例：デュアルレジスタ）を自動的に識別し、追加の制約は不要。

0.1.4 4. 増分合成（Incremental Synthesis）#

• 作用：変更部分のみを再合成し、コンパイル時間を短縮。
• 有効化条件：
  • 初回合成後に checkpoint ファイル（.dcp）を生成する必要がある。
  • 次回実行時に Incremental Synthesis オプションをチェック。
• 適用シナリオ：小規模な設計の反復、全プロセスの時間を避ける。

0.1.5 5. 制約ファイル（XDC）の重要な設定#

• クロック定義：

  Copy

  create_clock -period 10 [get_ports clk]  ; 10ns周期のクロックを定義
  

• 入力 / 出力遅延：

  Copy

  set_input_delay 2.0 -clock [get_clocks clk] [get_ports data_in]
  set_output_delay 1.5 -clock [get_clocks clk] [get_ports data_out]
  

• マルチサイクルパス：

  Copy

  set_multicycle_path 2 -setup -from [get_pins {regA|C}] -to [get_pins {regB|D}]
  

0.1.6 6. 合成レポート分析#

レポート生成コマンド：report_timing_summary -file timing.rpt
重要指標：

• WNS (Worst Negative Slack)：最悪の負のスラック（≥0 が必要）。
• リソース利用率：LUT、FF、BRAM、DSP の使用割合。
• クロック周波数：目標周波数（Target Frequency）を満たしているか確認。

0.1.7 7. よくある問題と調整#

• 高ファンアウトネットワーク：
  • 解決策：BUFG（グローバルバッファ）を挿入するか、レジスタを複製。
• クリティカルパスが最適化されていない：
  • ロジック階層を確認し、手動でパイプライン（pipeline）を追加。
• 制御セットが多すぎる：
  • リセット / イネーブル信号の種類を減少させるか、Control Set Optimizationを有効化。

0.1.8 まとめ#

Vivado の合成設定の核心は、戦略、属性、制約を通じて設計目標（性能 / 面積 / 消費電力）を協調的に最適化することです。推奨：

1. 初期段階：デフォルト戦略を使用し、徐々に制約を追加。
2. タイミング違反：優先的に PerformanceOptimized_high と Retiming を調整。
3. リソースが逼迫している場合：AreaOptimized_high とリソース共有（例：Resource Sharing）を有効化。
4. 反復最適化：合成レポートと増分コンパイルを組み合わせて、変更効果を迅速に検証。