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0.1.1 1. 綜合策略（Synthesis Strategy）#

• 作用：控制綜合工具優化設計的方向（性能、面積、功耗）。
• 選項：
  • Vivado Synthesis Defaults：默認策略，平衡性能和資源。
  • AreaOptimized_high：優先減少資源佔用（如 LUT、寄存器）。
  • PerformanceOptimized_high：優先時序性能（降低關鍵路徑延遲）。
  • PowerOptimized_high：優化功耗（需配合電源約束）。
• 配置位置：
  • Vivado 的 Project Settings > Synthesis > Strategy。
  • 命令行：set_property strategy <strategy_name> [current_run]

0.1.2 2. 關鍵優化屬性#

0.1.2.1 (1) 資源控制#

• MAX_FANOUT：
  • 限制信號的最大扇出，減少高扇出網絡導致的時序問題。
  • 設置方式：在 RTL 代碼或 XDC 約束中添加 set_property MAX_FANOUT <value> [get_nets <net_name>]。
• RAM_STYLE：
  • 指定 RAM 實現方式（block 使用 BRAM，distributed 使用 LUTRAM）。
  • 示例：set_property RAM_STYLE block [get_cells <ram_instance>]。
• USE_DSP48：
  • 強制乘法器使用 DSP48 單元（而非 LUT），提升性能。
  • 設置方式：set_property USE_DSP48 yes [get_cells <mult_instance>]。

0.1.2.2 (2) 時序優化#

• Retiming：
  • 跨寄存器調整邏輯位置，平衡關鍵路徑延遲。
  • 啟用方式：在綜合設置中勾選 Perform register retiming。
• Control Set Optimization：
  • 合併相同控制信號（復位 / 使能）的寄存器，減少控制集數量。
  • 選項：Auto（默認）或 Aggressive。

0.1.3 3. 跨時鐘域（CDC）處理#

• 異步路徑約束：

  • 對跨時鐘域路徑設置 set_false_path 或 set_clock_groups，避免無效時序分析。

  • 示例：

    Copy

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

• 同步器識別：
  • Vivado 自動識別常見的同步器結構（如雙寄存器），無需額外約束。

0.1.4 4. 增量綜合（Incremental Synthesis）#

• 作用：僅重新綜合修改部分，縮短編譯時間。
• 啟用條件：
  • 需在首次綜合後生成 checkpoint 文件（.dcp）。
  • 後續運行時勾選 Incremental Synthesis 選項。
• 適用場景：小型設計迭代，避免全流程耗時。

0.1.5 5. 約束文件（XDC）關鍵設置#

• 時鐘定義：

  Copy

  create_clock -period 10 [get_ports clk]  ; 定義10ns周期時鐘
  

• 輸入 / 輸出延遲：

  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]
  

• 多周期路徑：

  Copy

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

0.1.6 6. 綜合報告分析#

生成報告的命令：report_timing_summary -file timing.rpt
關鍵指標：

• WNS (Worst Negative Slack)：最差負裕量（需 ≥0）。
• 資源利用率：LUT、FF、BRAM、DSP 佔用比例。
• 時鐘頻率：檢查是否滿足目標頻率（Target Frequency）。

0.1.7 7. 常見問題與調優#

• 高扇出網絡：
  • 解決方案：插入 BUFG（全局緩衝）或複製寄存器。
• 關鍵路徑未優化：
  • 檢查邏輯層級，手動添加流水線（pipeline）。
• 控制集過多：
  • 減少復位 / 使能信號種類，或啟用 Control Set Optimization。

0.1.8 總結#

Vivado 綜合設置的核心是通過策略、屬性、約束協同優化設計目標（性能 / 面積 / 功耗）。建議：

1. 初始階段：使用默認策略，逐步添加約束。
2. 時序違例：優先調整 PerformanceOptimized_high 和 Retiming。
3. 資源緊張：啟用 AreaOptimized_high 和資源共享（如 Resource Sharing）。
4. 迭代優化：結合綜合報告與增量編譯快速驗證修改效果。