使用Quartus II提高可編程邏輯設計效能的T.I.P.S

Altera　　
　　今天每一個(gè)工程人員都把精力放在效能上面，即用最少的資源做最多的事情。Altera的PLD開(kāi)發(fā)軟件平臺工具Quartus II 能幫助工程人員提高效能，它是如何實(shí)現的呢？概括起來(lái)說(shuō)就是 Quartus II的T.I.P.S.
 • T代表Timequest, ——新一代ASIC功能時(shí)序分析儀，支持業(yè)界標準Synopsys設計約束(SDC)時(shí)序分析方法。
 • I代表增量式編譯（Incremental Compilation）支持自下而上的設計流程，可以分別建立和優(yōu)化設計模塊。系統體系結構可以逐步集成經(jīng)過(guò)優(yōu)化的設計模塊，在整個(gè)集成過(guò)程中，保持設計模塊的性能不變。
 • P 代表PowerPlay功耗分析和優(yōu)化技術(shù)：它能夠對功耗進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，從設計概念形成到實(shí)施階段，幫助您提高功耗管理的效率。
 • S 代表SOPC Builder，它避免了繁雜而又容易出錯的系統集成任務(wù)，幫助您迅速建立系統。

T: TimeQuest

TimeQuest時(shí)序分析儀應用于標準FPGA時(shí)序驗證

　　新的、使用方便的TimeQuest時(shí)序分析器提供完整的GUI環(huán)境，建立約束和時(shí)序報告，并提供ASIC功能特性，自然地支持Synopsys設計約束(SDC)格式，以及全腳本功能。TimeQuest時(shí)序分析器是 65nm 器件和未來(lái)工藝技術(shù)的默認時(shí)序分析器。 Altera 的 Quartus® II 軟件針對 65nm 和以前的設計繼續提供標準時(shí)序分析器。

誰(shuí)應該使用TimeQuest時(shí)序分析器

　　Altera建議在180nm、90nm和65nm工藝節點(diǎn)上所有新的Altera® 設計都使用 TimeQuest 時(shí)序分析器。此外，還建議所有移植到65nm器件上的設計都使用TimeQuest時(shí)序分析器。
注意： 移植到65nm器件上包括存儲器接口 (DDR、DDR II等)的設計應使用TimeQuest時(shí)序分析器，而不要使用標準時(shí)序分析器。

和標準時(shí)序分析器相比，為什么要使用 TimeQuest 時(shí)序分析器

　　從基本的時(shí)序分析要求到高級時(shí)序分析要求，與標準時(shí)序分析器相比，TimeQuest時(shí)序分析器都有明顯的優(yōu)勢。
　　　　•　　基本時(shí)序分析要求—— TimeQuest 時(shí)序分析器提供使用方便的GUI，建立約束，查看時(shí)序報告。使用 TimeQuest 時(shí)序分析器，它提供和標準時(shí)序分析器相同的流程 ( 包括默認的時(shí)鐘約束和 fMAX 報告 ) ，您不必再學(xué)習SDC或者其他的約束格式。而且，與標準時(shí)序分析器相比， TimeQuest 時(shí)序分析器提供更多的約束對話(huà)框，加速建立約束。
　　　　•　　中間時(shí)序分析要求—— TimeQuest 時(shí)序分析器能夠自然地支持 SDC 格式。 TimeQuest 時(shí)序分析器簡(jiǎn)化了 SDC 的學(xué)習過(guò)程，提供按需的交互式報告功能。 與 標準時(shí)序分析器相比， TimeQuest 時(shí)序分析器能夠建立更精確的時(shí)序行為模型 ( 例如，上升 / 下降時(shí)序模型 ) 。 Hardcopy II 和 65nm 器件系列的性能可以提高 3-5 ％。
　　　　•　　高級時(shí)序要求—— TimeQuest 時(shí)序分析器提供全腳本功能，建立約束，生成報告，管理時(shí)序分析流程。 TimeQuest 時(shí)序分析器支持高級 (though- 支持 ) 報告，并且能夠建立定制報告。 TimeQuest 時(shí)序分析器簡(jiǎn)化了對源同步接口 (DDR 、 DDR2) 的約束。而且， TimeQuest 對 SDC 的自然支持還能夠輕松實(shí)現 ASIC 原型開(kāi)發(fā)，或者移植為 Hardcopy 結構化 ASIC 。

{{分頁(yè)}}

I: Incremental Compilation (增量式編譯)

Quartus II 編譯增強特性

高密度 FPGA 設計的性能和效能達到最佳

　　Quartus® II 軟件首次實(shí)現了 FPGA 業(yè)界的漸進(jìn)式編譯功能，支持自上而下和自下而上基于團隊的設計，縮短了設計迭代的編譯時(shí)間，同時(shí)保持性能不變，使 Quartus II 軟件成為高密度 FPGA 設計中效率最高的軟件。使用 Quartus II 軟件來(lái)進(jìn)行高密度 FPGA 設計，您可以迅速完成設計。

在系統集成過(guò)程中，保持設計模塊的性能不變

　　Quartus II 漸進(jìn)式設計在功能上的改進(jìn)包括了基于團隊的工程管理流程，大大提高了團隊設計的效率。系統規劃人員可以首先采用自上而下的方法定義一個(gè)工程。在新的工程管理器界面中 ( 參見(jiàn)圖 1) ，您可以生成所有的自下而上的設計分區工程，讓每個(gè)工程師獨立地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和優(yōu)化，然后將結果集成到整個(gè)設計中。在系統集成階段，系統規劃人員還可以對準備好的優(yōu)化設計模塊逐步進(jìn)行集成，同時(shí)保持設計模塊的性能不變。
圖 1.  工程管理器 GUI

每天進(jìn)行更多的迭代，實(shí)現最大效能

　　通過(guò)縮短編譯時(shí)間 ( 參見(jiàn)圖 2) ，您可以由原來(lái)的每天只能迭代一到兩次提高到現在的四到十次，極大的提高了設計效能。
圖 2. 縮短高密度 FPGA 設計的編譯時(shí)間，進(jìn)行更多的迭代

　
 
更快地達到時(shí)序逼進(jìn)

　　漸進(jìn)式編譯功能使設計人員能夠為綜合和適配 / 邏輯布局確定物理和邏輯分區，如圖 3 所示。
圖 3. 漸進(jìn)式編譯的設計分區

　
　　Quartus II 軟件在處理設計時(shí)，保留您指定的分區，使您能夠優(yōu)化特定分區而保持其他分區不變。高級優(yōu)化技術(shù)會(huì )導致編譯時(shí)間增加，而漸進(jìn)式編譯功能則使降低了這種影響，提高時(shí)序逼近性能，在特定設計分區上使用物理綜合等高級優(yōu)化技術(shù)，保持其他分區不變。
　　例如，如果頂部分區和 F 分區 ( 參見(jiàn)圖 3) 已經(jīng)達到性能要求，那么您可以只修改 B 分區或者打開(kāi)物理綜合功能，重新編譯設計來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化設計的總體性能。

使用方便

　　如圖 4 所示，可以方便的在 Quartus II 軟件工程導航器層次視圖中分配分區。
圖 4. 在用戶(hù)界面中確定設計分區

　
 
　　完成設計分區后，設計人員通過(guò)為每個(gè)分區設置一個(gè)網(wǎng)表類(lèi)型屬性，實(shí)現對設計處理過(guò)程的高級控制。表 1 是一些有效的設置。

{{分頁(yè)}}

P: PowerPlay功率分析和優(yōu)化

Quartus II PowerPlay功率分析和優(yōu)化技術(shù)
 
　

　　引入Quartus® II 的PowerPlay功率分析和優(yōu)化技術(shù)后，Altera在軟件技術(shù)上領(lǐng)先的傳統，得到了進(jìn)一步的鞏固。PowerPlay技術(shù)可以使您對動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功耗進(jìn)行精確的分析和優(yōu)化。在2005年即將發(fā)布的Quartus II新版本中，PowerPlay功率分析工具能夠滿(mǎn)足速度和面積的要求，提供按鍵式靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗優(yōu)化。

從設計概念產(chǎn)生到實(shí)施過(guò)程中的功率分析

　　Quartus II PowerPlay功率分析工具使您能夠在早期設計概念產(chǎn)生到設計實(shí)施階段過(guò)程中對功耗進(jìn)行估算，如圖2所示。
圖2. PowerPlay功率分析

　
PowerPlay早期功率估算器

　　設計人員可以在設計概念產(chǎn)生階段利用PowerPlay早期功率估算器表單對靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗進(jìn)行估算。利用新的Quartus II PowerPlay功率分析器功能，能夠在設計實(shí)施階段對功率進(jìn)行精確估算。

PowerPlay功率分析器

　　Quartus II軟件現在具有PowerPlay功率分析器功能，通過(guò)早期功率估算器表單，該功能提高了功耗估算的精度。該表單：
　　　　•　　考慮器件資源使用和布局布線(xiàn)結果
　　　　•　　考慮功能和時(shí)序仿真輸入/輸出激勵
　　　　•　　當仿真矢量輸入無(wú)效時(shí)，對預期的設計節點(diǎn)工作速率進(jìn)行統計分析
　　Quartus II PowerPlay功率分析器生產(chǎn)詳細的報告，指明哪種器件結構甚至是設計層次模塊消耗了最大的熱量。圖3列出了PowerPlay功率分析器報告。Quartus II用戶(hù)現在可以利用這些報告結果，優(yōu)化設計，實(shí)現低功耗目標。
圖3. PowerPlay功率分析器報告表
 
　

S: SOPC Builder

SOPC Builder起到什么作用?

　　在建立一個(gè)系統時(shí)，最耗時(shí)的任務(wù)是根據系統要求集成大量的組件。SOPC Builder避免了手動(dòng)系統集成任務(wù)，使您能夠將精力集中在定制用戶(hù)邏輯設計上，從而突出系統優(yōu)勢。 Altera® Quartus II 設計軟件的所有版本均包括SOPC Builder 系統生成工具。SOPC Builder具有：
　　• 使用方便的 GUI 接口，幫助用戶(hù)高效地建立并修改系統。
　　• 自動(dòng)集成常用的 SOPC Builder 組件、Altera知識產(chǎn)權 (IP)、Altera宏功能合作伙伴計劃 (AMPPSM) IP，以及定制組件內核等。
　　• 您可以高效地連接外部處理器和SOPC Builder可用IP庫，包括Serial RapidIO™、千兆以太網(wǎng)、PCI和PCI Express。
　　• 在您的系統中建立自己的可重用定制組件。
　　• 生成系統 HDL，包括針對系統組件集成需求而經(jīng)過(guò)優(yōu)化的系統互聯(lián)架構。

迅速推向市場(chǎng)——SOPC Builder應用

　　您可以在全部或者部分FPGA以及MAX® II CPLD 系統設計中使用SOPC Builder。采用SOPC Builder接口來(lái)選擇元件，以及元件間的連接，您會(huì )發(fā)現系統集成任務(wù)能夠在幾分鐘內完成。公共SOPC Builder應用包括：
　　• 構建定制Nios® II 嵌入式處理器解決方案
　　• 采用外設擴展定制單機處理器
　　• 通過(guò)PCI接口連接至ASSP以及CPU
　　• 構建數字信號處理（DSP）協(xié)處理器

{{分頁(yè)}}

定制Nios II嵌入式處理器解決方案

　現在，您使用SOPC Builder和Altera Nios II處理器定義一個(gè)定制處理器方案，來(lái)輕松滿(mǎn)足您的需要（參見(jiàn)圖1）。
圖1. 定制Nios II嵌入式處理器解決方案

　
 
單機處理器外設擴展

　　采用SOPC Builder元件編輯器功能，您可以輕松實(shí)現幾乎所有外部處理器以及數字信號處理器（DSP）的接口（參見(jiàn)圖2）。在產(chǎn)生處理器的SOPC Builder元件接口時(shí)，您只需點(diǎn)擊幾次鼠標，便可以加入其他I/O引腳、預封裝外設以及自己的定制外設。SOPC Builder將會(huì )為您的軟件開(kāi)發(fā)小組構建系統，輸出頭文件。開(kāi)發(fā)小組可以采用其常用的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），通過(guò)外部處理器來(lái)訪(fǎng)問(wèn)外設。
圖2. CPU外設擴展

　
 
參見(jiàn)如何輕松實(shí)現單機處理器外設擴展：
　　• SOPC Builder在線(xiàn)演示

通過(guò)PCI連接至ASSP以及CPU

　　多種ASSP和處理器含有PCI接口。如果您使用Altera SOPC Builder和SOPC Builder Ready PCI MegaCore®編譯器，您將會(huì )輕松構建通過(guò)PCI實(shí)現與這些ASSP以及外部處理器進(jìn)行通信的系統（參見(jiàn)圖3）。
圖3. PCI接口實(shí)現的ASSP以及CPU連接
 
　

DSP 協(xié)處理器

　　您采用SOPC Builder可以輕松構建DSP協(xié)處理器，分擔DSP器件的任務(wù)。您還可以利用Altera FPGA并行DSP處理能力，提升系統DSP處理性能。SOPC Builder元件編輯器將會(huì )幫助您構建德州儀器（TI）DSP處理器外部存儲器接口（EMIF），或者其他外設擴展以及其他處理器的外部存儲器接口（參見(jiàn)圖4）。
圖4. DSP協(xié)處理器

{{分頁(yè)}}
 
SOPC Builder接口

　　SOPC Builder直觀(guān)的用戶(hù)界面使您能夠輕松的選擇元件，進(jìn)行參數賦值，選擇元件間的連接，生成包括互連在內的完整系統，自動(dòng)生成方便軟件工程師使用的存儲器映射頭文件（參見(jiàn)圖5）。
圖5. SOPC Builder用戶(hù)界面

　
 
總結：最好的感受Quartus II T.I.P.S的方法就是立即安裝，相關(guān)的資源如下。

最新Quartus II軟件免費下載：www.altera.com.cn/download

Quartus II 開(kāi)發(fā)軟件7.1文檔：http://www.altera.com.cn/literature/lit-qts.jsp

　　另外，說(shuō)到TIPS, ”Show me, Guide me, Test me”, 是一個(gè)集成在Quartus II中非常好的學(xué)習工具，它可以在安裝完Quartus II 軟件后，HELP菜單中TUTORIAL欄里獲得。