缩短Vivado编译时间（2）：使用增量布局布线

forkwave

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Vivado的增量编译包括增量综合和增量布局布线，通常建议二者同时使用，以有效降低编译时间。下图展示了增量编译对整体编译时间的改善力度，可以看到最高加速比达到了2.82。

从QoR的角度看，当RTL代码发生较小的改动时，QoR具有较强的一致性和可预测性，如下图所示。ΔWNS表征的是相比于参考流程WNS的回退情况。

增量编译

无论是Project模式还是Non-Project模式，都可运行增量编译。具体流程如下图所示。该流程包含了增量综合和增量布局布线。二者均需要参考dcp文件。

在Project模式下，可通过如下图所示方式指定期望的参考dcp或由Vivado自动选择参考dcp。在Non-Project模式下，通过命令read_checkpoint添加选择-incremental指定参考dcp。此命令要在opt_design之后place_design之前执行。

什么情形下使用增量编译

情形1：如果设计已经基本稳定下来，后续迭代只会有很小部分的RTL代码发生改变

情形2：时序违例，但接近收敛

增量流程会从参考dcp文件中读取布局、布线信息，然后与当前设计的opt_design阶段生成的dcp进行对比，匹配的逻辑单元会被复用，新加的逻辑单元会被优化，同时优化的还有穿过匹配单元和非匹配单元之间的逻辑。因此，如果绝大多数逻辑单元都可被复用或设计时序接近收敛，那么该流程对于编译时间的改善将较为明显。

还有一种情形是设计时序收敛遇到困难，我们只想在一定程度上对设计进行复用。例如：复用设计中的RAM（包括BRAM和LUTRAM），在Non-Project模式下，可通过如下命令复用设计中所有RAM。实际上该命令会将RAM的位置信息反标到当前dcp中。在Project模式下，实现同样的功能需要借助相应的Tcl命令，找到所有的RAM及其位置信息，然后将其回写到xdc文件中，以约束形式提供给当前设计。

也可只复用设计中的DSP，命令如下。

影响增量流程编译时间的几个因素

在使用增量编译之前，我们要考虑以下几个因素。

1. 选择合适的dcp作为参考dcp。

我们要确保参考dcp的FPGA型号与当前设计一致，同时确保参考dcp与当前设计使用的Vivado版本一致。不同版本生成的dcp会导致检测匹配单元时不够准确，从而无法达到期望的降低编译时间的目标。

2. 确保关键模块尽可能少地发生改变

这对于保证设计的QoR一致性以及时序收敛是非常有必要的。较大的改动会可能会导致编译时间变长。如果无法复用关键路径的布局布线信息，工具就不得不花费更多努力以实现时序收敛。另一方面，如果小的改动引入了新的时序问题（无法从参考dcp中继承到），工具也会消耗更多努力去消除时序违例。此外，要确保opt_design的directive一致，否则会导致cell的名字发生改变，无法实现高复用。

3. 关于自动模式

如果选择自动模式，工具会自动选择或更新参考dcp，但这个前提是参考dcp的WNS大于-0.25ns。否则，没有合适的参考dcp，工具就会采用传统流程，这时编译时间与非增量流程基本一致。此时，工具会给出如下信息。

4. 高复用模式

当设计的复用率达到或超过75%时，Vivado会进入高复用模式。布局布线算法会被优化为尽可能地复用参考dcp的布局布线信息。当时序已收敛且复用率达到95%时，高复用模式将非常有效。例如：很小的改动或者只有debug core发生变化，那么很容易满足高复用要求。在高复用模式下，place_design和route_design有三种可选directive，分别为Default、Explore和Quick。Default目标是保证WNS和参考dcp至少一致，在此前提下，优化编译时间。Explore目标是时序收敛，因此相比于Default会消耗更多时间。Quick则是在布局布线阶段不会调用时序引擎，当复用率达到99.5%时，不会影响设计的QoR。

5. 多线程编译

可通过如下命令设计多线程编译，最大值为8。

生成增量编译报告

命令report_incremental_reuse可用于生成增量编译报告。该报告不仅会给出设计的复用情况，同时也会给出编译时间的改善情况，如下图所示。

提示：如果需要使用增量编译，建议采用高版本的Vivado（2020.1或更高版本）。

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