Xilinx可編程邏輯器件設計與開發（基礎篇）連載44：Spartan - 全文

10.6 應用PlanAhead 進行布局規劃

FloorPlanning 工具是PlanAhead 的一個組成部分，用它可以對FPGA 設計進行分析，首先找到設計中的時序問題或者擁塞的問題，然后再通過使用PloorPlanning 約束，以指導實現工具產生更優的結果。例如，使用LOC 約束可以將Pblock（Phisical Block Region）中的邏輯對象鎖定在一個位置或者鎖定在一個區域。

為了有效地使用FloorPlanning，必須對Xilinx 的器件結構有較深入的了解，如果不熟悉器件結構，那么通過FloorPlanning 工具生成的布局約束，非但不會提高設計性能，很多情況下還會使系統性能下降。用FloorPlanning 進行布局規劃，沒有一種現成的、“正確”的規劃方案，而是需要經過設計者多次嘗試，從而找到合理的規劃方案。

1. 指定關鍵邏輯到Pblock 中。

此處我們繼續使用10.5 節所用實例，從圖10-68 時序分析結果可以看到，此設計有多處時序違例，主要是usbEngine0 和usbEngine1 模塊。其實，可以用多種方式使此處時序收斂，我們這里只是介紹一種用FloorPlanning 進行時序收斂的方法。在【Netlist】窗口選擇usbEngine0 模塊，在其右鍵菜單中選擇【Draw Pblock】，用鼠標左鍵在【Device】窗口畫一個矩形框，并可以通過鼠標拖拉調整矩形框大小，使其可以容納所有usbEngine0 所需資源。如圖10-75 所示。用同樣的方法創建usbEngine1 的Pblock。

圖10-75 創建Pblock

2. 手動添加LOC 位置約束。

運行Ctrl+F，打開圖10-76 查找對話框，按圖中所示設置查找條件，單擊【OK】開始查找。圖10-77 為查找結果。
在圖10-78 所示的【Device】窗口，單擊工具欄的（Create Site Constraint Mode）圖標，進入創建位置約束模式。在圖10-77 的查找結果窗口選擇一個BRAM16，用鼠標拖放到【Device】窗口，找到一個BRAM 資源并釋放，這樣就為設計中的BRAM16 指定了一個物理位置。

圖10-76 查找條件設置

圖10-77 查找結果

圖10-78 BRAM 位置約束

用這種方法可以指定設計中BUFG、DCM、Port、PPC、MGT 等元素的位置。這里創建的位置約束，是一個固定的約束，會被寫入UCF 文件中，它與從ISE 導出的約束有所不同，ISE 導出的約束是不固定的，在【Device】用不同的顏色標識。

建立LOC 約束，除了這里介紹的方法，還可以單擊（Create BEL Constraint Mode）按鈕，創建基于Slice 的位置約束。

單擊（Assign Instance Mode）按鈕，創建例化元件的位置約束。
單擊【Edit】→【Undo】或者按鈕，可以取消位置約束的操作。

3. 查看FloorPlan 的實現結果。

在PlanAhead 主界面，切換到【Floorplan – fp_usb_timing】視圖，如圖10-79 所示，單擊【Design Runs】標簽，可以看到impl_2 的實現結果中Timing Score 為0，說明此實現已滿足到時序要求。

圖10-79 【Floorplan – fp_usb_timing】視圖

4. 鎖定關鍵邏輯。
FPGA 設計中，邏輯模塊的性能經常是不確定的，多次實現結果可能出現較大的差別，為了保證實現的一致性，一個方法就是鎖定關鍵邏輯的位置，例如BRAM 和DSP 資源，這些資源的布局經常會對設計性能產生比較大的影響。我們可以先運行布局布線產生一個滿足時序的實現結果，再將這個結果中的BRAM 和DSP 的位置鎖定，作為約束指導下次布局布線的參考。

下面介紹鎖定BRAM 和DSP 位置。

在PlanAhead 主界面，切換到【Floorplan – fp_usb_timing】視圖，單擊【Design Runs】標簽，可以看到impl_2實現結果中Timing Score 為0，說明此實現已滿足到時序要求，如圖10-79 所示，雙擊打開此實現結果。運行【Edit】→【Find】，按照圖10-80 所示設置查找條件，找到設計中所有的BRAM和DSP 資源。

查找結束后，在【Find Results】視圖中任意選擇一個元素，按Ctrl+A 鍵，選擇所有BRAM 和DSP 元素，在右鍵菜單中選擇【Fix Instances】，這樣就鎖定了布局布線后的BRAM 和DSP 位置。這個位置約束會被寫入UCF 文件，作為下次實現的指導。

5. 保留與usbEngine 相關的位置約束，刪除其余位置約束。

在【Physical Hierarchy】視圖中選擇usbEngine Pblocks，在右鍵菜單中單擊【SelectPrimitives】，如圖10-81 所示。