Design Compiler：高层次优化与数据通路优化

相关阅读Design Compilerhttps://blog.csdn.net/weixin_45791458/category_12738116.html?spm1001.2014.3001.5482目录算术表达式简化操作符重排序操作符实现方式选择资源共享公共子表达式消除互斥操作共享数据通路提取与优化Design Compiler的高层次优化与数据通路优化在设计的RTL层次或者说GTECH层次进行包括算术表达式简化、操作符重排序、操作符实现方式(DesignWare)选择、资源共享、数据通路提取与优化。本文就将对此进行简要介绍。算术表达式简化当使用compile_ultra命令进行综合时某些算数表达式可以被化简、折叠如下所示。result a 3 * b - 2 - b- a 2 - result 2b操作符重排序当使用compile或compile_ultra命令进行综合时某些操作符的运算顺序可以在保证结果不变的情况下改变如下所示。result a b c d - result(a b) (c d)需要注意的是如果使用了compile命令则括号会强制影响操作符重排序如下所示。result ((a b) c) d一个好的建议是让Design Compiler自行决定运算顺序。操作符实现方式选择在综合过程中Design Compiler会从综合库中选择速度和面积优化最优的组件实现操作符。综合库分为标准综合库standard.sldb或者称为Basic DW以及进阶综合库dw_foundation.sldb或者称为Licensed DW一般来说compile命令默认使用标准综合库除非将进阶综合库添加到synthetic_library中compile_ultra命令可以使用标准综合库和进阶综合库自动添加。如果使用进阶综合库则其中的数据通路生成器(Datapath Generator)会动态构建每个操作符的合适实现即满足时序要求的最小实现如图1所示。图1 加法操作符的实现与其他优化方式不同的是操作符实现方式可能在综合的后续阶段重新选择。资源共享资源共享可以减少用于实现诸如加法等操作符所需的硬件资源。如果没有资源共享每一个运算操作都会单独生成对应的硬件这种硬件重复会增加设计的面积。资源共享有两种基本类型公共子表达式消除和互斥操作共享。公共子表达式消除这种资源共享方式会共享设计中重复的计算下面举例说明。result a b result (a b) c这段代码包含两个比较器和一个与门。在公共子表达式消除中共享的表达式ab会被提取出来如下所示。​temp a b result a b result (a b) c工具会根据约束选择共享或取消共享某些子表达式如图2所示。图2 共享与取消共享互斥操作共享这种资源共享方式会在同一个进程中共享操作符但前提是在路径中不会同时执行这些操作即它们是互斥的。if (sel) result a b; else result c d;与公共子表达式消除类似是否共享互斥操作也由工具依据时序约束来决定。如果sel信号到达较晚而共享加法器会导致时序结果变差Design Compiler会选择不共享该加法器如图3所示。图3 共享与取消共享需要注意的是如果使用了compile命令则操作符的位置会影响互斥操作共享如下所示。// 强制不共享 op1 a b; op2 c d; if (sel) result op1; else result op2; // 强制共享 if (sel) begin op1 a; op2 b; end else begin op1 c; op2 d; end result op1 op2;数据通路提取与优化数据通路设计常用于需要大量数据操作的应用中例如3D、多媒体和数字信号处理等。数据通路提取会将算术运算符如加法、减法和乘法转换为数据通路模块并最终由数据通路生成器实现只有使用compile_ultra命令才能进行数据通路提取与优化。下面展示了一个使用进位保留(CSA)来提升结果质量(QoR)的例子。module dp (a, b, c, d, e); input [15:0] a,b; input [31:0] c,d; output [31:0] e; assign e (a * b) c d; endmodule如果使用compile命令进行综合则乘法器和加法器分别独立映射而未被合并为一个数据通路块如图4所示。图4 compile命令的综合结果如果使用compile_ultra命令进行综合乘法器和加法器被合并为一个单一的数据通路块并采用进位保留将结果保留在中间形式时序提升8.3%面积减少36%如图5所示。图5 compile_ultra命令的综合结果图6比较了传统CPA实现和CSA实现的区别。图6 传统CPA实现和CSA实现对比compile_ultra命令可提取的运算符包括、-、*、、、、、、、、和MUX需要注意的是被提取的运算符必须直接连接中间不能夹杂非算术逻辑仅加法器树允许混合符号与无符号操作数通过显式例化实现的运算符不可被提取与!运算符不可提取移位量为变量的移位运算符不可提取。使用report_resources命令可以报告设计中使用的资源和数据通路块下面基于图5的综合结果展示了一个例子。dc_shell report_resources **************************************** Report : resources Design : dp Version: W-2024.09-SP2 Date : Mon Aug 4 20:07:24 2025 **************************************** Resource Report for this hierarchy in file /home/zhangchen/elaborate/test1.v | Cell | Module | Parameters | Contained Operations | | DP_OP_5J1_122_1328 | | | | | DP_OP_5J1_122_1328 | | | Datapath Report for DP_OP_5J1_122_1328 | Cell | Contained Operations | | DP_OP_5J1_122_1328 | mult_5 (test1.v:5) add_5 (test1.v:5) | | | add_5_2 (test1.v:5) | | | | Data | | | | Var | Type | Class | Width | Expression | | I1 | PI | Unsigned | 16 | | | I2 | PI | Unsigned | 16 | | | I3 | PI | Unsigned | 32 | | | I4 | PI | Unsigned | 32 | | | T0 | IFO | Unsigned | 32 | I1 * I2 (test1.v:5) | | O1 | PO | Unsigned | 32 | T0 I3 I4 (test1.v:5) | Implementation Report | | | Current | Set | | Cell | Module | Implementation | Implementation | | DP_OP_5J1_122_1328 | DP_OP_5J1_122_1328 | str (area) | | | | | mult_arch: benc_radix4 | 其中的资源报告显示哪些运算符被映射为DesignWare组件这里所有的运算符被提取为一个数据通路块数据通路报告显示哪些运算符被合并为一个数据通路块这里的DP_OP_5J1_122_1328单元包含了三个运算操作操作名中的后缀表示在原始RTL文件中的代码行号如果一行中有多个同名操作会继续使用额外的后缀表示实现报告显示每个DesignWare 组件采用的实现方式。