Vivado 节省编译时间系列 3：使用增量综合
增量综合流程：
增量综合的工作方式与增量实现流程相似，但仅适用于综合阶段，并且不会对紧随其后的实现阶段给予引导。
此流程需独立的综合参考文件（综合后 DCP），因此您需完成初始综合运行以获取首个综合后 DCP 文件。增量运行会复用设计中未更改的部分，并且仅对已更改的部分进行重新综合。复用的各部分会在分区级别予以保留。
您可通过下文获取有关这些部分的保留方式的更多信息：
support.xilinx.com/s/article/9...
以下图表显示了含脚本的非工程流程：
图：增量流程图表
在 GUI 中支持通过以下两种方法来指定参考检查点：
- 使用自动增量参考检查点（当前仅在 GUI 中受支持）
- 使用用户指定的参考检查点
要在工程模式下启用自动模式，请打开综合设置，并选中"Automatically use the checkpoint from the previous run"（自动使用上一轮运行的检查点）选项。
在此模式下，综合运行将把最近的综合后网表自动复制到工程目录本地的 /project.srcs/utils_1/import/design 区域内。
完成整个流程后，新布线的检查点即可立即用作为下一轮运行的参考检查点，并在运行复位时进行更新。 如不勾选自动模式，也可输入用户指定的 DCP 作为参考检查点，以便引导后续轮次的运行。
图：设计运行设置
何时采用此流程
当设计所含实例数量超过 50K 时，始终建议启用此流程。如果设计太小，由于改善的空间不够大，将忽略增量模式，设计将以正常流程运行。
当综合运行超过 20 分钟时，采用增量综合流程前后的运行时间平均比值为 2.06，改善显而易见。 下图显示了 26 个大型设计的加速趋势，在对设计进行有限的更改时，可节省大量编译时间（低至更改前的四分之一）。
下表所示每项设计所耗用的时间也证明，小幅更改设计的前提下，参考运行时间越长，通过增量运行节省的时间就越多。因此，大型设计利用该流程获益颇丰。
建议您始终为大型设计启用自动模式来运行增量综合。但要立即使用增量综合，必须向参考检查点写入综合数据。为此，可使用 write_checkpoint -incremental_synth 开关。
图：部分设计示例中的编译时间节省效果
此处随附的 getSynStepsRunTime.sh 脚本可用于为 synth_design 的每个阶段生成时间剖析表。
要运行该脚本，您可按如下示例所示使用此命令并为初始运行和增量运行生成表格。"actual"（实际）列和"phase"（阶段）列中罗列了用于每个阶段的时间和累计时间。
getSynStepsRunTime.sh ./vivado.log
增量综合运行期间，下列步骤的编译时间都比参考运行更短："RTL Optimization "（RTL 最优化）、"Area Optimization "（面积最优化）、"Timing Optimization "（时序最优化）和"Technology Mapping"（技术映射）。
下表显示了用户设计示例。请注意参考运行与增量运行中每个综合阶段所耗费的时间。由于这些阶段占用了大部分的参考编译时间，因此对总体运行时间影响尤为显著。
| 编译时间**** | 参考运行（秒） | 增量综合运行（秒 ) |
|---|---|---|
| RTL 最优化 | 51 | 9 |
| 面积最优化 | 478 | 53 |
| 时序最优化 | 76 | 16 |
| 技术映射 | 202 | 15 |
| 其他阶段 | 611 | 502 |
增量综合期间，"RTL Elaboration "（RTL 细化）、"Constraint Validation "（约束确认）、"Applying XDC Timing Constraints "（应用 XDC 时序约束）、"I/O Insertion "（I/O 插入）、"Global Opt "（全局最优化）、"Netlist Generation"（网表生成）等其他阶段以及其余用于拼接的阶段在时间上所呈现的改善较少。
注释：非关联流程 (out-of-context) 另有所用，它能让子模块像各 IP 一样来运作，因此需要更多手动干预，如创建模块封装文件和限定约束作用域。它也有助于改善编译时间，如果您有静态且无需更改的大型模块，那么此流程能节省该模块的最优化时间。
可能影响增量综合的因素
采用此流程前，以下操作有助于您充分发挥增量流程的优势：
- 选择正确的检查点。您需确保参考检查点与受引导的设计处于同一器件内，综合时采用的 Vivado 版本与当前运行采用的版本相同。不支持由不同版本生成的 DCP。最重要的是，参考 DCP 须在运行同一综合期间生成，并在 write_checkpoint 期间使用 -incremental_synth 开关来创建。
- synth_design 设置应始终保持不变，时序约束应始终保持一致。
- 对受该流程影响的对象数量和跨边界最优化的数量加以限制，确保设计收敛的一致性和时序收敛。设计逻辑更改过多 (>50%) 可能导致更多模块受到影响并且需要重新综合，由此导致增加编译时间或者引导的结果欠佳。
- 另外，如果少量设计更改引入了参考设计中不存在的新时序问题，则可能需要增加工作量和运行时间，而且设计可能不满足时序。下图显示了 M1 模块和 M3 模块间路径因跨边界最优化而发生改变时，这两个模块进行重新综合的方式。
- 尽可能将更改局限在单一模块中，否则任何发生更改或消隐的分区都需重新综合。另外，为了防止发生跨边界最优化，您可在层级模块名称上使用 PRESERVE_BOUNDARY 属性，前提是您已寄存输入/输出模块端口。例如：
set_property BLOCK_SYNTH.PRESERVE_BOUNDARY 1 [get_cells [list {M1 M3}]]
图：利用跨模块最优化情况下的综合参考运行对比增量运行
- 如果在设计中多次例化某个设计模块，那么该模块中的任何小幅更改都会对模块的例化次数产生巨大影响。在此情况下，就需要考量设计更改的总量。
- 就通过增量综合可减少编译时间的效果而言，大型设始终计比小型设计获益更多。
生成增量编译时间节省报告
综合运行 log 日志中包含网表复用百分比的详细信息。
在此示例中，仅对一个小型实例进行了修改，如果更改发生在某个子模块内，那么该表中也将列出该模块的名称。
总结
我们通过采用增量综合流程可以快速完成综合运行的迭代。该流程设置方便，并且对于设计一致性和编译时间节省都大有益处。如需了解更多详细信息，请参阅 (UG901)。 （微信公众号：小石头的芯语芯愿）