利用Tcl脚本节省编译时间

这篇博文介绍了多种自动生成报告的有效途径，以便您在尝试对设计中特定阶段所耗用的编译时间进行调试时使用，例如，自动报告加载设计约束的时间、每条命令的持续时间，甚至是跨多个设计的运行时间差异。
 

此外还提供了关于如何解读这些结果的建议。 其中涵盖了 3 个强大的脚本，用于应对这些用例。
 

一、Report_constraints：

对约束分析时间进行剖析之前，需知晓写入约束时建议的顺序要求。这些要求是根据每种类型的约束的优先级来决定的。时序约束的最优排序如下所述：

1. set_disable_timing
2. set_case_analysis
3. create_clock
4. set_clock_sense
5. create_generated_clock
6. set_input_delay / set_output_delay
7. set_min_delay / set_max_delay
8. set_false_path
9. set_multicycle_path

10. set_bus_skew

除了 set_bus_skew 之外，其他约束类型的优先级随编号而递增，并且覆盖先前约束类型的可能性也越高。因此，仅限更高优先级的约束才会对所涵盖的路径进行分析。

为减少约束解析所用的时间，约束应尽可能精确无误并且限定到目标范围内。如需了解更多信息，请参考 UG949 中的“建议的约束顺序”部分:

在复杂设计中，总是需要添加许多约束文件，包括 IP 约束和用户添加的约束。要获取这些约束的汇总表，可在 Tcl shell 中调用 report_constraints 脚本，以报告 XDC 或 DCP 文件中使用的约束 Tcl 命令（时序和非时序）数量。它还可以根据约束排序，对生成的时序更新数量进行粗略估计。您需使用下列语法找到此脚本：

语法

示例：
1.  按 XDC 文件名报告时序约束数量
此示例演示了 4 个独立 XDC 文件中每一种约束类型的数量

2.  利用 -all 选项报告时序约束和非时序约束
非时序命令包括当前使用的所有 Vivado 命令，例如，get_pins、get_clocks 等。

3.  报告详细的约束信息和各项约束的详情

4.  报告时序计算图 (graph)
此脚本可以估算各命令对于时序计算图的影响，它还能通过报告估算的时序更新数量（部分更新或完整更新）来帮助您了解这些约束是否采用了最优排序，其报告结果为 “Estimated updates: xxx”。

当命令流从 “Invalidate timing”（使时序失效）转变为“Require valid timing”（需有效时序）时，即可检测到时序更新。

通过使用此脚本，您应该能够看到这些约束的更新和加载次数，并确定约束是否具有重复的定义或有效的状态。

注释：报告的时序更新次数只是估算总数。但它确实能够呈现时序约束是否采用了最优排序。
 

二、剖析器 profiler.tcl：

在 Vivado shell 中根据执行目标操作来调试特定设计的运行时间问题时，可以在 Vivado Tcl shell 中找到剖析器文件“profiler.tcl”，用于执行以下操作：

剖析 Vivado 命令或用户进程

执行运行时间分析，帮助了解运行时方面的瓶颈

分析特定命令或进程的调用次数（以改善脚本效率）

剖析器报告的输出 log 日志文件中包含 4 个部分：

汇总表

排名前 50 的运行时间

排名前 10 的集合

剖析的所有命令的详细运行时间

注释：输出格式可采用表格（默认）格式或 CSV (profiler summary -csv) 格式。
 

语法：

使用示例：

报告部分详情：

第 1 部分：汇总表

通过对表格列进行计数，得到耗用的总体时间的统计结果。每个列的含义如下：

这样即可轻松确定哪些命令占用的运行时间最长。如下图所示，get_clocks 和 get_nets 命令均多次调用，占用了大部分的运行时间。

第 2 部分：排名前 50 的运行时间

此处报告了前 50 个最差的运行时间，按最差到最好进行排序。它提供了对运行时间影响最严重的命令的快速汇总信息。

其中包含以下列：
• ID（可用于查找 log 日志文件内的命令）：匹配 Vivado 已处理的命令的顺序。ID 1 是运行的第一条命令，ID 2 是第二条，以此类推。
• runtime：以 ms 为单位的运行时间
• command：Vivado 运行的命令
以下截屏显示了 50 行列表中的一部分：

第 3 部分：排名前 10 的集合
这部分包括由任意剖析的命令返回的 10 个最大的对象集合。其中对于每个集合都包含：
• size：集合大小
• count：大小相同的集合数量
• total：对象总数 (size * count)
• commands：返回该集合的命令列表
 

第 4 部分：详情报告
这部分包含已剖析的每条命令的全部详细信息，按第一条到最后一条命令排序。其中包含命令 ID、运行时间、命令以及每条命令对象数量：

用例：
1.  改善约束效率
对 Tcl 脚本进行剖析有助于了解运行时间的使用方式以及 Vivado 命令或用户进程的调用次数。它有助于重构对运行时至关重要的 Tcl 代码，显著改善运行时间。

以下示例对两个等效版本的 Tcl 循环之间的运行时间差异和 Vivado 命令的调用次数进行了比较：
构造前：

结果显示，有 75,216 次调用用于 get_property 命令，这占用了大部分的运行时间。因此，我们可以把“get_property”命令移至循环外部以节省时间。

构造代码后，耗费的总时间减少了 95%：

2.  跨多个设计比较运行时间
在跨不同 Vivado 版本进行网表加载或约束解析时，您可能会遇到时间差异。以下示例演示了 2 轮不同的 Vivado 运行之间耗用运行时间的方式。
 

此方法有助于对不同版本间耗用的每条命令的调用次数进行调试。在此情况下，有问题的版本运行针对每个命令的调用次数都增加了一倍。

正常版本：

问题版本：

三、Vivado Runtime：

如需对多个设计上跨多个阶段的 Vivado 命令的运行时间进行比较，可使用 VivadoRuntime 脚本从 Vivado log 日志文件内的：

runtime/memory/checksum/timing/congestion/command 行提取部分调试信息。它还可用于比较多个 Vivado log 日志文件之间的信息。此脚本可用于提取定制运行时间，前提是这些运行时间的格式正确。它会从文本 log 日志文件中提取信息，并可在 Shell 提示符下执行。

语法：

示例：
在此示例所示表格中，对 Vivado 流程中每个阶段的多个 log 日志文件进行了比较。

总结：

通过使用这 3 个强大的脚本，您即可快速识别约束和运行阶段的瓶颈，从而最终帮助您节省运行时间。

　　审核编辑：汤梓红