在Vivado下利用Tcl实现IP的高效管理

在Vivado下，有两种方式管理IP。一种是创建FPGA工程之后，在当前工程中选中IP Catalog，生成所需IP，这时相应的IP会被自动添加到当前工程中；另一种是利用Manage IP，创建独立的IP工程，缺省情况下，IP工程的名字为magaged_ip_project。在这个工程中生成所需要的IP，之后把IP添加到FPGA工程中。Xilinx推荐使用第二种方法，尤其是设计中调用的IP较多时或者采用团队设计时。Tcl作为脚本语言，在FPGA设计中被越来越广泛地使用。借助Tcl可以完成很多图形界面操作所不能完成的工作，从而，可提高设计效率和设计自动化程度。Vivado对Tcl具有很好的支持，专门设置了Tcl Shell（纯脚本模式）和Tcl Console（图形界面模式）用于Tcl脚本的输入和执行。本文介绍了如何利用Tcl脚本在Manage IP方式下实现对IP的高效管理。

Manage IP的特点：

（1）Vivado在Manage IP模式下只显示IP Catalog，便于直观地定制IP；

（2）IP工程目录独立于FPGA工程目录，可独立管理并便于IP复用；

（3）对IP采用OOC（Out-of-Context）的综合方式，生成相应的DCP文件，添加到FPGA工程中，无需再次综合；

与ISE Core Generator的不同之处：

（1）ISE Core Generator不同IP的生成文件会在同一目录下，而Vivado下每个IP有独立的文件夹，该文件夹下包含了IP所有相关文件，这为IP复用提供了便利；

（2）ISE Core Generator生成的IP定制文件为.xco，Vivado生成IP的定制文件为.xci；

（3）ISE Core Generator生成的网表文件为.ngc，Vivado生成的网表文件为.dcp，DCP不仅包含网表文件还包含约束文件；

（4）ISE Core Generator不支持Tcl脚本，Vivado则支持Tcl脚本；

Vivado下IP生成文件：

（1）用于综合的RTL文件和约束文件；

（2）实例化模板文件；

（3）行为级仿真文件；

（4）综合后的网表文件DCP；

（5）用于第三方综合工具的Stub文件；

（6）例子工程；

生成文件是可以定制的，这可通过generate_target命令完成，同时，生成的文件也可以通过reset_target被清除掉，如Tcl脚本 1所示。

Vivado下每个对象都有自己的属性，这些属性可通过report_property显示。managed_ip_project的属性如图 1所示。图中绿色线条标记了该工程所在目录；红色方框MANAGED_IP属性值为1，表明该工程为IP工程；蓝色方框是我们创建或修改IP工程设置时最常用的一些属性。Tcl脚本 2中第1行语句用于显示IP工程属性，第2~4行语句用于设置仿真工具、目标语言和芯片型号。set_property命令的第一个参数为属性名，第二个参数为属性值，第三个参数为属性所属对象。

采用Vivado Manage IP创建IP工程后，可能会遇到以下情况：（1）软件版本升级，例如Vivado由2013.4升级至2014.2；（2）芯片型号改变，例如芯片型号由XC7K325TFFG676-2变为XC7K160TFFG676-2；（3）A项目中的一些IP在B项目中也被使用，且这些IP参数配置完全相同。上述三种情况均可通过Tcl命令完成。

第一种情况：软件版本升级

假如用Vivado 2013.4创建的IP工程，当软件版本升级至2014.2时，需要将IP重新生成。此时，若用Vivado 2014.2打开该工程会弹出如图 2所示的对话框。选择图中蓝色方框标记的选项打开工程，通过report_ip_status命令显示当前IP状况，如图 3所示。

图 3中蓝色方框显示了IP处于锁定状态，可通过get_property查看IS_LOCKED属性确定；红色方框显示了IP当前版本号和建议升级到的新版本号。相应的Tcl脚本如Tcl脚本 3所示。对处于锁定状态的IP可选择升级，这可通过Tcl脚本 4完成指定IP的升级。Tcl脚本 4可内嵌到Vivado中作为用户常用命令。

第二种情况：芯片型号改变

若芯片型号改变，首先要对旧型号芯片对应的工程做备份处理，这可通过archive_project命令完成；然后修改芯片型号。相应的Tcl脚本如Tcl脚本 5所示。完成这些操作之后，会发现IP处于锁定状态，此时可通过Tcl脚本 4对IP升级。

第三种情况：A项目中的一些IP在B项目中也被使用，且这些IP参数配置完全相同

在这种情况下，可将A项目中的IP导入到B项目的IP工程中，这可通过import_ip命令完成，如Tcl脚本 6所示。Import_ip的第一个参数为原始IP所在目录，第二个参数为该IP的新名字，缺省情况下与原始IP名一致。导入之后，可通过Tcl脚本 4重新生成IP。

如前所述，Vivado下生成的IP都有独立的文件目录，在添加IP到Vivado FPGA工程中时，若采用图形界面方式就需要一个一个地浏览到IP所在文件目录，找到.xci文件，然后添加到工程中，如果调用的IP较多，显然这种方式不够高效。此时可用Tcl脚本 7所示的Tcl命令找到所有IP相关文件，文件类型可以是xci或dcp。该命令会返回完整的文件路径，如Tcl脚本 6中的文件路径。然后通过add_files命令将其添加到当前工程中。

此外，有些IP会有例子工程，这些例子工程带有完整的测试激励，可对IP进行仿真，以理解IP的输入/输出时序，也可单独生成bit文件。可通过open_example_project命令打开例子工程，如Tcl脚本 8所示。

与ISE Core Generator相比，Vivado Manage IP对IP的管理更加便捷，加之Vivado对Tcl脚本的支持，利用Tcl脚本可实现对IP更高效的管理，进一步加强FPGA设计自动化的程度。

参考文献：

[1] Xilinx. Ug896 (V2014.1) Designing with IP.

[2] Xilinx. Ug835 (V2014.2) Vivado Design Suite Tcl Command Reference Guide