Vivado综合后出现大量unroutable placement问题如何解决？

Question

在使用Vivado进行FPGA设计时，综合后出现大量“unroutable placement”问题，通常是因为资源冲突或约束不当。首先检查设计是否超出目标器件的资源限制（如LUT、FF、DSP等），可通过 Vivado 的“Report Utilization”分析资源使用率。若资源溢出，需优化设计架构或选择更大容量的芯片。 其次，时序约束（XDC）可能不合理，导致布局布线困难。建议验证约束文件，确保路径延迟、时钟周期等设置准确。同时，启用Vivado的“Placement and Routing Reports”，定位具体未布通的网络。 此外，尝试调整综合与实现策略（Strategy），例如选用“Explore”或“Performance”模式，可改善放置效果。最后，对关键模块添加区域约束（Pblock）或引脚锁定，减少布线复杂度。通过以上方法，能有效缓解“unroutable placement”问题。

Answer 1

1. 初步分析：资源使用率检查

在使用Vivado进行FPGA设计时，如果综合后出现大量“unroutable placement”问题，首先需要检查设计是否超出目标器件的资源限制。这包括逻辑单元（LUT）、触发器（FF）、数字信号处理单元（DSP）等关键资源。

通过Vivado提供的“Report Utilization”功能，可以详细分析资源的使用情况。以下是具体的步骤：

1. 在Vivado中运行综合流程。
2. 生成“Utilization Report”，查看资源占用百分比。
3. 如果发现资源使用率接近或超过100%，则需优化设计架构或选择更大容量的芯片。

例如，以下表格展示了某设计的资源使用情况：

资源类型	总数量	已使用数量	使用率 (%)
LUT	50,000	48,000	96
FF	50,000	47,000	94
DSP	200	180	90

2. 中级分析：约束文件验证

时序约束（XDC）不合理是导致布局布线困难的常见原因之一。不合理的路径延迟、时钟周期等设置可能导致工具无法找到合适的解决方案。因此，建议对约束文件进行仔细验证。

具体方法如下：

• 检查所有时钟定义是否正确，确保频率和相位关系符合设计需求。
• 验证输入输出端口的延迟约束是否合理。
• 启用Vivado的“Placement and Routing Reports”，定位未布通的网络，并根据报告调整约束。

例如，以下代码片段展示了一个典型的时钟约束：

create_clock -name clk_100MHz -period 10 [get_ports clk]
set_input_delay -clock clk_100MHz 2 [get_ports data_in]
set_output_delay -clock clk_100MHz 3 [get_ports data_out]

3. 高级优化：策略调整与区域约束

如果上述方法未能解决问题，可以尝试调整综合与实现策略。Vivado提供了多种预设策略（Strategy），如“Explore”、“Performance”等，这些策略可以帮助改善放置效果。

此外，对关键模块添加区域约束（Pblock）或引脚锁定也是一种有效的方法。通过减少布线复杂度，可以显著提高布线成功率。

以下是一个Mermaid格式的流程图，展示了优化的整体流程：

mermaid
graph TD;
    A[开始] --> B[检查资源使用率];
    B --> C{资源溢出？};
    C --是--> D[优化设计架构];
    C --否--> E[验证约束文件];
    E --> F{约束合理？};
    F --否--> G[调整约束];
    F --是--> H[调整实现策略];
    H --> I{效果改善？};
    I --否--> J[添加区域约束];
    I --是--> K[完成];