Vivado Synthesis Strategy（综合策略）选择指南

Vivado的综合策略直接影响RTL到网表的质量，对后续实现阶段至关重要。

一、Vivado综合策略概述

1. 预设综合策略

├── 综合策略大类
│   ├── 性能优化策略 (Performance)
│   ├── 面积优化策略 (Area)
│   ├── 功耗优化策略 (Power)
│   ├── 流程优化策略 (Flow)
│   └── 默认策略 (Default)

2. 具体策略列表

策略名称	主要目标	适用场景
Vivado Synthesis Default	平衡时序/面积/功耗	通用设计，初次综合
Flow_AreaOptimized_high	最小化资源使用	资源受限设计
Flow_AlternateRoutability	提高可布线性	高密度设计
Flow_PerfOptimized_high	最大化性能	时序关键路径设计
Flow_RuntimeOptimized	缩短编译时间	快速迭代开发
AreaOptimized_high	深度面积优化	FPGA容量接近极限
AreaMapLargeShiftRegToBRAM	移位寄存器转BRAM	大型移位寄存器设计
AreaMultThresholdDSP	控制乘法器使用	DSP资源优化

二、选择策略的关键考量因素

1. 设计阶段

# 不同阶段的策略选择
# 阶段1: RTL开发期
set_property strategy Flow_RuntimeOptimized [get_runs synth_1]

# 阶段2: 性能优化期
set_property strategy Flow_PerfOptimized_high [get_runs synth_1]

# 阶段3: 最终收敛期
set_property strategy Vivado Synthesis Defaults [get_runs synth_1]

2. 设计特性分析

设计特征	推荐策略	原因
LUT利用率 > 70%	Flow_AreaOptimized_high	避免拥塞，提高布线成功率
时序违例严重	Flow_PerfOptimized_high	更积极的时序优化
大量移位寄存器	AreaMapLargeShiftRegToBRAM	节省逻辑资源
使用大量DSP	AreaMultThresholdDSP	合理分配乘法器实现方式
快速原型开发	Flow_RuntimeOptimized	减少编译等待时间

三、详细策略分析

1. 性能优先策略

Flow_PerfOptimized_high

# 启用特性
set_param synth.elaboration.rodinMoreOptions "set_rodin_param {maxFanout} 100"
set_param synth.maxFanoutGuided 1

• 优点: 高性能，适合时序紧张设计

• 缺点: 可能增加资源使用

• 最佳实践: 配合out_of_context模式使用

2. 面积优化策略

AreaOptimized_high

# 关键参数
synth_design -flatten_hierarchy rebuilt -gated_clock_conversion on

• 资源优化技术:

  • 逻辑折叠 (Logic Flattening)

  • 资源共享 (Resource Sharing)

  • 层次重构 (Hierarchy Rebuilding)

3. 可布线性优化

Flow_AlternateRoutability

设计特征: 高扇出网络，复杂控制逻辑
优化手段:
  1. 控制信号缓冲插入
  2. 逻辑复制减少扇出
  3. 保持层次结构

四、策略选择决策流程

步骤1：基准测试

# 先用默认策略建立基线
launch_runs synth_1 -strategy "Vivado Synthesis Defaults"
report_timing_summary -file timing_default.rpt
report_utilization -file util_default.rpt

步骤2：问题诊断与策略选择

步骤3：参数调优

# 自定义策略示例
create_strategy "My_Custom_Strategy" {
    set_param synth.elaboration.rodinMoreOptions {
        set_rodin_param {maxFanout} 200
        set_rodin_param {enablePower} true
    }
    set_property STEPS.SYNTH_DESIGN.ARGS.FLATTEN_HIERARCHY rebuilt [get_runs synth_1]
    set_property STEPS.SYNTH_DESIGN.ARGS.GATED_CLOCK_CONVERSION on [get_runs synth_1]
}

五、高级应用场景

场景1：IP核集成优化

# 针对含IP的设计
set_property strategy Flow_AlternateRoutability [get_runs synth_1]
# 保留IP层次
set_property STEPS.SYNTH_DESIGN.ARGS.KEEP_EQUIVALENT_REGISTERS true [get_runs synth_1]

场景2：多时钟域设计

# 使用默认策略，但调整参数
set_property strategy "Vivado Synthesis Defaults" [get_runs synth_1]
set_property STEPS.SYNTH_DESIGN.ARGS.CLOCK_ROOT true [get_runs synth_1]

场景3：带BRAM/DSP的设计

# 资源敏感设计
if {[get_property DSP [current_design]] > 100} {
    set_property strategy AreaMultThresholdDSP [get_runs synth_1]
}
if {[get_property BRAM [current_design]] > 50} {
    set_property strategy AreaMapLargeShiftRegToBRAM [get_runs synth_1]
}

六、策略组合与增量综合

1. 策略组合使用

# 分阶段综合
# 阶段1: 快速获取初步网表
launch_runs synth_1 -strategy Flow_RuntimeOptimized

# 阶段2: 在初步结果上优化
open_run synth_1
set_property incremental_mode true [current_design]
opt_design -directive Explore

2. 增量综合流程

1. 保存检查点
   write_checkpoint -force baseline.dcp
   
2. 尝试不同策略
   reset_run synth_1
   set_property strategy Flow_PerfOptimized_high [get_runs synth_1]
   set_property incremental_checkpoint baseline.dcp [get_runs synth_1]
   
3. 比较结果
   report_qor_suggestions -compare_strategies

七、调试与验证

1. 质量检查脚本

proc check_synthesis_quality {strategy} {
    set_property strategy $strategy [get_runs synth_1]
    launch_runs synth_1
    wait_on_run synth_1
    
    # 提取关键指标
    set wns [get_property STATS.WNS [get_runs synth_1]]
    set lut_usage [get_property STATS.LUT_USAGE [get_runs synth_1]]
    set runtime [get_property STATS.ELAPSED [get_runs synth_1]]
    
    puts "Strategy: $strategy"
    puts "  WNS: $wns ns"
    puts "  LUT Usage: $lut_usage%"
    puts "  Runtime: $runtime seconds"
    
    return [list $wns $lut_usage $runtime]
}

2. 策略对比矩阵

策略	WNS改善	LUT增减	编译时间	推荐度
Default	基准	基准	基准	★★★☆☆
Flow_PerfOptimized_high	+15%	+5-10%	+20%	★★★★☆
AreaOptimized_high	-5%	-15%	+15%	★★★☆☆
Flow_RuntimeOptimized	-10%	±5%	-40%	★★☆☆☆

八、最佳实践总结

1. 新项目启动

# 推荐流程
# 1. 先用Flow_RuntimeOptimized快速验证功能
# 2. 使用Vivado Synthesis Defaults获取基准
# 3. 根据问题选择专用策略

2. 关键设计规则

• 不要盲目追求性能：过激的综合策略可能导致布线困难

• 考虑实现阶段影响：综合策略需与实现策略配合

• 记录策略选择：建立设计档案，记录策略效果

• 定期重新评估：设计变更后重新评估策略适用性

3. 实用TCL脚本

# 自动化策略测试
foreach strategy { \
    "Vivado Synthesis Defaults" \
    "Flow_PerfOptimized_high" \
    "AreaOptimized_high" \
    "Flow_RuntimeOptimized" \
} {
    puts "Testing strategy: $strategy"
    reset_run synth_1
    set_property strategy $strategy [get_runs synth_1]
    launch_runs synth_1
    wait_on_run synth_1
    # 分析并记录结果
}

九、核心建议

        始终从Vivado Synthesis Defaults开始，基于具体的时序、面积、功耗问题，逐步尝试更专用的策略。每种设计都有其独特性，最佳策略需要通过实验确定。

     （感谢您读到这里。如果这篇综合策略对你有启发，希望你能点个赞支持一下。你的鼓励会让我更有动力分享更多深度内容。也欢迎在评论区留下你的想法，我们下次见！）