利用Tcl腳本節省編譯時間

這篇博文介紹了多種自動生成報告的有效途徑，以便您在嘗試對設計中特定階段所耗用的編譯時間進行調試時使用，例如，自動報告加載設計約束的時間、每條命令的持續時間，甚至是跨多個設計的運行時間差異。

此外還提供了關于如何解讀這些結果的建議。其中涵蓋了 3 個強大的腳本，用于應對這些用例。

一、Report_constraints：

對約束分析時間進行剖析之前，需知曉寫入約束時建議的順序要求。這些要求是根據每種類型的約束的優先級來決定的。時序約束的最優排序如下所述：

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，其他約束類型的優先級隨編號而遞增，并且覆蓋先前約束類型的可能性也越高。因此，僅限更高優先級的約束才會對所涵蓋的路徑進行分析。

為減少約束解析所用的時間，約束應盡可能精確無誤并且限定到目標范圍內。如需了解更多信息，請參考 UG949 中的“建議的約束順序”部分:

在復雜設計中，總是需要添加許多約束文件，包括 IP 約束和用戶添加的約束。要獲取這些約束的匯總表，可在 Tcl shell 中調用 report_constraints 腳本，以報告 XDC 或 DCP 文件中使用的約束 Tcl 命令（時序和非時序）數量。它還可以根據約束排序，對生成的時序更新數量進行粗略估計。您需使用下列語法找到此腳本：

語法

示例：
1. 按 XDC 文件名報告時序約束數量
此示例演示了 4 個獨立 XDC 文件中每一種約束類型的數量

2. 利用 -all 選項報告時序約束和非時序約束
非時序命令包括當前使用的所有 Vivado 命令，例如，get_pins、get_clocks 等。

3. 報告詳細的約束信息和各項約束的詳情

4. 報告時序計算圖 (graph)
此腳本可以估算各命令對于時序計算圖的影響，它還能通過報告估算的時序更新數量（部分更新或完整更新）來幫助您了解這些約束是否采用了最優排序，其報告結果為 “Estimated updates: xxx”。

當命令流從 “Invalidate timing”（使時序失效）轉變為“Require valid timing”（需有效時序）時，即可檢測到時序更新。

通過使用此腳本，您應該能夠看到這些約束的更新和加載次數，并確定約束是否具有重復的定義或有效的狀態。

注釋：報告的時序更新次數只是估算總數。但它確實能夠呈現時序約束是否采用了最優排序。

二、剖析器profiler.tcl：

在 Vivado shell 中根據執行目標操作來調試特定設計的運行時間問題時，可以在 Vivado Tcl shell 中找到剖析器文件“profiler.tcl”，用于執行以下操作：

剖析 Vivado 命令或用戶進程

執行運行時間分析，幫助了解運行時方面的瓶頸

分析特定命令或進程的調用次數（以改善腳本效率）

剖析器報告的輸出 log 日志文件中包含 4 個部分：

匯總表

排名前 50 的運行時間

排名前 10 的集合

剖析的所有命令的詳細運行時間

注釋：輸出格式可采用表格（默認）格式或 CSV (profiler summary -csv) 格式。

語法：

使用示例：

報告部分詳情：

第 1 部分：匯總表

通過對表格列進行計數，得到耗用的總體時間的統計結果。每個列的含義如下：

這樣即可輕松確定哪些命令占用的運行時間最長。如下圖所示，get_clocks 和 get_nets 命令均多次調用，占用了大部分的運行時間。

第 2 部分：排名前 50 的運行時間

此處報告了前 50 個最差的運行時間，按最差到最好進行排序。它提供了對運行時間影響最嚴重的命令的快速匯總信息。

其中包含以下列：
? ID（可用于查找 log 日志文件內的命令）：匹配 Vivado 已處理的命令的順序。ID 1 是運行的第一條命令，ID 2 是第二條，以此類推。
? runtime：以 ms 為單位的運行時間
? command：Vivado 運行的命令
以下截屏顯示了 50 行列表中的一部分：

第 3 部分：排名前 10 的集合
這部分包括由任意剖析的命令返回的 10 個最大的對象集合。其中對于每個集合都包含：
? size：集合大小
? count：大小相同的集合數量
? total：對象總數 (size * count)
? commands：返回該集合的命令列表

第 4 部分：詳情報告
這部分包含已剖析的每條命令的全部詳細信息，按第一條到最后一條命令排序。其中包含命令 ID、運行時間、命令以及每條命令對象數量：

用例：
1. 改善約束效率
對 Tcl 腳本進行剖析有助于了解運行時間的使用方式以及 Vivado 命令或用戶進程的調用次數。它有助于重構對運行時至關重要的 Tcl 代碼，顯著改善運行時間。

以下示例對兩個等效版本的 Tcl 循環之間的運行時間差異和 Vivado 命令的調用次數進行了比較：
構造前：

結果顯示，有 75,216 次調用用于 get_property 命令，這占用了大部分的運行時間。因此，我們可以把“get_property”命令移至循環外部以節省時間。

構造代碼后，耗費的總時間減少了 95%：

2. 跨多個設計比較運行時間
在跨不同 Vivado 版本進行網表加載或約束解析時，您可能會遇到時間差異。以下示例演示了 2 輪不同的 Vivado 運行之間耗用運行時間的方式。

此方法有助于對不同版本間耗用的每條命令的調用次數進行調試。在此情況下，有問題的版本運行針對每個命令的調用次數都增加了一倍。

正常版本：

問題版本：

三、Vivado Runtime：

如需對多個設計上跨多個階段的 Vivado 命令的運行時間進行比較，可使用 VivadoRuntime 腳本從 Vivado log 日志文件內的：

runtime/memory/checksum/timing/congestion/command 行提取部分調試信息。它還可用于比較多個 Vivado log 日志文件之間的信息。此腳本可用于提取定制運行時間，前提是這些運行時間的格式正確。它會從文本 log 日志文件中提取信息，并可在 Shell 提示符下執行。

語法：

示例：
在此示例所示表格中，對 Vivado 流程中每個階段的多個 log 日志文件進行了比較。

總結：

通過使用這 3 個強大的腳本，您即可快速識別約束和運行階段的瓶頸，從而最終幫助您節省運行時間。

審核編輯：湯梓紅