Question

用数据来说明，Vivado的效率提高到底有多少

Answer 1

自从去年10月Xilinx发布ISE14.7之后，ISE套件便暂时没有了更新计划，相当于进入了软件生命中的“中年”；而当初在2012.x版本还作为ISE套件中的一个组件的Vivado，此时已经如早上8、9点钟的太阳一样冉冉升起：因为随着FPGA/SOC制造工艺、硬件单元规模和设计方法的不断改进，传统的基于ISE的设计方法已经逐渐不能满足我们的要求了。所以针对新的Artix-7/Kintex-7/Virtex-7芯片，Xilinx都建议我们使用全新设计的Vivado套件来进行开发（使用Spartan-6的筒子可以在新设计中考虑向Artix-7过渡了）。此外，因为ISE套件已经没有升级计划表，所以对新的操作系统也无法支持了，例如在Win8/8.1上面，ISE14.7几乎无法完美运行，而从Vivado2014.1版本就开始全面支持了。
直观的来看，我理解的Vivado套件，相当于把ISE、ISim、XPS、PlanAhead、ChipScope和iMPACT等多个独立的套件集合在一个Vivado设计环境中，在这个集合的设计流程下，不同的设计阶段我们采用不同的工具来完成，此时Vivado可以自动变化菜单、工具栏，可以显著提高效率：因为不需要在多个软件间来回切换、调用，白白浪费大量的时间。基于Vivado IP集成器（IPI），则把我们对硬件的配置更好地集成到我们的设计中，既极大地提高了对IP的使用和管理，也帮助我们减小了软件和硬件（例如ZYNQ器件的PS）之间的隔阂。Vivado HLS则可以把现有的C代码，在一些特定的规范下直接转换为可综合的逻辑，这也将极大地提高我们实现和移植现有算法的速度。
因为Vivado套件较为复杂，所以先用一个对比测试，来检验一下它们之间的性能差别。采用的测试环境是：

操作系统：win7 sp1x64
CPU：I7-4770k，开启超线程，全部超频至4.3GHz
ISE： 14.7
Vivado：2014.1
使用的芯片：ZYNQ系列中的xc7z020-clg400-2（设计全部在PL中实现）
待测试程序：一个用来做实时仿真的模型（算下来有140424行Verilog代码）。为了减小硬盘的延迟影响，操作系统和软件都安装在SSD上面，而把工程文件放在RAMdisk上面（因为综合、实现的过程都需要大量的小文件读取操作）。
运行的测试：输入正确的工程，但是清理所有工程文件，这样就可以从0开始完成所有的综合、翻译、映射、布局布线和升级bit流文件的所有操作；使用的策略则全部用默认策略。

首先，在ISE上运行，测试开始时间是7：33：10，生成.bit文件的时间是7：37：01，共花费了231秒。
然后，在Vivado上运行。为了方便测试，在Vivado套件里直接导入ISE的工程，源文件都可以正常导入，但是约束文件需要重新配置，因为ISE使用的ucf格式，而Vivado则升级为更先进的xdc格式，需要全部重写约束文件。不过这也不是特别困难的事情，例如管脚约束的转换就比较容易：
例如，ucf为：
NET "gateway_out1[0]" LOC = Y12;
NET "gateway_out1[0]" IOSTANDARD = LVCMOS18;
xdc则为：
set_property PACKAGE_PIN Y12 [get_ports {gateway_out1[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS18 [get_ports {gateway_out1[0]}]
为了快速转换，用查找/替换可以较快的完成其中的一部分转换。
然后在Vivado中点击reset runs，如图1所示，这样会清除所有潜在的已经生成的结果（清除综合的结果时可以选择自动清除实现的结果）。

图1 reset runs
为了充分发挥Vivado套件的潜力，在tcl console里输入下面的脚本：
set_param general.maxThreads 8
这样就可以充分发挥最大的CPU潜力了（例如DRC检查可以使用全部的线程进行并行操作）。然后运行产生比特流的操作，开始时间是8：15：20，生成.bit文件的时间是8：17：12，共花费了112秒。
对比ISE的231秒，可以看出Vivado使用的时间只有ISE的48.5%。俗话说，“时间就是金钱”，“效率就是生命”，Vivado只用了不到ISE一半的时间就完成了这个复杂工程的全部实现过程，数据非常有说服力。当然Vivado使用的内存貌似比ISE多了几百MB，但是对于现在配置中等的机器都可以达到8GB内存的情况下，这点内存的差距还是可以忽略的。（好马配好鞍，电脑的这点投资和高端的芯片带来的性能提升和time-to-market减小相比，可以说是微不足道的了）。

图2 ISE完成时间

图3 Vivado完成时间

图4 ISE资源占用

图5 Vivado资源占用
对比使用的资源：默认策略下，二者使用的Slice寄存器类似；Vivado使用的LUT稍多，但是没有使用DSP48E1单元，而ISE使用了12个，相当于Vivado用一部分LUT完成了DSP单元的功能，这与综合/实现的策略有关。可以认为在默认策略下，Vivado和ISE产生结果的资源利用率打了个平手，还可以通过调整综合/实现的策略达到资源利用率的优化。当然，Vivado相对ISE有个显著的优势，就是Vivado可以一次运行多种不同的策略，从而使得我们一次性获取各种策略的结果，这样的“半自动化”的优势是ISE完全不具备的。