Xilinx的新一代設(shè)計(jì)套件Vivado相比上一代產(chǎn)品ISE，在運(yùn)行速度、算法優(yōu)化和功能整合等很多方面都有了顯著地改進(jìn),。但是對(duì) 初學(xué)者來說，新的約束語言XDC以及腳本語言Tcl的引入則成為了快速掌握Vivado使用技巧的最大障礙,，以至于兩年多后的今天，仍有很多用戶缺乏升級(jí) 到Vivado的信心,。

本文介紹了Tcl在Vivado中的基礎(chǔ)應(yīng)用,，希望起到拋磚引玉的作用，指引使用者在短時(shí)間內(nèi)快速掌握相關(guān)技巧,，更好地發(fā)揮Vivado在FPGA設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)。

Tcl的背景介紹和基礎(chǔ)語法

Tcl（讀 作tickle）誕生于80年代的加州大學(xué)伯克利分校,，作為一種簡(jiǎn)單高效可移植性好的腳本語言,，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在幾乎所有的EDA工具中。Tcl 的最大特點(diǎn)就是其語法格式極其簡(jiǎn)單甚至可以說僵化,，采用純粹的 [命令 選項(xiàng) 參數(shù)] 形式,，是名副其實(shí)的“工具命令語言”（ 即Tcl的全稱Tool Command Language）,。

實(shí)際上Tcl的功能可以很強(qiáng)大，用其編寫的程序也可以很復(fù)雜,，但要在Vivado或大部分其它EDA工具中使用,，則只需掌握其中最基本的幾個(gè)部分。

注： 在以下示例中,，% 表示Tcl的命令提示符,，執(zhí)行回車后，Tcl會(huì)在下一行輸出命令執(zhí)行結(jié)果,。 // 后是作者所加注釋,，并不是例子的一部分。

設(shè)置變量

打印

打印主要通過puts語句來執(zhí)行,，配合特殊符號(hào),，直接決定最終輸出內(nèi)容。

文件I/O

可以看到Tcl對(duì)文件的操作也是通過設(shè)置變量,，改變屬性以及打印命令來進(jìn)行的,。上述寫文件的例子中通過puts命令在my_file.txt文件中寫入兩行文字，分別為“Hello World!” 和myVar變量的值,，然后在讀文件操作中讀取同一文件的內(nèi)容,。

控制流和循環(huán)命令

Tcl語言中用于控制流程和循環(huán)的命令與C語言及其它高級(jí)語言中相似，包括if,、while,、for和foreach等等。

具體使用可以參考如下示例：

子程序/過程

Tcl中的子程序也叫做過程（Procedures）,，Tcl正是通過創(chuàng)建新的過程來增強(qiáng)其內(nèi)建命令的能力 ,，提供更強(qiáng)的擴(kuò)展性。具體到Vivado的使用中,，用戶經(jīng)?？梢酝ㄟ^對(duì)一個(gè)個(gè)子程序/過程的創(chuàng)建來擴(kuò)展或個(gè)性化Vivado的使用流程。

一些特殊符號(hào)

Tcl語言的基本語法相對(duì)簡(jiǎn)單,，但要熟練掌握仍需日常不斷練習(xí),。Xilinx網(wǎng)站上有很多相關(guān)資料，這里推薦兩個(gè)跟Tcl相關(guān)的文檔 UG835 和 UG894 ,，希望對(duì)大家學(xué)習(xí)Vivado和Tcl有所幫助,。

在Vivado中使用Tcl定位目標(biāo)

在Vivado中使用Tcl最基本的場(chǎng)景就是對(duì)網(wǎng)表上的目標(biāo)進(jìn)行遍歷、查找和定位,，這也是對(duì)網(wǎng)表上的目標(biāo)進(jìn)行約束的基礎(chǔ),。要掌握這些則首先需要理解Vivado對(duì)目標(biāo)的分類。

目標(biāo)的定義和定位

如 上圖所示,，設(shè)計(jì)頂層的I/O稱作ports,，其余底層模塊或是門級(jí)網(wǎng)表上的元件端口都稱作pins,。而包括頂層在內(nèi)的各級(jí)模塊，blackbox以及門級(jí) 元件,，都稱作cells,。連線稱作nets，加上XDC中定義的clocks,，在Vivado中一共將網(wǎng)表文件中的目標(biāo)定義為五類,。要選取這五類目標(biāo)，則 需用相應(yīng)的get_*命令,，例如get_pins等等,。

get_ports

ports僅指頂層端口，所以get_ports的使用相對(duì)簡(jiǎn)單,，可以配合通配符“* ”以及Tcl語言中處理list的命令一起使用,。如下所示，

get_cells/get_nets

不同于ports僅指頂層端口,，要定位cells和nets則相對(duì)復(fù)雜,，首先需要面對(duì)層次的問題。這里有個(gè)大背景需要明確：Vivado中Tcl/XDC對(duì)網(wǎng)表中目標(biāo)的搜索是層次化的,，也就是一次僅搜索一個(gè)指定的層次current_instance,，缺省值為頂層。

以下圖所示設(shè)計(jì)來舉例,，若要搜索A（不含a1,a2）層次內(nèi)的所有cells和名字中含有nt的nets,， 有兩種方法：

若要將搜索層次改為A+B+b1，則可以寫一個(gè)循環(huán),，逐一用current_instance將搜索層次指向A,，B和b1，再將搜索到的cells或nets合成一個(gè)list輸出即可,。

若要將搜索層次改為當(dāng)前層次以及其下所有子層次,，可以使用 -hierarchical （在Tcl中可以簡(jiǎn)寫為-hier ）。

在使用-hierarchical時(shí)有一點(diǎn)需要特別留意,，即后面所跟的搜索條件僅指目標(biāo)對(duì)象的名字,，不能含有代表層次的“/” 。 下面列出的寫法便是一種常見的使用誤區(qū),，并不能以此搜索到A及其下子層次內(nèi)所有的cells,。

get_pins

pins 在Vivado數(shù)據(jù)庫中有個(gè)獨(dú)特的存在形式，即 <instance>/<pin> ,。這里的“/”不表示層次,，而是其名字的一部分，表示這個(gè)pin所屬的實(shí)體。也就是說,，在使用get_pins 配合-hier來查找pins時(shí)，“/”可以作為名字的一部分,，出現(xiàn)在搜索條件內(nèi)（注意與上述get_ce lls和get_nets的使用區(qū)別）,。

目標(biāo)之間的關(guān)系

Tcl在搜索網(wǎng)表中的目標(biāo)時(shí)，除了上述根據(jù)名字條件直接搜索的方式,，還可以利用目標(biāo)間的關(guān)系,，使用-of_objects（在Tcl中可以簡(jiǎn)寫為-of）來間接搜索特定目標(biāo)。Vivado中定義的五類目標(biāo)間的關(guān)系如下左圖所示,。

以上示右圖的設(shè)計(jì)來舉例,，

下 圖是一個(gè)更復(fù)雜的示例，涉及跨層次搜索,?？梢钥吹皆趃et_pins時(shí)，要加上-leaf才能準(zhǔn)確定位到門級(jí)元件（或blackbox）的端口q,。另外,， 在實(shí)際操作中，使用get_nets和get_pins時(shí),，需要視情況而加上其它條件（-filter）才能準(zhǔn)確找到下述例子中的cells （i2）,。

高級(jí)查找功能

在使用get_*命令查找網(wǎng)表中的目標(biāo)時(shí)，除了名字這一直接條件,，往往還需要輔以其它更復(fù)雜的條件判斷,，這就需要用到高級(jí)查找功能：-filter 結(jié)合Tcl支持的各種關(guān)系和邏輯運(yùn)算符（==, !=, =~, !~, <=, >=, >, <, &&, ||）甚至是正則表達(dá)式來操作。

在 創(chuàng)建子程序時(shí)也常常用到-filter,，例如下述get_p的子程序/過程就可以用來返回指定管腳的方向?qū)傩?，告訴用戶這是一個(gè)輸入管腳還是一個(gè)輸出管 腳。 需要特別指出的是,，通常在-filter后會(huì)使用 { } ,，但此時(shí)需要對(duì) $direction做變量替換，必須如下所示改用 " "

Tcl在Vivado中的延伸應(yīng)用

Tcl 在Vivado中的應(yīng)用還遠(yuǎn)不止上述所列,，其它常用的功能包括使用預(yù)先寫好的Tcl腳本來跑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程,，創(chuàng)建高級(jí)約束（XDC不支持循環(huán)等高級(jí)Tcl語 法）以及實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的個(gè)性化設(shè)計(jì)流程等等。Tcl所帶來的強(qiáng)大的可擴(kuò)展性決定了其在版本控制,、設(shè)計(jì)自動(dòng)化流程等方面具有圖形化界面不能比擬的優(yōu)勢(shì),。

Vivado在不斷發(fā)展更新的過程中，還有很多新的功能,，包括ECO,、PR、HD Flow等等都是從Tcl腳本方式開始支持，然后再逐步放入圖形化界面中實(shí)現(xiàn),。這也解釋了為何高端FPGA用戶和熟練的Vivado用戶都更偏愛Tcl腳本,。

篇幅所限，不能一一展開,。關(guān)于以上Tcl在Vivado中的延伸應(yīng)用,，敬請(qǐng)關(guān)注Xilinx官方網(wǎng)站和中文論壇上的更多技術(shù)文章。

Ally Zhou 2014-9-12 于Xilinx上海Office