不同操作系統(tǒng)間QoR性能存在差異

本篇博文中的分析是根據(jù)真實(shí)客戶問題撰寫的，該客戶發(fā)現(xiàn)不同操作系統(tǒng)間 QoR 性能存在差異。雖然可以理解賽靈思無法保證不同操作系統(tǒng)間的可重復(fù)性，正如"賽靈思答復(fù)記錄 61599"中所述，但此處案例中出現(xiàn)的差異量級值得進(jìn)一步深入調(diào)查。

最初在 Windows 上的結(jié)果更好，但后續(xù)在 Linux 上結(jié)果更好, 最后發(fā)現(xiàn)，此問題與設(shè)計(jì)中存在的某些極其嚴(yán)重的方法違例有關(guān)。

問題說明：

用戶發(fā)現(xiàn)相同設(shè)計(jì)在 Linux 與 Windows 上存在顯著的時序差異。

在每個操作系統(tǒng)上運(yùn)行完全相同的設(shè)計(jì)生成結(jié)果如下：在 Linux 上 WNS = -0.439ns，在 Windows 上 WNS = +26ps。

該用戶在不同機(jī)器上多次運(yùn)行構(gòu)建，但針對各操作系統(tǒng)得到的結(jié)果是相同的。

以下“設(shè)計(jì)時序匯總 (Design Timing Summary)”截屏中顯示了來自 Linux 的時序違例。在 Windows 上運(yùn)行時，時序未出現(xiàn)任何錯誤。

注：您可使用以下選項(xiàng)來檢查自己的設(shè)計(jì)的“時序匯總 (Timing Summary)”：

■ 在 Vivado GUI 中，轉(zhuǎn)至“報(bào)告 (Reports)”選項(xiàng)卡 ->“時序 (Timing)”->“時序匯總報(bào)告 (Report Timing Summary)”

■運(yùn)行以下 Tcl 命令：

report_timing_summary -file /timingreport.txt

Linux 運(yùn)行結(jié)果：

Windows 運(yùn)行結(jié)果：

根本原因分析：

首先要驗(yàn)證的是，在 2 個平臺上運(yùn)行時，所有設(shè)計(jì)源代碼、約束集、綜合和實(shí)現(xiàn)指令以及 Vivado 工具設(shè)置都完全相同。另請確保不同操作系統(tǒng)上應(yīng)用的 Vivado 補(bǔ)丁不存在任何差異，并且在 Vivado_Init.tcl 文件中未設(shè)置任何工具參數(shù)。

進(jìn)一步深挖設(shè)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，在布局布線后可以從 Tcl 控制臺 (Tcl Console) 執(zhí)行 write_xdc。這樣即可驗(yàn)證對兩個平臺上的構(gòu)建所應(yīng)用的約束是否相同。

要檢查與時鐘/架構(gòu)/CDC 等相關(guān)的警告/嚴(yán)重警告，請打開方法論報(bào)告。

要在 Vivado GUI 中打開方法論報(bào)告，請轉(zhuǎn)至“報(bào)告 (Report)”選項(xiàng)卡 ->“方法論報(bào)告 (Report Methodology)”，或者在 Tcl 控制臺 (Tcl console) 中，使用 report_methodology。

報(bào)告打開后，您可能會看到幾條與設(shè)計(jì)相關(guān)的警告和嚴(yán)重警告。

瀏覽此報(bào)告時，我們發(fā)現(xiàn)了幾項(xiàng)警告，這些警告與設(shè)計(jì)中的時鐘關(guān)系相關(guān)的錯誤實(shí)踐有關(guān)（這些警告的 ID 為 TIMING-6 和 TIMING-7），如下圖所示。

Timing-6 Critical Warning 顯示 Vivado 找到了 2 個時鐘，這 2 個時鐘一起定時，但并沒有公用的基準(zhǔn)時鐘。

默認(rèn)情況下，這 2 個報(bào)告的時鐘被視為相關(guān)聯(lián)時鐘，并以同步方式進(jìn)行定時，即使這 2 個時鐘并非衍生自公共的基準(zhǔn)時鐘，且不含有已知相位關(guān)系，也同樣如此。DRC 警告報(bào)告稱時序引擎無法保證這些時鐘處于同步狀態(tài)。

Timing-7 Critical Warning 顯示 Vivado 找到了 2 個時鐘，這 2 個時鐘一起定時，但并沒有公用的節(jié)點(diǎn)。此 DRC 報(bào)告稱時序引擎無法保證這些時鐘在硬件中同步，因?yàn)樗鼰o法確定 2 個時鐘樹之間的公共節(jié)點(diǎn)。

某些方法論嚴(yán)重警告可能暗示設(shè)計(jì)上存在 QoR 問題，即存在此類任意嚴(yán)重警告有時可能導(dǎo)致不同運(yùn)行的結(jié)果出現(xiàn)不一致。下列方法論嚴(yán)重警告應(yīng)作為極其嚴(yán)重 (Super Critical) 警告來處理：

■ TIMING-6

■ TIMING-7

■ TIMING-8

■ TIMING-14

■ TIMING-35

無論任何設(shè)計(jì)都不應(yīng)存在上述任一違例，用戶應(yīng)采取行動盡快解決這些違例，以免影響 QoR。

TIMING-6 和 TIMING-7 - 如何解決這些警告/嚴(yán)重警告：

解決辦法取決于 2 個時鐘域處于異步還是同步狀態(tài)。

對于異步時鐘，時序例外（例如，set_max_delay -datapath_only、set_clock_groups 或 set_false_path）應(yīng)覆蓋 2 個域之間的路徑。

分析設(shè)計(jì)后，發(fā)現(xiàn) set_false_path 是對應(yīng)此 DRC 的正確約束。

要查找這些時鐘之間的路徑，請運(yùn)行以下命令：

report_timing -from [get_clocks ] -to [get_clocks ]

請參閱 UG906以獲取有關(guān) TIMING-6、TIMING-7 以及來自 report_methodology 的所有其它嚴(yán)重警告的深層詳細(xì)信息。

解決方案和結(jié)論：

當(dāng)糾正 TIMING-6 和 TIMING-7 違例后，設(shè)計(jì)在 Windows 和 Linux 上生成了一致的結(jié)果。

雖然賽靈思不保證不同操作系統(tǒng)間的可重復(fù)性，但設(shè)計(jì)中存在上述任何極其嚴(yán)重警告都可能導(dǎo)致 QoR 欠佳。在這個案例中，由于存在這些違例，導(dǎo)致在某一操作系統(tǒng)內(nèi)生成的結(jié)果較另一個操作系統(tǒng)內(nèi)生成的結(jié)果更差。

審核編輯：湯梓紅