Jul. 15, 2025

運用 Altera Quartus Prime Pro Edition 進行高效能Interface Planning規劃

前言

在進階 FPGA 設計中，Interface Planning是一個基礎的早期步驟。它涉及對介面物理約束的可行性進行分析。由於周邊元件的佈局可能是一個涉及許多變數的複雜過程，Altera Quartus Prime Interface Planner 工具應運而生，用於簡化準確約束物理實現的規劃。Interface Planner 位於 Altera Quartus Prime Pro Edition 使用者指南的「Design Constraints」之下。

Interface Planner 的主要功能與目的

您可以使用 Interface Planner 來原型化介面實現、規劃時脈，並快速定義一個合法的裝置底板規劃 (legal device floorplan)。這個工具特別有助於管理 Altera FPGA 內周邊元件之間複雜的互動。這些周邊元件包含硬體 PCIe IP 核心、高速收發器、硬體記憶體介面電路和嵌入式處理器等。

Interface Planner 透過以下方式簡化了這種複雜性：

允許您快速視覺化並佈局各種 I/O 介面和周邊元件。
支援規劃的元素包括 I/O 元件、LVDS 介面、PLL、時脈、硬體介面 IP 核心、高速收發器、硬體記憶體介面 IP 核心和嵌入式處理器。

Interface Planner 的工作方式

Interface Planner 工具（可從 Tools 選單啟動與 Altera Quartus Prime Fitter 動態互動。在您放置元件時，Fitter 會即時驗證佈局的合法性。這種即時驗證確保了您的介面規劃與實際實現結果之間的高度相關性。這使得您可以評估不同的底板規劃，並使用互動式報告精確規劃最佳實現，而無需進行迭代編譯。規劃完成並驗證後，您可以將這些介面規劃約束應用於您的專案，對最終實現充滿信心。

nterface Planner 的圖形使用者介面 (GUI) 會顯示您專案的邏輯階層、後綜合的設計元件以及 Fitter 建立的設計元件。這些資訊會與目標裝置位置的視圖並排顯示。GUI 支援多種方法在底板規劃中放置設計元件。在 Plan tab 中，當您在 Chip View 或 Package View 中放置設計元件時，Fitter 會即時驗證佈局的合法性。

Altera FPGA 包含核心和周邊裝置位置。核心位置包括 ALUTs、核心觸發器、RAM 和 DSP9。周邊裝置位置包括 I/O 元件、PLLs、時脈緩衝器和硬體處理器系統 (HPS)

Interface Planner 工具流程

Interface Planner 的使用者介面旨在引導您完成設計規劃步驟。Flow control 按典型介面規劃流程的順序提供對常見命令的即時存取。只有在前置步驟完成後，Interface Planner 才會允許您執行後續命令。

基本 Interface Planning 流程步驟如下：

1.設定與綜合專案 (Setup and Synthesize the Project)：

Interface Planner 需要至少是一個部分完成、已綜合的 Altera Quartus Prime 專案作為輸入。您必須至少執行 Analysis & Synthesis 階段後，才能執行 Interface Planner。此步驟中，建議定義已知的周邊介面、實例化 IP 核心、宣告通用 I/Os 並定義其標準和屬性，以及定義核心時脈（推薦）。將周邊 IP 的介面連接到虛擬引腳或測試邏輯，有助於確保周邊介面在綜合優化後得以保留。

2.初始化 Interface Planner (Initialize Interface Planner)：

啟動 Interface Planner 會載入綜合快照的編譯資料庫。它會啟用 View Assignments 命令和 Assignments tab，以便協調專案約束。初始化後，Fitter 會在您進行更改時動態驗證您的介面規劃。Interface Planner 需要至少是一個部分完成、已綜合的 Altera Quartus Prime 專案作為輸入。您必須至少執行 Analysis & Synthesis 階段後，才能執行 Interface Planner。此步驟中，建議定義已知的周邊介面、實例化 IP 核心、宣告通用 I/Os 並定義其標準和屬性，以及定義核心時脈（推薦）。將周邊 IP 的介面連接到虛擬引腳或測試邏輯，有助於確保周邊介面在綜合優化後得以保留。

3.使用專案約束更新規劃 (Update Plan with Project Assignments)：

在進行周邊規劃之前，您必須協調任何衝突的匯入專案約束。您需要在 Assignments tab 中啟用或禁用特定的或組別的專案約束，以解決衝突或實驗不同設置。解決所有衝突後，點擊 Flow control 上的 Update Plan 將啟用的專案約束應用於您的介面規劃。

4.規劃周邊佈局 (Plan Periphery Placement)：

點擊 Flow control 上的 Plan Design，您可以在裝置周邊的合法位置互動式地放置 IP 核心和其他設計元件。Plan tab 會顯示您的專案設計元素列表以及目標裝置架構的圖形抽象表示。為了提高效率，建議按照以下順序放置設計元件：

首先放置所有已知特定位置要求的 I/O 引腳或元件 (例如 PLLs)
其次放置所有已知的周邊介面。
最後 (可選) 放置所有剩餘未放置的單元 (cells)1。您可以使用拖放、右鍵選單的 Autoplace Selected 或 Legal Locations 列表來放置元件。您也可以在 Plan tab 中規劃時脈網路。

5.報告佈局資料 (Report Placement Data)：

您可以生成 Interface Planner 佈局和連接性報告，以幫助定位單元並針對設計中的介面和元件做出最佳佈局決策。點擊 Flow control 上的 View Reports 可以打開 Reports tab，從中您可以生成各種報告。Interface Planner 提供詳細的、可操作的回饋，幫助您快速實現設計的最佳規劃。

6.驗證並匯出規劃約束 (Validate and Export Plan Constraints)：

在將規劃約束作為生成的 Tcl 腳本匯出到專案之前，您必須先驗證介面規劃。驗證必須確認 Fitter 可以佈局所有剩餘未放置的設計元件。驗證成功後，點擊 Export Constraints 生成一個 Tcl 腳本，將規劃應用於您的專案。匯出的 Tcl 文件包含將介面規劃應用於您的 Altera Quartus Prime 專案的說明。要將匯出的介面規劃約束應用於您的專案，可以通過 Tools > Tcl Scripts 選單執行腳本，或在命令列中使用 quartus_sh -t <assignments_file>.tcl 命令執行腳本。最後，運行 Analysis & Synthesis 階段以應用介面規劃。

Interface Planner 使用者介面概覽 (GUI Overview)

Interface Planner 的使用者介面包含多個控制面板和視圖，幫助您進行規劃：

Flow Control：

提供命令的即時存取，並按照典型的介面規劃流程順序排列。命令包括 Initialize Interface Planner、View Assignments、Update Plan、Plan Design、Validate Plan、Export Constraints、View Reports、View Summary Reports 等。

Home Tab：

主要用於在 standalone 模式下打開專案。

Assignments Tab：

用於查看、啟用或禁用匯入的專案約束，並解決潛在的衝突。

Plan Tab：用於在裝置的 Chip View 或 Package View 中互動式地放置設計元件。您可以過濾設計元件列表，查看 Legal Locations，並使用 Autoplace 功能。Chip View 顯示裝置資源的劃分，Package View 顯示 I/O 引腳細節。

Reports Tab：用於生成 Interface Planner 報告。

Interface Planner 報告

Interface Planner 生成多種報告，提供詳細的規劃資訊，幫助您定位單元並分配合適的佈局位置。主要報告類型包括：

Report Summary：提供周邊單元的總結報告，如總數、已佈局/未佈局數量、位置類型等。
Report Pins：生成關於設計中 I/O 引腳的報告，列出已佈局或未佈局引腳的詳細資訊和位置。
Report HSSI Channels：生成關於 Interface Plan 中 HSSI 通道的報告。
Report Clocks：生成顯示規劃中時脈網路的報告。
Report Periphery Locations：生成顯示 Interface Plan 中周邊單元狀態的報告。
Report Cell Connectivity：生成顯示 Interface Plan 中所有單元之間連接的報告。
Report Instance Assignments：顯示 Interface Plan 中所有匯入的專案約束。

結論

總而言之，Interface Planner 是 Altera Quartus Prime Pro Edition 中一個強大的工具，旨在簡化複雜的周邊元件佈局規劃，並通過與 Fitter 的即時互動確保規劃的準確性與最終實現的高度相關性。它提供了一個結構化的流程和豐富的視覺化及報告功能，幫助設計者在早期階段定義合法且高效的物理介面佈局。