インクリメンタル・コンパイルを使ってみよう

こんにちは。

　　マクニカでインテル® FPGA 製品の技術サポートをしているインテル・F・ハナコです。

今回は、Quartus® Prime のコンパイル・テクニック「インクリメンタル・コンパイル」について概要をお話しします。

（インクリメンタル・コンパイルをご存じない方は、まず「FPGA デザインの一部だけを再コンパイルする方法」を先にご覧ください。）

インクリメンタル・コンパイルのサポート環境

インクリメンタル・コンパイルが使用できる環境を以下に示します。

対応する Quartus Prime	Quartus Prime Standard Edition
対応するデバイス・ファミリ	Quartus Prime Standard Edition がサポートするデバイス・ファミリ ※ ただし MAX® V、MAX II を除く ※ Arria 10 の場合は、Quartus® Prime Pro Edition においてインクリメンタル最適化機能（Incremental Optimization）の活用を推奨

インクリメンタル・コンパイルが有効な適用例

インクリメンタル・コンパイルは、デザイン・フローのさまざまな場面で適用でき、デザインの生産性向上に役立ちます。例えば、

・ソース・ファイル（特に大規模デザイン、大規模デバイス向け）変更時や最適化オプションを適用時のコンパイル時間を短縮
・他のロジックを追加する前に、既存デザインの結果を維持
・ファンクション・ブロックごとに担当者が設計し、最終的にトップ・レベルで結合する
・SignalTap® II ロジック・アナライザでのデバッグ時

このようなときに、大きなメリットが得られます。

トップダウン・アプローチとボトムアップ・アプローチ、あなたはどっち派？

ユーザーのデザイン構成、つまりプロジェクトの管理方法により、インクリメンタル・コンパイルのアプローチ方法（作業フロー）が異なります。

トップダウン・アプローチ方法

トップダウン・アプローチ手法

上図は、トップダウンでアプローチするイメージを表しています。

一つのプロジェクト下でデザイン設計を進めながら、変更が必要になったパーティション（モジュール）だけを再コンパイルする手法です。これにより、以下のメリットがあります。

・変更のないパーティションは再コンパイルされないので、コンパイル時間を短縮できる
・変更のないパーティションは最終回のコンパイル結果（論理合成結果あるいは配置配線結果）を引用するため、性能（パフォーマンス）を維持できる
・コンパイル時間の短縮により、タイミングクロージャが必要なパーティションの改善に注力できる
・Quartus Prime の操作フローが簡単！

そのため、インクリメンタル・コンパイル初心者向きの手法と言えます。

また、一つのプロジェクトの中で作業するため、ファイル管理もシンプルです。

ボトムアップ・アプローチ方法

もう一つは、ボトムアップからアプローチする方法です。

ボトムアップ・アプローチ手法

デザイン設計の初期段階からモジュールごとに独立してコンパイル作業を進め、各モジュールが完成したら最上位プロジェクトにインポートしていく、まるでパズルを組み立てるような手法です。

この方法には、以下のメリットがあります。

・パーティション（モジュール）ごとにプロジェクトを作成し、個々にコンパイル作業を進めることができるので、未完成のモジュールを待つ必要がない
⇒　作業のパラレル化により効率 UP！

・完成した下位の各パーティションは、qxp フォーマット（バイナリ化されたネットリスト）に変換して最上位プロジェクトに統合するので、最上位プロジェクトにおけるデザイン・ファイル管理がシンプルになる
⇒　例えば、自社開発のモジュール（例えばカスタム Intellectual property（IP）など）をパートナーに納品する際、qxp ファイルで提供できるので、下位パーティションの HDL ファイルを開示する必要がない

・性能を維持したままで下位の各パーティションを組み込むことができる

Quartus Prime の操作フローはやや複雑ですが、複数のグループで同時に設計をしている場合や、完成した下位モジュールからコンパイル作業に入りたい（かつ各モジュールの性能も維持したい）場合などに適した手法です。

インクリメンタル・コンパイルの主な作業はこの２つ

トップダウン・アプローチもボトムアップ・アプローチも、主な作業はこの2つ！

・デザインに対してパーティションを作成すること
・各パーティションのネットリスト・タイプを指定すること

これらをどのような手順でどのように作業するかは、各アプローチ方法により異なります。
ここでは、各アプローチ共通の操作に関してざっくりとご紹介します。

パーティションを作成する

ユーザー自ら、最上位階層のプロジェクトに対して “パーティション” という境界（間仕切り）を作ります。

インクリメンタル・コンパイルでは、このパーティション単位でコンパイル結果の情報（データベース）を生成します。

そのため、次回のコンパイル時に、前回のデータベースを更新（再コンパイル）するか、流用（保持）するかをパーティションごとに指定できるので、変更のあったパーティションだけを再コンパイルさせることができるのです。

1.　パーティションをコントロールするための Design Partitions Window （Assignments メニュー）を表示させて、<< new >> をダブルクリックします。

2.　Create New Design Partition のウィンドウが立ち上がるので、下位モジュールを追加します。

3.　これでパーティションの登録完了です！（プロジェクトの最上位デザインは、常に “TOP” としてパーティションに登録されます。）

プロジェクト内すべてのモジュールをパーティションに登録するかどうかは、ユーザーがどのようにプロジェクトのデザインを管理したいか、によります。

パーティションのネットリスト・タイプを指定する

作成したパーティションに対して、次回のコンパイル時に “前回のコンパイル結果のどの時点の情報” を適用するかを、Design Partitions Window の Netlist Type で指定します。
ネットリストの種類には、以下があります。

Netlist Type	概要
Source File	ソース・ファイルを使用し、常にコンパイルが実行されます。
Post-Synthesis	前回のコンパイル（論理合成後）のネットリストを適用します。
Post-Fit	前回のコンパイル（配置配線後）のネットリストを適用します。
Empty	ソースもネットリストも使用しません。パーティション間のポート接続のみ実行されます。

また、Post-Fit を指定した場合はさらに細かく配置配線状況のレベル（Fitter Preservation Level）を指定することが可能です。

インクリメンタル・コンパイルの操作方法

各アプローチ方法に応じた操作手順は、下記インテル® FPGA オンライン・トレーニングをご覧ください。

Quartus Prime インクリメンタル・コンパイルトレーニングリスト

なお、インテル® FPGA オンライン・トレーニングの受講方法は、下記ページを参考にしてください。

インテル FPGA テクニカル・トレーニングを無料で受講しよう

メーカーのホームページにインクリメンタル・コンパイルに関する技術資料やトレーニングおよびデモをまとめたポータルページがありますので、こちらもご利用ください。（※ 最新情報は英語サイトをご活用ください。）

インクリメンタル・コンパイル・リソース・センター（日本語サイト）
インクリメンタル・コンパイル・リソース・センター（英語サイト)

最後に

いかがでしたか、インクリメンタル・コンパイル。
簡易的にコンパイル時間を短縮したいならスマート・コンパイルやラピッド・リコンパイル、計画的に詳細なコントロールをしたい & そのついでにコンパイル時間も短縮したいならインクリメンタル・コンパイルですね。

知っているのと知らないのでは、コンパイル時間に大きな差があります。うまく活用して、効率アップを図ってください。