目录

一、前言

二、Control Set控制集

三、Control Set控制集优化

四、优劣

一、前言

        在工程设计优化中，综合阶段优化中有一项常见的优化，控制集（control set）优化，在vivado的Synthesis中有对该配置项的解释，如下图

大意为该配置项为触发器的同步控制集门限设置，默认值为auto，也可设置为0-16之间的其他数字，数字设置的越大，优化的控制集将更多，最终存在的控制集将更少，设置为0表示不进行优化。

二、Control Set控制集

        控制集即为触发器控制信号的集合，触发器的控制信号包括时钟信号，使能信号，置位/复位信号。以器件xc7vx485tffg1157-1为例，Slice的结构如下图，右侧8个为寄存器。因为一个Slice只有一路的CK信号，一路CE信号，一路SR信号输入，因此，在一个Slice中的FF是共用CK，CE，SR信号，也只有FF使用相同的CK，CE，SR信号才能放置到同一个Slice中。

三、Control Set控制集优化

        对控制集的优化也即是根据设置的Control_set_opt_threshold值调整的控制集的数量，通过第二章可知，如果控制集的信号完全相同的寄存器，可放入同一个slice中。设置了控制集优化后，对于一些同步复位，同步置位和同步使能信号，当数量小于设置的Control_set_opt_threshold值时，也可以放置到同一个slice中。

        下图中，左侧中是两个处于两个Slice中的寄存器，一个是同步复位，一个是同步使能，二者的时钟信号都是clk0，。通常情况因为两个寄存器的复位和使能信号不同，因此放置在两个slice中。设置优化后，复位和使能信号都是通过前面添加一个LUT来实现同步复位和同步使能的作用，对应寄存器的RST和使能端口不用。

        为何前面增加使用一个LUT可以实现同步复制或同步使能的效果？以同步复位为例。

        假设原先直接使用寄存器的RST信号输入时，寄存器数据输入D和RST信号的逻辑真值表如下，使能信号高电平时有效，复位信号RST高电平复位，即只有在使能信号高电平，复位信号为低电平时，输入才有效，表中0/1表示为0或1。

        优化增加了LUT后，通过LUT的INIT值来控制同步复位，寄存器的输入D1和复位信号RST1是连接到了LUT的I0和I1输入口，LUT的输出为Q0，即只要保证Q0与D1和RST1的逻辑真值表如下表。即只要RST为1时，LUT的输出Q0为1，RST为0时，输出等于输入D1，即保证了复位信号RST的有效性。下述逻辑最终是在LUT的INIT值上体现。

四、优劣

        通过第三节的分析可知，优化后的寄存器放置到了同一个Slice中，在时序上可能会有一定的提高作用，缺点也是显而易见的，需要消耗更多的LUT资源。

    ​    ​根据xilinx的经验，当工程的控制集小于整个芯片控制集数目的7.5%时，可以无需优化，当大于整个芯片控制集数目的15%时，需要降低控制集数目。