2. Quartus工程建立与优化基线

在开始任何资源与功耗优化之前，必须先建立一个“可复现、可对比”的工程基线。所谓基线，是指在固定器件、固定 Quartus 版本、固定约束与固定编译策略下，工程所呈现的资源占用（ALM、寄存器、Block Memory、DSP）与功耗估算（总功耗、动态功耗、静态功耗）的初始数值。后续所有优化动作，都必须与这份基线做同口径对比，否则“优化了多少”无从判断。本节围绕工程创建、器件选型、综合与布局布线流程、基线报告生成四个环节展开，并给出可直接照做的操作与判读方法。

一、工程创建：把“可复现”写进工程结构

推荐使用 Quartus Prime 的 New Project Wizard 建立工程，并在创建阶段就确定目录结构。一个便于对比的工程目录通常包含：rtl/（源码）、constraints/（SDC 与引脚约束）、ip/（IP 生成文件）、scripts/（Tcl 脚本）、output_files/（编译产物）。工程名与顶层实体名保持一致，避免后续脚本引用混乱。

创建时需明确三项：顶层实体名、目标器件、EDA 工具链设置。若工程由脚本生成，可用如下 Tcl 片段固定工程参数，保证每次重建结果一致：

project_new top_baseline -overwrite
set_global_assignment -name FAMILY "Cyclone IV E"
set_global_assignment -name DEVICE EP4CE10F17C8
set_global_assignment -name TOP_LEVEL_ENTITY top_baseline
set_global_assignment -name VERILOG_FILE rtl/top_baseline.v
set_global_assignment -name SDC_FILE constraints/top_baseline.sdc
set_global_assignment -name PROJECT_OUTPUT_DIRECTORY output_files
project_close

注意：-overwrite 会覆盖同名工程，适合在版本控制中反复重建；若需保留历史基线，应改为不同工程名或不同输出目录。

二、器件选型：先定“资源与功耗的量级”

器件选型直接决定基线的量级。以 Cyclone IV E 系列为例，EP4CE6、EP4CE10、EP4CE15 的逻辑单元（LE）数量分别约为 6K、10K、15K，Block Memory 与 DSP 资源也不同。选型时应先估算设计需求，再留出 20%～30% 余量，避免“刚好塞满”导致布局布线失败或时序恶化。

选型判断可参考以下经验：若设计以组合逻辑与控制为主，LE 是主要瓶颈；若含大量查找表、FIFO、缓存，则 Block Memory 更关键；若含乘法、滤波、矩阵运算，DSP 数量决定能否映射。器件选型一旦确定，后续所有资源与功耗数据都以此为基准，不应在优化中途随意更换器件，否则基线失去可比性。

三、综合与布局布线：固定编译策略

Quartus 的编译流程为 Analysis & Synthesis → Fitter（布局布线）→ Assembler → Timing Analysis → Power Analysis。要得到稳定基线，需固定以下设置：

• 综合优化目标：Balanced 或 Area，二者资源结果不同，基线中必须记录所用选项。
• Fitter 努力级别：Standard Fit 与 Auto Fit 的布局结果不同，建议基线统一使用 Standard Fit。
• 时序约束：SDC 中至少给出主时钟周期，例如 create_clock -name clk -period 20.000 [get_ports clk]，对应 50 MHz。
• 引脚约束：固定引脚位置，避免每次编译引脚随机分配导致 I/O 功耗波动。

编译完成后，在 Compilation Report 中依次查看 Fitter → Resource Section 与 Power Analyzer → Summary，即可得到资源与功耗基线。若使用脚本，可用 quartus_map、quartus_fit、quartus_sta、quartus_pow 分步执行，便于在每一步后提取数据。

四、生成资源与功耗基线报告

编译完成后，资源基线主要看 Fitter 报告中的 Total logic elements、Total registers、Total memory bits、Embedded Multiplier 9-bit elements 等条目。功耗基线则看 Power Analyzer Summary 中的 Total Thermal Power、Dynamic Thermal Power、Static Thermal Power。若未提供 VCD/SAIF 激励文件，Power Analyzer 会基于默认翻转率估算，此时应记录“估算模式”，并在后续优化中保持同一模式，避免因激励不同造成假差异。

建议将基线数据整理为一张可填写的记录表，示例如下（数值为示例，非实测）：