一、概述
在 Vivado 设计套件中，第一类对象（First Class Objects）是用于建模 FPGA 设计数据库的各种设计和设备对象。这个概念其实是对于Vivado的处理而言的。
1.1 Tcl 和 Vivado 的关系
Tcl 在 Vivado 设计套件中扮演着核心角色。Vivado 提供了丰富的 Tcl API，使用户能够通过编写 Tcl 脚本来自动化设计流程、定制工具行为、执行批量操作等。这种灵活性和自动化能力是 Vivado 的一个重要特点，使得它能够适应不同用户的特定需求和工作流程。Tcl 的使用范围包括但不限于：
- 自动化设计流程，如综合、实现和验证。
- 参数化设计和批量处理。
- 生成和分析报告。
- 创建和管理项目和设计数据库。
- 定制用户界面和工具行为。
总之，Tcl 是 Vivado 设计套件的重要组成部分，它为用户提供了强大的工具来控制和自动化 FPGA 设计过程，同时也是操作和管理第一类对象的主要手段。
1.2 Tcl 和第一类对象的关系
Tcl（Tool Command Language）是 Vivado 设计套件中用于自动化和脚本编写的主要语言。在 Vivado 中，Tcl 提供了一种直接访问和操作第一类对象的方法。通过 Tcl 命令，用户可以查询和修改这些对象的属性、创建和删除对象、连接对象之间的关系等。例如：
- 使用
get_cells命令获取设计中的单元（Cell）对象。- 使用
set_property命令设置对象的属性。- 使用
create_net命令创建新的网络（Net）对象。
因此，Tcl 和第一类对象之间的关系是交互式的，Tcl 命令提供了一种方式来控制和管理这些对象，从而实现设计自动化和优化。
Vivado 一级对象的特点：
- 对象性质：一级对象具有更丰富的特性，不仅包括其自身的属性，还包括与其他对象的关系。
- 可操作性：可以对这些对象执行各种操作，如设置属性、获取属性值、添加或删除关联等。
- 可查询性：可以查询这些对象的属性和关系，以获取设计的详细信息。
1.3 主要的类别和相应的第一类对象
以下是一些主要类别和相应的第一类对象：
设计对象（Design Objects）
- Cell：代表设计中的一个逻辑单元，如触发器、查找表（LUT）、寄存器等。
- Net：代表设计中的一根或一组导线，用于连接不同的单元或引脚。
- Pin：代表单元上的逻辑连接点，用于连接网络。
- Port：代表设计的输入或输出接口，通常连接到 FPGA 的 I/O 引脚。
设备对象（Device Objects）
- Site：代表 FPGA 芯片上的一个物理位置，用于放置单元。
- Tile：代表 FPGA 芯片上的一个区域，包含一组相关的站点。
- Clock Region：代表 FPGA 芯片上的一个时钟区域，用于管理时钟资源。
项目对象（Project Objects）
- Project：代表一个 Vivado 项目，包含设计文件、约束文件和配置设置。
- File：代表项目中的一个文件，如源代码文件、约束文件等。
这些第一类对象是 Vivado 设计套件中进行设计建模、分析和优化的基础。通过操作和查询这些对象，设计者可以有效地管理和控制他们的 FPGA 设计。在 Vivado 中，这些对象及其属性和关系为设计自动化提供了强大的工具。
二、第一类对象的补充
在 Vivado 设计套件中，第一类对象（First Class Objects）是最重要的对象类型，因为它们直接关联到设计的物理和逻辑结构，并且可以被直接操作和查询。除了第一类对象之外，还有一些其他类型的对象，但它们通常不被称为“第二类对象”或其他类别。这些其他类型的对象包括：
- 属性（Properties）：属性是附加到第一类对象上的信息，用于定义对象的特定特性或行为。例如，一个单元（Cell）对象可能有一个属性来指示它是否应该被映射到一个特定类型的硬件资源上。
- 约束（Constraints）：约束是用于指定设计要求的规则，如时序约束、布局约束等。虽然约束本身不是设计的物理或逻辑部分，但它们对设计的实现和性能有重要影响。
- 配置（Configurations）：配置是指定设计在编译或实现过程中应该如何处理的设置。这些配置通常影响综合、布局布线和仿真等过程。
- 报告（Reports）：报告是 Vivado 工具生成的，用于提供设计分析结果的文档。例如，时序报告、资源利用率报告等。
尽管这些对象类型在 Vivado 设计流程中非常重要，但它们通常不被视为独立的类别，而是作为第一类对象的补充，帮助定义和优化设计。在 Vivado 中，大多数操作和分析都是围绕第一类对象进行的，这些对象直接映射到 FPGA 设计的物理和逻辑结构上。
三、操作
在 Vivado 设计套件中，你可以对第一类对象执行多种操作，这些操作包括但不限于：
3.1 查询 (Querying)
- 使用
get_cells、get_nets、get_ports等命令查询设计中的单元、网络和端口等对象。 - 例如，
get_cells -hierarchical可以获取设计中所有层次化的单元。
3.2 设置属性 (Setting Properties)
- 使用
set_property命令设置对象的属性。 - 例如，
set_property PACKAGE_PIN H15 [get_ports clk]将顶层端口clk的封装引脚设置为H15。
3.3 创建和删除 (Creating and Deleting)
- 使用
create_cell、create_net等命令创建新的单元或网络。 - 使用
remove_cell、delete_net等命令删除现有的单元或网络。
3.4 连接和断开 (Connecting and Disconnecting)
- 使用
connect_net命令将网络连接到单元的引脚。 - 使用
disconnect_net命令将网络从单元的引脚断开。
3.5 时序分析 (Timing Analysis)
- 使用
report_timing、report_clock_interaction等命令进行时序分析。 - 例如，
report_timing -from [get_ports clk] -to [get_ports data_out]报告从clk端口到data_out端口的时序路径。
3.6 仿真控制 (Simulation Control)
- 使用
launch_simulation、run_simulation等命令控制仿真流程。
3.7 布局布线 (Placement and Routing)
- 使用
place_design、route_design等命令进行布局布线。 - 例如，
place_design命令执行设计的布局。
这些操作使得 Vivado 设计套件成为一个功能强大的工具，可以对 FPGA 设计进行详细的操作和分析。通过 Tcl 脚本，设计者可以自动化这些操作，提高设计流程的效率和灵活性。
四、总结
Vivado 设计套件中的第一类对象是构建和管理 FPGA 设计的基础，包括设计对象（如 Cell、Net、Pin、Port）、设备对象（如 Site、Tile、Clock Region）和项目对象（如 Project、File）。这些对象提供了对设计的直接控制和查询能力，使得设计者能够有效地操作和优化他们的 FPGA 设计。通过 Vivado 提供的丰富的 Tcl 命令和 API，用户可以实现设计流程的自动化，提高效率和灵活性。
