1.5 性能指标
对于一个FPGA设计，我们该如何评估其性能呢？通常会用到以下几个指标：设计可运行的最高频率（Fmax）、输入到输出的时钟周期数（Latency）、吞吐率（Throughput）、资源利用率和功耗（Power）。
Fmax可通过时序报告计算得到。在Vivado中，可通过命令report_timing_summary生成时序报告，如图1-46所示。当WNS、WHS和WPWS均大于或等于0时，表明时序已收敛。
图1-46
在图1-46中，WNS为0.171ns，若时钟周期为10ns，那么Fmax为
显然，WNS越大越好。
输入到输出的延迟通常用时钟周期个数来表示，称为Latency，该指标也反映了设计的流水级数。如图1-47所示，输入x0对应的输出为y0，输入x1对应的输出为y1，从输入到输出需要3个时钟周期，因此Latency为3。相邻两个输入之间间隔的时钟周期个数反映了该设计的吞吐率。显然，Latency越小越好。但Latency小意味着流水级数低，这可能会导致Fmax降低。
图1-47
在Vivado下，可通过命令xilinx::designutils::report_failfast（从Vivado 2022.1开始，可直接使用命令report_qor_assessment）查看资源利用率的指导值和实际值，如图1-48所示，图中，Guideline列对应指导值，Actual列对应实际值，Status列若为REVIEW，则表明其所在行对应的资源利用率超过指导值。
图1-48
将图1-48中的信息提取出来，形成表1-7，表中，LUTRAM表示分布式RAM，SRL表示用LUT实现的移位寄存器。根据此表，我们可以在设计初期进行芯片选型。需要注意的是BRAM、UltraRAM和DSP48三者的资源利用率都不能超过80%，若超过了80%，则要保证三者的平均利用率低于80%。
表1-7
此外，我们还要看设计功耗是否达到预期目标。在Vivado下，可通过命令report_power生成当前设计的功耗报告，如图1-49所示。报告提供的信息越多（如通过仿真提供.saif文件等），可信度越高。
图1-49
这些性能指标不是独立的，而是相互影响的。有时为了提升Fmax而增加Latency或资源利用率；有时为了降低资源利用率而牺牲Fmax。无论如何，最终的目标是实现时序和功耗均收敛。时序收敛意味着设计达到了预期的Fmax，功耗收敛意味着设计的功耗在目标范围内。