FPAG之静态时序分析与时钟约束(1)
看了一周PL端的大程序，甚是复杂。所以来学学时序方面的基础知识。不然都不知道时序约束怎么通过。
参考内容：
正点原子FPGA静态时序分析与时序约束_V2.2.pdf
《Xilinx FPGA权威设计指南 ——Vivado 2014集成开发情况》
概念
时钟
时钟抖动
时钟偏差
Uncertainty
同步/异步电路
创建时间/保持时间
发起沿/捕获沿
1.时钟：理想的时钟模型是一个占空比为50%的方波。实际电路中输入给FPGA的晶振时钟是正弦波。
实际晶振产生的正弦波存在一些时钟抖动。
2.时钟抖动（Clock Jitter）：相对于理想时钟沿，实际时钟存在不随时间积聚的、时而超前、时而滞后的偏移。（时钟脉冲宽度发生临时变革，T cycle 即Period或大或小）
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/003c655675c94f10a4c24a0ddba700a2.png
3.时钟偏差（Clock Skew）：同一个时钟域内的时钟信号到达数字电路各个部分(一样平常指寄存器)所用的时间差异
走线延时；组合逻辑；
时钟域；时钟树；
时序分析
时序分析的根本路径
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/c9d26adb843c4b3b99349b6b27667fd8.png
管脚输入和寄存器之间的路径（即 pin2reg）： 从 device A 的时钟到 FPGA 的第一级寄存器的输入端口，这个部分包括 3 个耽误，分别是 Tco（时钟到寄存器输出延时），Input Delay（PCB 板子的输入走线耽误）和 Internal Delay（FPGA 内部的输入走线耽误）。
寄存器和寄存器之间的路径（即 reg2reg）： 两个同步元件之间的路径（rega 到 regb 蓝色），这个部分包括 2 个耽误，分别是 Tco（时钟到寄存器输出延时）和 Data Path Delay（FPGA 内部的组合逻辑和数据走线延迟）。
寄存器和管脚输出之间的路径（即 reg2pin）： 最后一级寄存器到 device B 数据端口的路径（黄色），这个部分包括 3 个耽误，分别是 Tco（时钟到寄存器输出延时），Internal Delay（FPGA 内部的输入走线耽误）和 Output Delay（PCB 板子的输出走线耽误）。
管脚输入和管脚输出之间的路径（即 pin 2pin）： 端口到端口的路径（dinb 到 dinb 绿色），这个部分包括 1 个耽误，即 Data Path Delay（FPGA 内部的组合逻辑和数据走线耽误）。
时序分析的根本公式
数据到达时间：数据在发送沿发送后，经过T会到达接收寄存器的数据端口。
时钟到达时间：时钟到达接收寄存器的时钟端口（发送数据的下一个采样沿开始）。
创建时间的裕量（Setup Slack）：正值——说明创建关系合格；负值——不合格，会导致采样出错。
数据到达时间 = 启动沿时间 + Tclk1 + Tco + Tdata（reg2）
数据锁存/读取时间 = 锁存沿时间 + Tclk2 - Tsu
创建裕量 = 数据锁存时间 - 数据到达时间
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/025bbbee242c4dd3bfab1460f9e6ba04.png
保持时间的裕量（Hold Slack）：正值——保持关系合格；负值——保持关系不满足，会导致采样出错。
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/f392977c7d2247d190d638270788f944.png
数据保持时间 = 启动沿 + Tclk1 + Tco + Tdata + 数据周期时间
数据锁存时间 = 锁存沿 + Tclk2 + Th
保持裕量 = 数据保持时间 - 数据锁存时间
多周期路径（Multicycle Paths）检查
有时：数据不必要在下一个时钟周期就稳固下来，大概在数据发送后的几个时钟周期之后才起作用；一些数据经过的路径较复杂，延时较大，无法在下一个时钟周期稳固下来，必须要在数据发送后数个时钟周期之后才能被接纳。
e.g 乘法器
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/8f852b9cb5bb468389b5f2d72c7240f0.png
在多周期路径的创建时间（Setup Time）检查中，时序分析软件会按照用户指定的周期数延长Data Required Time，放松对相应数据路径的时序约束，从而得到正确的时序余量盘算结果； 在保持时间（Hold Time）检查中，时序分析软件也会相应地延长Data Required Time，不再按照单周期路径的分析方式实验（不再接纳launch edge近来的时钟沿，而是接纳latch edge近来的时钟沿），这就必要用户指定保持时间对应的多周期个数。 多周期路径是为相识决信号流传太慢的题目，慢到一个周期都不敷，所以要把Setup Time的检查往后推几个周期—— 扩大Setup Time检查的时间窗口 。而 Hold Time检查信号是否流传得太快 ，假如把检查时候往后推，就缩小了Hold Time检查的时间窗口。 FPGA器件时序模型
PVT
根本单元 & paths
PVT：指芯片工艺(Process)、电压(Voltage)、温度(Temperature)。
不同的PVT参数，芯片的时序模型是有差异的。
一样平常时序分析会涉及到三种情况：
最好的条件——速率最快时；BCF（fast process，lowest temp，high voltage）
最坏的条件——速率最慢是；WCS（slow process， high temp，lowest voltage）
典型的条件——介于两者；TYP（typical process，nominal temp，nominal voltage）
时序分析工具通过Worst corner来保证创建时间的时序，通过Best corner来保证保持时间的时序。
由于一样平常情况下设计以创建时间违例为主，所以时序分析工具默认利用slow corner。
根本单元与paths
FPGA开发工具必要读入布局布线后的网表才能进行时序分析。网表是由以下一系列的根本单元构成的：
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/eb6e07dbfc1e41819999afc0eb53260f.png
Cells：器件的根本结构单元（如，LUTs，Reg，IO单元，PLL，存储器块，etc）
Pins：Cell的输入输出端口（不包括器件的输入输出引脚）
Nets：同一个Cell中，从输入pin到输出pin经过的逻辑。（网表中毗连两个相邻Cell的连线不被看做Net，而被看作同一个点，等价于Cell的pin——等价于FPGA器件中的一段布线逻辑）
Ports：顶层逻辑的输入输出端口，对应已经分配的器件引脚
Paths：
Clock paths——从clock port或内部生成的clock pin到寄存器Cell的时钟输入Pin
Data paths——从输入port到寄存器Cell的数据输入pin，或从寄存器Cell的数据输出pin到另一个寄存器Cell的数据输入pin
Asynchronous paths——从输入port到寄存器Cell的异步输入pin，或从寄存器Cell的数据输出pin到另一个寄存器Cell的异步输入pin
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/16f7a601954642269a6f8ae64e340940.png
时序约束的方法
时钟约束
时钟约束 + 时序破例约束
时钟约束 + 时序破例约束 + IO约束
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/3582a4a452e24cf5a8cd96e89d7be5b6.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/65f9468ae2aa468787bd2fe4034e3a18.png
Vivado时序分析设计
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/cb684bcc9a504a27beb29c7cd7c897f8.png
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/d977e6e97a0d48ab9aec4f97f0c4b439.png
Edit Timing Constrains编辑时序约束按钮
create_clock（clk：时钟周期、占空比）
（差分时钟只约束p端）
set_clock_uncertainty设置时钟不确定性（该clk全部时钟间路径的裕量）
set_false_path设置为伪路径（时序分析工具不再分析这些路径，这种约束我们称之为exceptions）
set_input_delay set_output_delay指定输入输出耽误值
时钟：
根本时钟
虚拟时钟
生成时钟 create_generated_clock (分频 -divide_by2\；倍频-multiply_by 2\ )
create_clock -name {clk} -period 20.000 -waveform { 0.000 10.000 } 名称 周期 第一个上升沿&下降沿 约束PLL输出时钟：（vivado中工具会自动约束）
约束组合逻辑IO接口：set_max_delay det_min_delay
约束异步时钟组set_clock_groups -asynchronous ...
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/32c02c16ddee427a82b0395ef0e8d7ce.png
时序分析的优先级
约束越明确，优先级越高
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/f8bf22babc1d4864a591d2ec38a55cfc.png
时序优化：在长的路径中插入一些寄存器，简化逻辑运算；把相干的逻辑约束在一个地区中；etc
那么时序约束不通过（出现违例）要怎么解决呢？
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。
页:
[1]