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关于时序约束

2015-2-3 14:13:04 3588

0 本帖最后由 seduce 于 2015-2-3 14:20 编辑关于约束今天在研究时序约束这一块，于是想着上来和大家分享一下心得，同时和大家交流交流，互相成长，欢迎批评指正。首先说一下什么时候需要时序约束，当我们将verilog程序编写完成了，也就是完成了功能测试以后，要进行后仿真，布局布线了，这个时候为了使布局布线满足时序，使最终加载到板子上的程序满足时钟同步上的要求，需要对时序做一些约束，实际上就是对软件布局布线提出一些要求，让布局布线的过程按照要求来，当然，这一点是非常有必要的，所以，研究时序约束最好是在有一块FPGA的板子的情况下进行，这样，你能理解的更透彻。下面是正文，我用的软件是ise12.1,版本，芯片是spartan-6，在ise环境下进行约束主要分为时钟约束，输入输出约束，以及特殊情况的约束这三项。我今天只分析前两项，后面的要根据具体情况来分析研究，比较深入。首先是时钟约束，时钟约束可以约束时钟所涉及到的全局，但是有四种情况是约束不到的，纯组合逻辑，输入，输出，无关联时钟触发器。粗算约束时钟最高周期为逻辑40%和布线延时60%，有这样的根据才能去更好的估计最高频露。下面说一下在ise环境下进行时序约束的方法。　通过约束编辑器的文本编辑窗口，可以采用以下两种方式的UCF语句来做时钟约束。　　（1）period＿item PERIOD＝period{HIGH｜LOW} ［high＿or low＿item］　　其中，period＿item可以是NET或tiMEGRP，分别代表时钟线名称net name或元件分组名称group－name。用NET表示PERIOD约束作用到名为“net name”的时钟网线所驱动的同步元件上，用TIMEGRP表示PERIOD约束作用到TiMEGRP所定义的分组（包括FFS、LATCH和 RAM等同步元件）上。period是目标时钟周期，单位可以是ps、ns、μS和ms等。HIGH｜LOW指出时钟周期中的第1个脉冲是高电平还是低电平，high＿or＿low＿time为HIGH LOW指定的脉冲的持续时间，默认单位是ns。如果没有该参数，时钟占空比是50％。例如， NET SYS＿CLK PERIOD＝10 ns HIGH 4ns 　　（2）NET“clock netname”TNM＿NET＝“timing groupname”；　　TIMESPEC“TSidentifier”＝PERIOD “TNMreference”period {HIGH LOW} ［high＿or low＿item］　　下面举个例子来说明如何设置周期约束。考虑图3所示的电路设计范例1，输入时钟的周期是10ns，并且是上升沿动作，占空比为45％高电平，55％低电平。　　我们可以用这样的UCF语旬来定义这个时钟：　　NET“SysClk” TNM＿NET ＝“SysClk”；　　TIMESPEC “to￣ SysClk ” ＝ PERIOD ＂SysClk＂ 10 ns HIGH 45％; 　　图3 周期约束设计范例一　　这个例子首先在时钟网线上附加了TNM＿NET约束，把Clk驱动的所有同步元件定义成一个名为“sys＿clk”的分组，然后使用TIMESPEC 约束定义时钟周期。这种定义时钟周期的方法使用了标识符，在定义其他时钟周期时可以引用这个标识符，大大方便了派生时钟的定义。　　一种特殊情况的周期约束是相关时钟。前面提到周期约束不会覆盖异步路径，如图1所示的D路径。但是如果两个时钟是“相关”的，则实现工具和时序分析工具会考虑这个路径。因此对这样的路径不需要再设置FROM TO约束，相关内容包括自动相关和人为相关。我们来分别看看几种情况。　　（1）图4所示的相关时钟约束1为两个时钟来自于同一个DCM，我们只需对DCM的输入时钟执行周期约束，则DCM输出的两个时钟就会通过DCM自动关联，它们之间的路径就会自动地被分析。　　图4 相关时钟约束1 　　例如，我们做如下约束：　　NET "CLKIN"TNW＿NET ＝ "CLKIN"；　　TIMESPEC "TS＿CLKIX" ＝ PERTOD "CLK△N"10.O nsHIGH 50％；　　则两个时钟之间的路径就会被这样分析：　　Slack:　　　　　　　　　3．926ns 　　Source:　　　　　　　　DataRegSlow．＿d2＿3 （FF）　　Destination:　　　　　 DataRegFast＿d3＿3 （FF）　　　　　　Requirement :　　　　　5．OOOns　　　Data Path Delay :　　 0．874ns （Levels of Logic ＝ 0）　　　　Clock Path Skew:　 0.000ns　　　　　SourceClock: C＝CLK1X rising at O.000ns 　　Destination Clock: CLKZX＿DCM rising at 5.000ns Clock Uncertainty : 0．200ns　　（2）如刚才的电路可以不对DCM输入时钟做约束，而分别对两个时钟单独做周期约束，如图5所示。由于CLK2X的周期是基于CLK1X的周期定义的，所以这样两个时钟就被人为地关联起来，它们之间的路径也会自动地被分析。　　图5 相关时钟约束2 　　例如，我们做如下约束：　　NET＂CLKI1X＂TNM_NET ＝＂CLK1X＂；　　NET＂CLK2X＂TNM_NET ＝＂CLK2X＂；　　TIMESPEC ＂TS_CLK1X＂＝ PERIOD ＂CLK1X＂ lO.O ns HIGH 50％；　　TIMESPEC ＂TS_CLK2X＂＝ PERTOD ＂CLK2X＂ TS_CLX△CLK1X/2;　　则其之间的路径就会被这样分析：　　Slack：　　　　　　3．926ns 　　Destination : 　　　　DataRegSlow_d2_3 （FF）　　Requirement : 　　　　DataRegSlow_d2_3 （FF）　　Data Path Delay : 　　0.874ns （Levels of Logic=0）　　Clock Path Skew: 　　　0.0O0ns 　　Source Clock : 　　　　CLK1X rising atO.000ns 　　Destination Clock: 　　CLK2X rising at5.000ns 　　Clock Uncertainty :　　0.200ns　　（3）两个时钟都是从FPGA外面送进来的，如图6所示，也可以对它们单独设置的周期约束，但是CLK2X的周期是基于CLK１X的周期定义。通过这种方式可以把两个时钟人为关联起来，它们之间的路径也会自动地被分析。　　图6 相关时钟约束3 　　例如，我们做如下约束：　　NET ＂CLK1X＂ TNM NET ＝＂CLK1X＂；　　NET ＂CLK2X＂ TNM NET ＝＂CLK2X＂；　　TIMESPEC ＂TS_CLK1X＂＝ PERTOD ＂CLK1X＂10.O ns HIGH 50％; 　　TIMESPEC ＂TS_CLK2X＂＝ PERTOD ＂CLK2X＂ TS＿CLK1x／2; 则两个时钟之间的路径就会被这样分析：　　Slack： 3.926ns 　　Source： DataRegSlow＿d2＿3 （FF）　　Destination：DataRegFast＿d2＿3 （FF）　　Requirement：5．OOOns 　　Data Path Delay： 0.874ns （Levels of Logic ＝0）0.OOOns 　　Clock Path Skew： 0.0OOns 　　source clock：CLK1X rising at 0.000ns 　　Destination Clock： CLK2X rising at5.000ns 　　Clock Uncertainty：0.200ns　　（4）两个时钟都是从FPGA外面送进来的，而且还有特定的相位关系。这种情况也可以单独做周期约束，但是CLK2X的周期是基于CLK1X的周期定义，同时需要再加上相位关系。通过这种方式可以把两个时钟人为地关联起来，它们之间的路径也会自动地被分析，如图7所示。　　图7 相关时钟约束4 　　例如，我们做如下约束：　　NET ＂ClklX＂ TNM＿NET ＝＂ClklX＂　　NET ＂Clk2X180＂ TNM＿NET ＝＂Clk2X180＂；　　TIMESPEC ＂TS＿Clk1X＂＝ PERIOD ＂ClklX＂10.0ns; 　　TIMESPEC ＂TS＿Clk2X180＂＝PERTOD ＂Clk2X180＂ TS＿ClklX/2 PHASE＋2.5 nS：则该路径会被按照2.5 ns来分析。 2
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