一文读懂什么是FPGA时序分析

什么是时序分析？
时序约束的作用是什么？
FPGA组成的三要素分别是哪些？

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韩宁

2021-9-18 14:41:52

1、什么是时序分析？
在FPGA中，数据和时钟传输路径是由相应的EDA软件通过针对特定器件的布局布线得到的，因此，时序分析即是通过分析FPGA设计中各个寄存器之间的数据和时钟传输路径，来分析数据和时钟延迟之间的关系。一个设计稳定的系统，必然能够保证整个系统中所有的寄存器都能够正确的寄存数据。
2、时序约束的作用？
时序分析即是通过相应的EDA软件告知EDA软件在对数据和时钟进行时设计应该达到怎样的时序指标，然后EDA软件会根据时序约束的各个参数，尽力优化布局布线，以达到该约束指标。协助EDA软件分析设计的时序路径，以产生相应的时序报告。
3、FPGA组成三要素？
可编程逻辑功能块（LogicElement）、片内互连线、输入输出块（IOBs，I/O blocks）。

可编程逻辑块（LE）的组成：由LUT（查找表）和DFF（D触发器）组成，LUT实现逻辑功能，DFF实现纯粹的打拍。若查找表和D触发器都使用，则可以实现时序逻辑。
LE的单元内部结构：

一个N输入的LUT可以实现N个输入变量的任何逻辑功能，如N输入“与”“异或”等，多于N个输入需要用多个LUT组合实现。
四输入查找表的单元内部结构：

查找表实现功能a&b&c&d的原理：
首先规定每个多路选择器的选通条件，（例如：若输入1则选通上面，输入0则选通下面），则若输入为1111，为实现与的功能，我们只需要在16×1的RAM里写入1000-0000-0000-0000即可实现四输入与门的功能。
内部连线：局部快速通道（0.5ns），行快速通道（4.2ns），列快速双通道（2.5ns）

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韩宁

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