1.時序分析與約束

1.1 約束是FPGA設(shè)計不可或缺的，約束文件分為：

用戶設(shè)計文件（.UCF），由用戶輸入

網(wǎng)表約束文件（.NCF），綜合生成

物理約束文件（.PCF），實現(xiàn)生成

約束類型分為：

周期約束、偏移約束、靜態(tài)路徑約束；

1.2 高的工作頻率意味著更加強大的處理能力，但帶來了：時序沖突的概率變大以及電路的穩(wěn)定性降低，為此必須進(jìn)行時序、面積和負(fù)載等多方面的約束。

對于一般的低速設(shè)計（處理時鐘不超過50MHz），基本上不需時序方面的處理。

1.3 時序分析貫穿整個FPGA設(shè)計，任何階段時序分析不滿足，都需重新修改代碼或者調(diào)整時序約束。

2. 動態(tài)時序分析與靜態(tài)時序分析

動態(tài)時序分析需要仿真條件， 需要輸入向量，著重于邏輯功能；

靜態(tài)時序分析不需要外部激勵，著重于時序性能分析；

靜態(tài)時序分析在分析過程中計算時序路徑上數(shù)據(jù)信號的到達(dá)時間和要求時間的差值，以

判斷是否違反設(shè)計規(guī)則的錯誤，即Slack （時裕量）= T_required_time（約束時長） – T_arrival_time （實際時延），Slack為正則滿足時序。

3.時鐘的時序特性：偏移（skew）、抖動（jitter）、占空比失真（duty cycle distortion）

時鐘偏移：指同一信號到達(dá)兩個不同寄存器之間的時間差值（原因：兩條時鐘路徑長度不同） ，在設(shè)計中主要時鐘應(yīng)走全局時鐘網(wǎng)絡(luò)；

時鐘抖動、占空比失真

4.時序裕量

約束文件要求的時鐘周期與實際布局布線后時鐘周期的差值

5.添加約束原則

先附加全局約束，再補充局部約束。目的是在可能的地方盡量放松約束，提高布線成功概率，減少布局布線時間。典型的全局約束包括周期約束和偏移約束。

在添加全局時序約束時，先根據(jù)時鐘頻率不同劃分不同的時鐘域，添加各自的周期約束；然后對輸入輸出信號添加偏移約束，對片內(nèi)邏輯添加附加約束

6.硬件設(shè)計電路的最高工作頻率

取決于芯片內(nèi)部元件固有的建立時間和保持時間，以及同步元件之間的邏輯和布線延遲。即由芯片和代碼共同決定。

7.周期約束

常用的策略是：附加的時鐘周期約束的時長為期望值90%.

語法一：Net “信號名” period = 周期長度 high/low 脈沖持續(xù)時間

其中high/low指周期內(nèi)第一個脈沖是高電平還是低電平，脈沖持續(xù)時間即該 脈沖的持續(xù)時間。

舉例 Net “clk_100MHz” period = 10 ns High 5ns

指定了信號clk_100MHz的周期為10ns，搞電平持續(xù)為5ns，該約束將被添加到clk_100MHz所驅(qū)動的元件上。

8.偏移約束

規(guī)定了外部時鐘和數(shù)據(jù)輸入輸出管腳之間的相對時序關(guān)系，只能用于端口信號，不能用于內(nèi)部信號，語法結(jié)構(gòu)：

OFFSET = ［IN|OUT］ “offset_time” ［units］ {BEFORE|AFTER} “clk_name” ［TIMEGRP “group_name”］

［IN|OUT］：說明約束的是輸入還是輸出

offset_time：數(shù)據(jù)與有效時鐘沿之間的時間差

［units］：時間差單位，缺省為ns

{BEFORE|AFTER}：表明該時間差實在時鐘沿之前還是之后

“clk_name”：有效時鐘名字

［TIMEGRP “group_name”］：用戶添加的分組信號，缺省時為時鐘“clk_name”所能驅(qū)動的所有觸發(fā)器

偏移約束通知布局布線器輸入數(shù)據(jù)的到達(dá)時刻，從而可準(zhǔn)確調(diào)整布局布線的過程，使約束信號建立時間滿足要求

舉例：NET “DATA_IN” OFFSET = IN 10 BEFORE “CLK_50MHz”。

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