在FPGA設(shè)計中，時序約束對于電路性能和可靠性非常重要。在上一篇的文章中，已經(jīng)詳細(xì)介紹了FPGA時序約束的主時鐘約束。

本文將重點講解衍生時鐘約束和時鐘分組約束設(shè)置，給出詳細(xì)的約束命令和示例介紹。

一、衍生時鐘約束

衍生時鐘（Generated Clocks），也叫生成時鐘，是從FPGA的主時鐘信號派生出來的子時鐘信號。

這些子時鐘信號可以在FPGA內(nèi)部的不同區(qū)域使用，以滿足不同模塊的需求。通常是由MMCM或PLL或由組合邏輯生成的倍、分頻時鐘信號。

衍生時鐘與源時鐘的關(guān)系如下：

• 簡單的頻率分頻
• 簡單的頻率倍頻
• 頻率倍頻與分頻的組合，獲得一個非整數(shù)的比例
• 相移或波形反相
• 占空比改變
• 上述所有關(guān)系的組合

衍生時鐘的約束，需要可以在時鐘樹中加入生成的時鐘，可以使用create_generated_clock命令來定義衍生時鐘的時鐘約束。其語法如下：

create_generated_clock -name < generated_clock_name > \\
                       -source < master_clock_source_pin_or_port > \\
                       -multiply_by < mult_factor > \\
                       -divide_by

通過create_generated_clock命令，我們就可以非常靈活地定義衍生時鐘的時序約束，并將其與主時鐘相結(jié)合，保證電路的穩(wěn)定性和正確性。

創(chuàng)建時鐘示例：

create_clock -name clk_24m -period 10 [get_ports sys_clk]
create_generated_clock -name clkdiv2 -source [get_ports clk_24m] -divide_by 2 \\ [get_pins REGA/Q]

衍生時鐘通常有兩種情況：“FPGA開發(fā)軟件自動推導(dǎo)的衍生時鐘”和“用戶自定義的衍生時鐘”

對于FPGA開發(fā)軟件自動推導(dǎo)出來的衍生時鐘 ，比如MMCM和PLL分頻輸出來的時鐘，可以不用寫入時序約束，只需要對輸入MMCM和PLL的主時鐘做時序約束即可。

用戶自定義的衍生時鐘 ，通常指的是用戶通過組合邏輯構(gòu)建的分頻時鐘，這就需要我們自己來寫衍生時鐘約束。

二、時鐘分組約束

FPGA電路中除了主時鐘以外，還有很多其他衍生時鐘，如DFF的時鐘、時鐘分頻器的時鐘等。

這些時鐘對于電路性能和可靠性非常重要。

所以需要將這些衍生時鐘和主時鐘分組，并定義它們之間的層次關(guān)系，以確保電路的穩(wěn)定運行。

在Vivado中可以使用set_clock_groups命令來定義時鐘分組。其語法如下：

set_clock_groups -name < group_name > 
                 -group < group_type > < async_port_list > < sync_port_list\\ > [-logically\\_exclusive]

1、兩個主時鐘是異步關(guān)系

create_clock -period 12 -name clk1 [get_ports clk1]
create_clock -period 6 -name clk2 [get_ports clk2]
set_clock_groups -asynchronous -group clk1 -group clk2

2、驗證同一個時鐘端口下，不同時鐘頻率的時序是否收斂

create_clock -name clk1A -period 20.0 [get_ports clk1]
create_clock -name clk1B -period 10.0 [get_ports clk1] -add
create_clock -name clk1C -period 5.0  [get_ports clk1] -add 
create_clock -name clk2 -period 10.0 [get_ports clk2]
set_clock_groups -physically_exclusive -group clk1A -group clk1B -group clk1C
set_clock_groups -asynchronous -group "clk1A clk1B clk1C" -group clk2

3、BUFGMUX

通過MMCM生成有兩個時鐘輸入BUFGMUX時，只有一個時鐘會被使用，這時設(shè)置的時序約束為：

set_clock_groups -logically_exclusive \\
-group [get_clocks -of [get_pins inst_mmcm/inst/mmcm_adv_inst/CLKOUT0]] \\
-group [get_clocks -of [get_pins inst_mmcm/inst/mmcm_adv_inst/CLKOUT1]]

三、總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了衍生時鐘約束和時鐘分組約束，這兩個是在時序約束中常見的寫法，大家在學(xué)習(xí)時序約束時，可以對照著學(xué)習(xí)理解。