FPGA設(shè)計(jì)的常用基本時(shí)序路徑分析

在高速的同步電路設(shè)計(jì)中，時(shí)序決定了一切，要求所有時(shí)序路徑都必須在約束限制的時(shí)鐘周期內(nèi)，這成為設(shè)計(jì)人員最大的難題，因此，首先確定和分析基本時(shí)序路徑有助于設(shè)計(jì)者快速，準(zhǔn)確地計(jì)算時(shí)序裕量，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，XILINX公司提倡的幾種常用基本路徑。

（1）Clock-to-Setup路徑：

clock-to-setup路徑從觸發(fā)器的輸入端開(kāi)始，結(jié)束于下一級(jí)觸發(fā)器，鎖存器或者RAM的輸入端，對(duì)終止端的數(shù)據(jù)信號(hào)要求一定的建立時(shí)間。

如下圖所示：

該條路徑包括了觸發(fā)器內(nèi)部clock-to-Q的延遲，觸發(fā)器之間的由組合邏輯造成的路徑延遲以及目標(biāo)觸發(fā)器的建立時(shí)間，其延時(shí)是數(shù)據(jù)從源觸發(fā)器開(kāi)始，在下一個(gè)時(shí)鐘沿來(lái)到之前通過(guò)組合邏輯和布線的最大時(shí)間，Clock-to-Setup時(shí)間可通過(guò)約束文件中的周期約束來(lái)限制。

（2）Clock-to-pad路徑：

Clock-to-Pad路徑從寄存器或者鎖存器的時(shí)鐘輸入端開(kāi)始，終止于芯片的輸出引腳，中間經(jīng)過(guò)了觸發(fā)器輸出端以及所有的組合邏輯，如下圖所示：

這條路徑包括了經(jīng)過(guò)觸發(fā)器的延時(shí)和從觸發(fā)器到輸出引腳之間的邏輯延遲，在約束文件中，可以通過(guò)OFFSET語(yǔ)句和FROM：TO來(lái)約束，如果使用OFFSET語(yǔ)句，那么時(shí)延計(jì)算時(shí)會(huì)包含時(shí)鐘輸入BUFFER/ROUTING延時(shí)；如果使用FROM:TO約束，則延時(shí)從觸發(fā)器自身開(kāi)始，不包括輸入路徑，比較精確，所以使用相對(duì)更頻繁一些。

① OFFSET語(yǔ)句：OFFSET說(shuō)明了外部時(shí)鐘和與其相關(guān)的輸入，輸出數(shù)據(jù)引腳之間的時(shí)序關(guān)系。其語(yǔ)法規(guī)則如下：

OFFSET={IN/OUT}"offset_time"[unit] {BEFORE/AFTER} "clk_name"[TIMEGRP"group_name"];

OFFSET可以用于設(shè)置多類(lèi)約束，對(duì)于Clock-to-Pad需要將屬性配置為OUT AFTER, 例如：

NET Q_out OFFSET = OUT 35.0 AFTER "CLK_SYS"

② FROM :TO 語(yǔ)句 ：FROM:TO定義了兩組信號(hào)之間時(shí)序關(guān)系。

其語(yǔ)法規(guī)則如下：

#TIMESPEC "TSname" = FROM "group1"TO "group2" value;

其中，TSname 必須以TS開(kāi)頭，group1是起始路徑，group2是目的路徑，value值的默認(rèn)單位為ns，也可以使用MHZ。

實(shí)例：

TIMESPEC TS_aa = FROM FFS TO PAD 10;

（3）Pad-to-Pad路徑：

Pad-to-Pad路徑從芯片輸入信號(hào)端口開(kāi)始，結(jié)束于芯片輸出信號(hào)端口，中間包含所有組合邏輯，但并不包含任何同步邏輯如圖所示：

Pad-to-Pad路徑延時(shí)是數(shù)據(jù)輸入到芯片，經(jīng)過(guò)邏輯延時(shí)和布線時(shí)延后再輸出芯片的最大時(shí)間要求，在約束文件中任然通過(guò)FROM：TO來(lái)約束，其語(yǔ)法如下：

TIMESPEC TS_aa = FROMPADSTO PADS 10 ;

（4）Pad-to-Setup路徑

Pad-to-setup路徑從芯片的輸入信號(hào)端口開(kāi)始，結(jié)束于同步電路模塊（觸發(fā)器，鎖存器和RAM），對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)要求一定的建立時(shí)間，如下圖所示：

該路徑可以通過(guò)BUFFER和所有組合邏輯，不包含任何同步電路木塊和雙向端口，是數(shù)據(jù)到達(dá)芯片的最大時(shí)間要求，和Clock-to-Pad一樣，該路徑可以通過(guò)OFFSET和FROM:TO來(lái)設(shè)計(jì)，其中OFFSET語(yǔ)句的屬性設(shè)置為OFFSET IN BEFORE。

例如：

OFFSET = IN 10 ns BEFORE my_clk TIMEGRP My_FFS;