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現(xiàn)有一塊ADC連接到FPGA上，需要在FPGA上實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的讀取，那么第一步自然就是完成可靠的硬件連線，其中需要注意的是：
1. 注意信號(hào)的完整性，盡可能的避免邊沿退化；這兩區(qū)分兩個(gè)概念：
? ? i. 高速信號(hào)，指的是信號(hào)翻轉(zhuǎn)，由高電平到低電平或者反之所耗得時(shí)間非常??；可能一個(gè)1MHz的TTL信號(hào)或者LVDS信號(hào)，只要邊沿足夠陡，那也算是高速信號(hào)！
? ? ii. 高頻信號(hào)，一般指的是周期性信號(hào)的周期時(shí)間足夠??；
? ? iii. 也就是說(shuō)高速信號(hào)不一定是高頻的；數(shù)字信號(hào)一般都是高速信號(hào)，所以必須要保證其邊沿的完整性，如果邊沿發(fā)生退化或者變形，那么將相當(dāng)于加入了額外的時(shí)序上的偏差；
2. 保持時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)路徑等長(zhǎng)，不管是單端還是差分信號(hào)，需要用繞線等形式迫使兩類(lèi)線幾乎等長(zhǎng)；這個(gè)在之前的時(shí)序分析中非常重要，如果真的不能夠做到等長(zhǎng)，甚至差的還挺多的，也必須提前獲得該差值，并將則合成時(shí)間差，在后面的時(shí)序分析中將會(huì)有用；
保證以上兩點(diǎn)后，就可以著手時(shí)序的分析了，那么首先我們會(huì)得到目標(biāo)器件ADC的時(shí)序，如下圖所示：
圖 1 某ADC的時(shí)序圖
從上圖中我們首先得到幾個(gè)信息：
1. 這是個(gè)同步時(shí)序，由兩類(lèi)信號(hào)組成，時(shí)鐘信號(hào)DCO和數(shù)據(jù)信號(hào)FCO以及D（忽略它們是差分信號(hào)，下面的分析會(huì)把它畫(huà)成單端信號(hào)，簡(jiǎn)化好畫(huà)一點(diǎn)）
2. 這是個(gè)DDR信號(hào)，DDR指的是數(shù)據(jù)是同步于時(shí)鐘信號(hào)的上升、下降邊沿，所以該類(lèi)同步信號(hào)需要引入虛擬時(shí)鐘概念，后面繼續(xù)介紹；
3. 信號(hào)是不是邊沿對(duì)齊，而是偏移了90度！也就是說(shuō)DCO邊沿翻轉(zhuǎn)后，數(shù)據(jù)信號(hào)沒(méi)有第一時(shí)間翻轉(zhuǎn)，而是延后了四分之一個(gè)周期，這是高速信號(hào)慣用的伎倆，后面會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)延時(shí)讓時(shí)序更好分析；
將FCO信號(hào)和D信號(hào)的實(shí)際意義扔一邊，在設(shè)計(jì)者看來(lái)，他們都僅僅是數(shù)據(jù)而已，將上面的時(shí)序圖簡(jiǎn)化成下圖：
圖 2 簡(jiǎn)化后的時(shí)序圖
可以看到，實(shí)際上所有的數(shù)據(jù)信號(hào)都是同步于DCO的邊沿，但是并不是對(duì)齊的，而是相差了90度，同時(shí)還是個(gè)DDR系統(tǒng)（上下邊沿都是Launch Edge）
一般來(lái)說(shuō)DDR系統(tǒng)會(huì)引入一個(gè)虛擬時(shí)鐘的概念，就是說(shuō)DCO是實(shí)際存在的時(shí)鐘，設(shè)計(jì)和虛構(gòu)出一個(gè)2倍頻的DCOX2時(shí)鐘，并將其相移180度以后，我們重新得到了下圖：
圖 3 引入虛擬時(shí)鐘后的數(shù)據(jù)時(shí)序圖
引入虛擬時(shí)鐘后，我們重新規(guī)劃Launch Edge，將其規(guī)劃到DCOX2-Shift180的上升沿，其所對(duì)應(yīng)的的Latch Edge仍然還是在DCO上。
到目前為止，我們已經(jīng)很清楚的規(guī)劃了ADC的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸出的關(guān)系，至于如何用SDC語(yǔ)言描述，見(jiàn)下文；接下來(lái)就要考慮到這些信號(hào)實(shí)際上是各自經(jīng)過(guò)PCB走線后來(lái)到FPGA的引腳，從FPGA引腳由進(jìn)入到FPGA內(nèi)部，然后又經(jīng)過(guò)各自的FPGA內(nèi)部走線延時(shí)以后來(lái)到了他們目標(biāo)的寄存器，如下圖所示：
圖 4 傻瓜化后的ADC和FPGA的信號(hào)流向圖
從上圖可以獲知：
1. ADC內(nèi)部看起來(lái)有一個(gè)源時(shí)鐘，這個(gè)源時(shí)鐘我們不用管怎么產(chǎn)生，它分成了兩路，其中一路經(jīng)過(guò)倍頻+移相后觸發(fā)了ADC上的REG0（就是說(shuō)其上升沿作為L(zhǎng)aunch Edge），另一路直接輸出到ADC引腳DCO；
2. 數(shù)據(jù)由REG0產(chǎn)生后輸出至ADC引腳D，經(jīng)過(guò)一個(gè)延時(shí)后來(lái)到FPGA的相應(yīng)輸入引腳D`，與此同時(shí)，DCO引腳也經(jīng)由PCB來(lái)到了FPGA的輸入引腳DCO`；
3. 這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)入FPGA后，都各自分成了兩路，分別經(jīng)過(guò)各自的延時(shí)來(lái)到其目標(biāo)：
? ? a) DCO`引腳輸入后，進(jìn)過(guò)TCLK2，來(lái)到了REG1的clk引腳
? ? b) DCO`引腳輸入后，進(jìn)過(guò)TCLK3，來(lái)到了REG2的clk引腳
? ? c) D`引腳輸入后，進(jìn)過(guò)Tdata2，來(lái)到了REG1的D引腳
? ? d) D`引腳輸入后，進(jìn)過(guò)Tdata3，來(lái)到了REG2的D引腳
4. REG1和REG2有所區(qū)別，一個(gè)是上升沿觸發(fā)，一個(gè)是下降沿觸發(fā)（clk前加了個(gè)小圈圈），這是因?yàn)閘atch edge本來(lái)就是上升沿又有下降沿的；后期實(shí)際上也可以給DCO`也引入虛擬時(shí)鐘，這里不表；
5. 不管是REG1還是REG2，想要鎖存latch數(shù)據(jù)就必須滿(mǎn)足建立時(shí)間和保持時(shí)間，這個(gè)在下文的圖中也有所體現(xiàn)；
說(shuō)了那么多，都不如實(shí)際的時(shí)序圖來(lái)的實(shí)際，下面放圖：
圖 5 實(shí)際時(shí)序分析
上圖由三個(gè)顏色的時(shí)序，分別是：
1. 紫色代表DAT，也就是數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間，它由Tco（圖中沒(méi)有體現(xiàn)，可以參考手冊(cè)）、Tdata1和Tdata2三者構(gòu)成，是不是和我們的DAT定義不一樣？公式是死的，只需要理解其意思就可以。和公式相比少了Tclk（源時(shí)鐘到REG0的clk的延時(shí)），是因?yàn)槲覀儾恍枰紤]這個(gè)延時(shí)，我們是根據(jù)ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)的時(shí)序圖反推回里面的結(jié)構(gòu)圖，所以所有延時(shí)在反推的過(guò)程中已經(jīng)都被體現(xiàn)或者被折合！
2. 綠色伙同棕色線，表達(dá)出兩個(gè)意思DRTsu和DRTh，分別代表數(shù)據(jù)建立所需時(shí)間和數(shù)據(jù)保持所需時(shí)間；
3. 將兩者按照定義做減法，就能夠得到建立時(shí)間裕量和保持時(shí)間裕量！
如上圖所示，棕色線所劃分的時(shí)間窗中，REG1.D已經(jīng)是新的數(shù)據(jù)，而且在這個(gè)時(shí)間窗內(nèi)并沒(méi)有變化，所以就同時(shí)滿(mǎn)足了建立時(shí)間裕量大于0和保持時(shí)間裕量大于0兩個(gè)關(guān)系，這樣的時(shí)序是穩(wěn)定的！
但是這個(gè)只是圖示而已，所有的Tdata1、2、3以及Tclk1、2、3都是我們目前假設(shè)的，在實(shí)際進(jìn)行約束時(shí)，那些量時(shí)需要設(shè)計(jì)者提前設(shè)定，而那些量是自動(dòng)生成的那？答案是：
1. Tdata1和Tclk1是由PCB實(shí)際布線所決定的，如果能夠按照等長(zhǎng)布線規(guī)則，就能夠讓兩者相互抵消；
2. DCO和DCOX2-shift180的時(shí)序是由器件決定的；
3. Tdata2、3，Tclk2、3是FPGA在布線時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生的！
所以說(shuō)這里我們只需要告訴FPGA，DCO`和D`之間的時(shí)序關(guān)系就可以了，要獲得這兩者之間的時(shí)序關(guān)系，我們就必須獲得DCO和D之間的原始關(guān)系，以及他們是如何被布線延時(shí)變成DCO`和D`的；如何去描述上面所說(shuō)的這種關(guān)系呢？利用SDC文件！
也就是說(shuō)SDC文件就是要準(zhǔn)確的告訴FPGA，所有輸入（輸出先不管）信號(hào)在進(jìn)入FPGA時(shí)會(huì)是個(gè)什么樣子，然后根據(jù)這個(gè)信息，F(xiàn)PGA會(huì)自動(dòng)布線，使得REG1和REG2能夠獲得正確的數(shù)據(jù)；如果萬(wàn)一SDC文件所描述的時(shí)序關(guān)系非常的惡劣，將會(huì)導(dǎo)致不管FPGA怎么優(yōu)化布線和布局，都不能夠?qū)崿F(xiàn)正確時(shí)時(shí)序時(shí)，就會(huì)輸出報(bào)錯(cuò)，這個(gè)在以后的文章TimeQuest TA中會(huì)有詳細(xì)的分析；那么接下來(lái)就開(kāi)始寫(xiě)SDC文件吧；
#設(shè)置各種延時(shí)常數(shù)
#這里假設(shè)ADC片上的延時(shí)都為0
? ? set ADC_CLKs_max 0
? ? set ADC_CLKs_min 0
? ? Set ADC_CLKd_max 0
? ? set ADC_CLKd_min 0
# 同時(shí)根據(jù)ADC手冊(cè)去設(shè)置Launch edge到有效數(shù)據(jù)之間的延時(shí)，這里假設(shè)他為X
? ? set ADC_tCO_max X
? ? set ADC_tCO_min X
#這里設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)在PCB板上的延時(shí)差，即使是等長(zhǎng)布線，我們也要可以給
#定兩個(gè)值，這樣可以給FPGA布線更多的壓力，使得后期布線會(huì)往一個(gè)最理想的方向進(jìn)行，
#分別是
? ? set ADC_BD_min XX
? ? set ADC_BD_max XX
#設(shè)置兩個(gè)時(shí)鐘，第一個(gè)時(shí)鐘為DCO，它會(huì)從FPGA的DCO引腳輸入
#另一個(gè)時(shí)鐘是虛擬時(shí)鐘，根據(jù)設(shè)置，它是DCO的兩倍頻，而且有180度的相移
#這兩個(gè)時(shí)鐘之間是同步的，一個(gè)是很是存在的，另一個(gè)是虛擬的！
? ? create_clock -name DCO-period 5-waveform {1.25 ? 3.75} [get_ports {DCO}]
? ? create_clock -name DCO_virtual-period 2.5 -waveform {0 ? ?1.25}
#最后將所有的數(shù)據(jù)引腳同步到DCO_virtual的上升沿，根據(jù)上面的延時(shí)常數(shù)設(shè)置輸入延時(shí)和
#輸出延時(shí)，這條語(yǔ)句非常關(guān)鍵，它告訴FPGA所有的輸入信號(hào)，在進(jìn)入FPGA之前，相對(duì)于
#時(shí)鐘存在怎么樣的關(guān)系！
? ? set_input_delay -clock DCO_virtual -max [expr $ADC_CLKs_max + $ADC_tCO_max + $ADC_BD_max - $ADC_CLKd_min] [get_ports {D*}]
? ? set_input_delay -clock DCO_virtual -min [expr $ADC_CLKs_min + $ADC_tCO_min + $ADC_BD_min - $ADC_CLKd_max] [get_ports {}D*}]
SDC文件解釋
1. 藍(lán)色底部分代表定義一些延時(shí)參數(shù)，這些延時(shí)參數(shù)都是根據(jù)實(shí)際的PCB布線或者是ADC的書(shū)籍參數(shù)來(lái)設(shè)定的
2. 綠色底部分設(shè)定同步時(shí)鐘，如果有必要的話(huà)還要設(shè)置虛擬時(shí)鐘；
3. 紫色底部分將所有的輸入信號(hào)同步到時(shí)鐘，在這里這個(gè)時(shí)鐘是虛擬時(shí)鐘，因?yàn)槲覀兗僭O(shè)虛擬時(shí)鐘的上升沿是launch edge，這里其實(shí)可以也可以同步到DCO上，但就要設(shè)置下降沿同步，會(huì)顯得比較麻煩；但是一樣都是可以實(shí)現(xiàn)的！
通過(guò)上面的語(yǔ)句，F(xiàn)PGA就知道了，這些屬于信號(hào)之間的關(guān)系：D和DCO之間的關(guān)系，D和DCOX2-shift180（就是DCO_Virtual）之間關(guān)系；
審核編輯：劉清
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論