手把手課堂:Xilinx FPGA設(shè)計時序約束指南

　　傳輸時間與 OFFSET 約束

　　信號從 A 點到達(dá) B 點所用的時間稱為傳輸時間。它取決于傳輸介質(zhì)中光傳播的速度。例如，PCB 電路板上的走線以 6~7 皮秒/ 毫米來傳輸信號。可采用多種方法來確定這一時間值，例如進行仿真，或在材料介電常數(shù)與走線幾何結(jié)構(gòu)已知的情況下，列方程求解。在芯片內(nèi)，信號的行為方式也很類似，不過也會因通過緩存器、反相器、邏輯和互聯(lián)等有源電路而發(fā)生延遲。

　　傳輸時間是可測量的，通常用示波器來測量。當(dāng)路徑上無有源元件時，傳輸時間一般不會有太大變化。若路徑在芯片內(nèi)，則晶體管的作用會使路徑延遲在最大值與最小值之間變化。設(shè)計需同時滿足二者的時序要求。

　　為告訴工具數(shù)據(jù)何時到達(dá)特定位置，需使用另一種名為“OFFSET_IN”的約束。“OFFSET_IN”約束在時鐘和數(shù)據(jù)進入器件時，對其關(guān)系進行了定義。以如下約束為例：

　　該約束告知工具，數(shù)據(jù)將在 clk20 脈沖上升沿之前 2 納秒建立在 PAD 上，并在到達(dá)后 16 納秒內(nèi)保持有效。該約束只對那些進入由 clk20 或其衍生（衍生約束）提供時鐘的寄存器的 PAD 有效。

　　OFFSET 要求在 clk20 上有一個PERIOD 約束，這樣才能理解時鐘結(jié)構(gòu)。如下這樣也可接受：

　　不過，該約束不會檢查保持時間，因不清楚數(shù)據(jù)何時會從 FPGA 的引腳結(jié)束。若數(shù)據(jù)在時鐘脈沖邊沿 2 納秒之后才建立，則使用如下方案：

　　OFFSET_IN 適用于進入器件的時鐘與數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，另一種常見的OFFSET_OUT 約束定義時鐘在 FPGA 輸入處發(fā)生跳變后數(shù)據(jù)離開器件所需的時間。以下為常見的 OFFSET_OUT 用法：

　　該約束告知工具，需確保輸入時鐘在 FPGA 輸入跳變后 3 納秒時長后，數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 FPGA 的輸出引腳上。該約束僅應(yīng)用于由 clk20 或其衍生（衍生約束）提供時鐘的寄存器驅(qū)動的 PAD。OFFSET 要求在 clk20 上有 PERIOD 約束，這樣才能理解時鐘結(jié)構(gòu)。保持時間不受 OFFSET_OUT 的約束。

　　若需要數(shù)據(jù)在時鐘脈沖邊沿前 2 納秒到達(dá)FPGA 輸出，則使用：

　　分組與分組名稱

　　時間分組是用來識別對于同步元件間的路徑集或連線集的約束的一種方式。向時序分組添加組件，應(yīng)使用 TNM、TNM_NET 或 TIMEGRP。

　　通過定義分組并給定分組之間的時序要求，可對路徑進行約束。部分約束不需要時序分組，如 NET MAXDELAY。這一最大延遲 (MAXDELAY) 屬性定義了一條連線上允許的最大延遲。

　　時序名稱

　　向用戶定義的分組添加組件，可這樣處理：

　　在此，“TNM”為保留字，用于定義時序分組的名稱。

　　在這種情況下，object_name 為帶分組元件或信號的名稱，predefined_group 為可選關(guān)鍵詞，標(biāo)示符可以是字母、數(shù)字和下劃線的任意組合。不能使用諸如 FFS、LATCHES 或RAMS 這樣的保留字。該變量對大小寫敏感。（TNM=abc 不等于 TNM=ABC）。

　　可將 TNM 應(yīng)用于任何連線、元件引腳、原語或宏。組件可加入一個以上的分組。例如，my_ffs_group TNM 中可含有 my_ff組件。同樣，my_ffs_group2 TNM 也可包含 my_ff 組件。要創(chuàng)建分組，請使用：

　　為時序目的，可在分組中包含任何關(guān)鍵詞元件。在本例中，NET CLOCK可追溯到觸發(fā)器 (FFS)。這些觸發(fā)器使用名稱 clk_group 進行時序命名 (TNM)。然后，clk_group 就可以在TIMESPECS中使用了。也可使用實例創(chuàng)建分組，如：