谈谈周期约束

我们常常会看到IC/FPGA的笔试题中经常会让求最小时钟周期或者最高时钟频率问题，这些也不是没有道理的，它是时序分析的基础，周期约束的根据也是如此。

FPGA系统设计通常分为两种，一种是给定时钟频率，这时系统设计的目标是确保两个触发器之间的延迟不会超过1个时钟周期。我们需要控制逻辑门延迟，使得门延迟不会大于最大门延迟（它会出题让你算最大门延迟）。

另一类是时钟频率不固定，这时我们要尽量降低门延迟，最大程度的提高系统的时钟频率。

在实际的FPGA逻辑设计中，我们通常会有一个固定的时钟，我们设计中的关键路径延迟既不能太大，也不能太小，太大会导致建立时间不满足，太小会导致保持时间不满足。

下面给出一个通常的关键路径模型：

最小时钟周期公式为：

Tcycle = Tcq + Tgate + Tsu - Tskew;

这里没有考虑布线延迟，或者把布线延迟包含在了Tgate中了，大家心里明白就好了。

之所以要减去时钟偏斜，会下图可以看出：

如上图是正时钟偏斜，但是推理出来的公式都是一样的，这个时钟偏斜会改善时序，貌似让时钟周期的更大了，这样更有利于建立时间的满足。

我们的延迟时间Tcq+Tgate+Tsu不能大于Tcycle+Tskew，由于Tcq，Tsu一般是固定的，由器件决定，所以就要求我们的门延迟，不能太大，太大则会导致建立时间不满足，也就是时序违规。

但是如果门延迟太小了呢？

我们看看保持时间应该满足什么条件：

如上图：

Thold+Tskew < Tcq + Tgate;

Tskew如果是正的，也就是正时钟偏斜，会不利于这个公式的实现；

Thold,Tskew,Tcq,一般是固定的，所以 能不能满足这个公式就取决于Tgate，门延迟太小，会导致这个公式不满足，也就是时序违规。

所以，门延迟不能太大，也不能太小。

说了这么多，说了好似不太相关，但其实不然，我都是为了周期约束准备的。

我们的时序分析工具（Vivado中集成）要分析时序是否违规，参考是什么呢？

它算出了各种实际的延迟，然后需要报告时序是否违规，当然要和你的要求相比较，这就需要约束。

我们需要告诉时序分析工具的信息很多，但今天这里谈谈最简单的时钟周期约束：

在XDC中，我们使用create_clock 语法：

 create_clock -name clk -period 10 [get_ports sysclk]，这句xdc命令告诉编译器，时钟clk，从sysclk(get ports 后面摄取的是顶层要分配引脚的物理引脚，get pins后面摄取的是生成的某个寄存器或者器件的引脚，get nets摄取的是里面生成的某根线)这个引脚输入，时钟周期是10ns，由于相位和占空比未声明，所以初相位为0，占空比为50%。如下图：

如果想调节初相位90°和占空比25%：

     create_clock -name devclk -period 10 -waveform {2.5 5} [get_ports sysclk]

这里-waveform {2.5 5}代表第一个跳变沿在第2.5ns处产生，第二个跳变沿在5ns处产生从而形成下图的时钟，这样就可以把所有的相位和占空比关系都描述清除。

编译器会根据时钟sysclk的周期和相位，在整个sysclk时钟域，计算延迟后对比sysclk和对应寄存器的数据端口进行对比，看是否满会产生竞争冒险，不满足的地方会报告出来。

最后一段语法参考：https://mp.weixin.qq.com/s/3WoAO4aHYTqTWLTnF56zMA?

文章来源: reborn.blog.csdn.net，作者：李锐博恩，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

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