SDC是如何煉成的？create_generated_clock花式定義方法

定義時(shí)鐘

從最早的芯片規(guī)格定義分解出系統(tǒng)所需要的時(shí)鐘和頻率，以及各個(gè)模塊需要的時(shí)鐘和頻率。SoC的時(shí)鐘一般是由PLL產(chǎn)生，然后經(jīng)過(guò)時(shí)鐘生成電路和分配網(wǎng)絡(luò)，最終給具體的功能模塊使用。一般地，第三方IP供應(yīng)商都會(huì)提供比較成熟的SDC，SoC集成時(shí)需稍作修改。對(duì)于自研的IP和SoC頂層，設(shè)計(jì)人員在提供RTL的同時(shí)，也需提供一份時(shí)鐘結(jié)構(gòu)圖，一方面是方便撰寫(xiě)SDC，另一方面對(duì)后端PnR有針對(duì)性的進(jìn)行CTS也非常有幫助。

時(shí)鐘結(jié)構(gòu)圖分不同的層次，或抽象或具體，看具體的需要了，下面是一顆MCU全局時(shí)鐘分布的結(jié)構(gòu)圖，大家有個(gè)認(rèn)識(shí)就可以：

基于詳細(xì)的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)圖，定義時(shí)鐘的命令有兩個(gè)：create_clock和create_generated_clock

其中，create_clock命令比較簡(jiǎn)單易懂，格式如下：

create_clock [-name clock_name] \\
    -period period_value \\
    [-waveform edge_list] \\
    [-add] \\
    [source_objects]

create_generated_clock命令解析

create_generated_clock命令格式如下，主要是定義generated clock和master clock的關(guān)系：

create_generated_clock [-name clock_name] \\
    -source master_pin \\
    [-master_clock clock] \\
    [-edge edge_list] \\
    [-edge_shift shift_list] \\
    [-divide_by factor] \\
    [-multiply_by factor] \\
    [-duty_cycle percent] \\
    [-combinational]
    [-invert] \\
    [-add] \\
    source_objects

create_generated_clock 需要指定源時(shí)鐘(master clock)的master_pin，在CTS時(shí)，默認(rèn)會(huì)去balance這兩個(gè)時(shí)鐘(即generated clock 和 master clock)，讓skew盡可能小。而且在計(jì)算generated clock的clock latency時(shí)，會(huì)把從master clock pin 到generated clock pin之間的delay也考慮在內(nèi)。在工具中report_timing的時(shí)候，通過(guò)選項(xiàng)-path_type full_clock_expanded可以將master clock的部分也展開(kāi)。

report_timing -path_type full_clock
report_timing -path_type full_clock_expanded

需要注意：在使用create_generated_clock時(shí)，需要保證電路結(jié)構(gòu)和命令的效果是一致的，否則工具在report_timing時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，比如下面的錯(cuò)誤(UITE-461)，這時(shí)就要仔細(xì)檢查分頻電路結(jié)構(gòu)了。

Error: Generated clock 'CLKdiv2 with source pin Udiv/Q' 'rise_edge' is not satisfiable; zero
source latency will be used. (UITE-461)


Error: Generated clock 'CLKdiv2 with source pin Udiv/Q' 'fall_edge' is not satisfiable; zero
source latency will be used. (UITE-461)

簡(jiǎn)單2分頻

先看一個(gè)簡(jiǎn)單的2分頻的實(shí)際的例子，命令和效果圖如下：

create_clock -name SYSCLK \\
    -period 2 \\
    [get_ports SYSCLK]

create_generated_clock -name DIVIDE \\
    -source [get_ports SYSCLK] \\
    -divide_by 2 \\
    [get_pins FF1/Q]

考慮了edge/edge_shift的3分頻實(shí)例

下面是3分頻的實(shí)例，-edge選項(xiàng)中{3 5 9}分別表示SYSCLK的第3、5、9個(gè)時(shí)鐘沿(clock edge)，也分別對(duì)應(yīng)DIV3B的一個(gè)完整時(shí)鐘周期（上升、下降、上升）的時(shí)鐘沿時(shí)間點(diǎn)。而-edge_shift選項(xiàng){2.2 2.2 2.2}表示將DIV3B每個(gè)時(shí)鐘沿都往后延遲2.2ns，命令和效果圖如下：

create_clock -name SYSCLK \\
    -period 2.2 \\
    [get_ports SYSCLK]


create_generated_clock -name DIV3B \\
    -source [get_ports SYSCLK]  \\
    -edges { 3 5 9 } \\
    [get_pins U3/Q]


create_generated_clock -name DIV3C \\
    -source [get_ports SYSCLK]  \\
    -edges { 3 5 9 } \\
    -edge_shift {2.2 2.2 2.2} \\
    [get_pins U4/QN]

考慮invert/preinvert的實(shí)例

create_generated_clock使用-invert/-preinvert選項(xiàng)都表明generated clock與master clock相位相反，但這兩個(gè)選項(xiàng)的區(qū)別是：

• preinvert : Creates a generated clock based on the inverted sense of the master clock.
• invert : Creates an inverted generated clock based on the non-inverted sense of the master clock.

命令和效果圖如下：

create_generated_clock -name gclk_pos \\
-source [get_pins FF1/CLK]  \\
-divide_by 2 \\
[get_pins FF1/Q]


create_generated_clock -name gclk_neg \\
-source [get_pins FF1/CLK] \\
-divide_by 2 \\
-preinvert \\
[get_pins FF1/Q]


create_generated_clock -name glk_inv \\
-source [get_pins FF1/CLK] \\
-divide_by 2 \\
-invert \\
[get_pins FF1/Q]

同一點(diǎn)定義多個(gè)generated clock

在實(shí)際電路中比較常見(jiàn)的情況是，不同的場(chǎng)景下使用不同頻率的時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)電路，如下圖所示，同一個(gè)時(shí)鐘，與經(jīng)過(guò)二分頻，四分頻后的時(shí)鐘經(jīng)過(guò)MUX輸出給電路使用。

這種情況下，需要在UMUX輸出點(diǎn)定義三個(gè)時(shí)鐘CLKbypass/CLKdiv2/CLKdiv4，而且這三個(gè)時(shí)鐘在物理上是不能共存的(physically_exclusive)，可以考慮使用以下命令來(lái)定義時(shí)鐘：

create_clock -period 10 CLK


create_generated_clock -name CLKbypass \\
    -source [get_ports CLK] \\
    -master CLK \\
    -divide_by 1 \\
    -combinational \\
    -add \\
    UMUX/Y


create_generated_clock -name CLKdiv2 \\
    -source FFdiv2/CK \\
    -master CLK \\
    -divide_by 2 \\
    -add \\
    UMUX/Y


create_generated_clock -name CLKdiv4 \\
    -source FFdiv4/CK \\
    -master CLK \\
    -divide_by 4 \\
    -add \\
    UMUX/Y


set_clock_groups -physically_exclusive \\
    -group {CLKbypass} \\
    -group {CLKdiv2} \\
    -group {CLKdiv4}

注意，這種方式定義時(shí)鐘看似合理，但是容易造成問(wèn)題，因?yàn)樵贑LK和UMUX/Y之間有三條不同的路徑，延遲大小不同，所以在計(jì)算timing時(shí)，在launch path和capture path上選擇的路徑會(huì)不同，帶來(lái)悲觀的影響，如下圖所示，也有可能在計(jì)算min_pulse_width時(shí)造成假的違例。

在Solvnet上給出了更恰當(dāng)?shù)奶幚矸绞?，具體命令如下：

# create parent clock
create_clock -period 10 CLK


# create divide-by-2, divide-by-4 generated clocks
create_generated_clock -name CLKdiv2 -divide_by 2 FFdiv2/Q -source FFdiv2/CK
create_generated_clock -name CLKdiv4 -divide_by 4 FFdiv4/Q -source FFdiv4/CK


# create "MUXed" versions of all clocks arriving at MUX
create_generated_clock -name CLK_mux -combinational UMUX/A -source UMUX/A
create_generated_clock -name CLKdiv2_mux -combinational UMUX/B -source UMUX/B
create_generated_clock -name CLKdiv4_mux -combinational UMUX/C -source UMUX/C


# create divide-by-3 versions of all clocks arriving at FFdiv3
create_generated_clock -name CLK_mux_div3 \\
    -divide_by 3 FFdiv3/Q -source FFdiv3/CK -master CLK_mux -add
create_generated_clock -name CLKdiv2_mux_div3 \\
    -divide_by 3 FFdiv3/Q -source FFdiv3/CK -master CLKdiv2_mux -add
create_generated_clock -name CLKdiv4_mux_div3 \\
    -divide_by 3 FFdiv3/Q -source FFdiv3/CK -master CLKdiv4_mux -add


# apply physical exclusivity to all clock families (generated clocks included)
# which are exclusive due to statically switched MUX
set_clock_groups -physically_exclusive \\
    -group {CLK_mux     CLK_mux_div3} \\
    -group {CLKdiv2_mux CLKdiv2_mux_div3} \\
    -group {CLKdiv4_mux CLKdiv4_mux_div3}