探討下clock的基本定義（下）

Clock Latency簡(jiǎn)介

要探討今天的主題，首先需要跟大家一起學(xué)習(xí)下clock latency這個(gè)基本概念。Clock latency通俗意義上是指clock定義點(diǎn)到clock sink point（時(shí)序器件的clock Pin）之間的這段延遲時(shí)間。其分為兩類，其中一類為，source latency，另外一類是network latency。

**source latency ** ：也稱作insertion delay，通常是指clock source端到clock定義點(diǎn)之間的這段時(shí)間延遲；通常有兩種情況，其一：clock 直接來(lái)自于芯片外部，如crystal clock，此時(shí)，source latency指的是芯片外部crystal出口到芯片PAD（假如clock定義在此處）之間的時(shí)間延遲；其二：clock 來(lái)自于芯片內(nèi)部的PLL，此時(shí)，source latency指的是芯片內(nèi)部PLL輸出點(diǎn)到芯片內(nèi)部某個(gè)第一個(gè)clock定義點(diǎn)之間的這段時(shí)間。

network latency ：其指的是clock定義點(diǎn)到clock sink point之間的這段時(shí)間。

這兩種latency是每一個(gè)clock的固有屬性，當(dāng)CTS完成之后，每一個(gè)clock如果是在propagation狀態(tài)下，其source latency和network latency都是確定的。當(dāng)然，在前期（PR之前或者CTS之前），通常情況下clock都處于ideal狀態(tài)，為了能夠模擬真實(shí)的情況，我們可以通過(guò)指令set_clock_latency去指定每個(gè)clock的source latency或者network latency，具體此指令的用法，我們這里不詳細(xì)解釋了，有興趣，有需要的可以自己去查閱相關(guān)資料。

圖1 clock latency 示例

create_clock和create_generated_clock的不同點(diǎn)簡(jiǎn)介

通常定義clock的方式有兩種，create_clock和create_generated_clock。再上次有具體介紹過(guò)，這兩個(gè)指令的使用。那么他們之間有哪些使用上的區(qū)別以及各自都有什么特點(diǎn)呢？大體總結(jié)如下：

• create_generated_clock能夠繼承其master clock phase，換句話說(shuō)：generate clock的邊沿（rise or fall）是通過(guò)繼承master clock得到的。
• create_generated_clock能夠繼承其master clock的source latency。
• 通常情況下，create_clock的source latency為0.（在不特殊指定的情況下）
• 每當(dāng)設(shè)置一個(gè)create_clock，通常CTS時(shí)會(huì)構(gòu)建一個(gè)新的clock domain。

Generate clock定義出錯(cuò)引入的clock edge識(shí)別出錯(cuò)

在上次，我們通過(guò)多個(gè)例子，分類說(shuō)明了，如果generate clock定義不合理，會(huì)誤導(dǎo)工具做出錯(cuò)誤的timing分析的各種情形。但是具體工具timing分析會(huì)是什么樣的呢？

圖2 錯(cuò)誤的定義generate clock示例

如圖2所示，如果直接在u_ckdiv2/Q點(diǎn)上，使用-divide_by 2 –master_clock clk的方式定義generate clock，那么工具認(rèn)為的Q點(diǎn)的波形會(huì)是圖2中右圖所示的情況。這其實(shí)是與實(shí)際design的情況不符合的（假如DFF復(fù)位狀態(tài)為0）。這時(shí)工具會(huì)認(rèn)為的timing path check情況會(huì)如圖3所示。從u_ff1/CK到u_ff2/D，整個(gè)timing path周期只有半個(gè)clk cycle。

圖3 錯(cuò)誤的generate clock定義

如果我們能夠正確的在Q-pin上定義generate clock，那么工具認(rèn)為的Q-pin的波形會(huì)是圖4中所示的情形。這時(shí)同樣的timing path，從u_ff1/CK到u_ff2/D，工具做出的timing 分析會(huì)是圖4中的情形。

圖4 正確的generate clock定義

當(dāng)然，通過(guò)上面這個(gè)例子，雖然clock定義不合理，但是錯(cuò)誤的clock的定義，單從edge的傳播來(lái)看，其實(shí)是加緊了對(duì)design的約束，可能會(huì)浪費(fèi)一些PPA，但是不會(huì)讓design最終因?yàn)閠iming出錯(cuò)。

Generate clock定義出錯(cuò)引入的latency計(jì)算出錯(cuò)

其實(shí)，除了上面分析提到的會(huì)影響工具正確的判斷定義的generate clock的edge之外，還會(huì)可能影響到工具錯(cuò)誤的計(jì)算clock的latency。

如圖5中的情形，如果采用圖5中（左，中，右）所示的定義方式，由于在mux的Z-pin上已經(jīng)定義了generate clock gclk1，而在定義generate clock clk_div時(shí)，如果其master clock還指向了gclk1前面的一個(gè)clock-clk1，那么此時(shí)clock其實(shí)定義是不合理的。因?yàn)閺腸lk_div往前追，看到的第一個(gè)clock是gclk1，而clk1被其打斷了，其clock屬性不能再正確的往后傳播。

圖5 錯(cuò)誤的clock定義

也即上面提到的generate clock可以繼承其master clock的source latency這個(gè)特性就不能正確的保持了，從而導(dǎo)致工具認(rèn)為此處定義的generate clock的source latency將從0開(kāi)始計(jì)算。如果此處的generate clock替換為create clock會(huì)是怎樣的呢？大家可以思考一下。而如果想正確的繼承master clock的source latency，那么此處，可以按照?qǐng)D5中右所示的方式定義clock。

Clock Group定義簡(jiǎn)介

上面提到create clock定義時(shí)，會(huì)伴隨新的clock domain的創(chuàng)建，此時(shí)所提到的clock domain即指clock group。當(dāng)然，clock group并不僅存在于create clock定義時(shí)，在generate clock定義時(shí)，也可以指定clock group。其主要目的是，人為的告訴工具，我們所定義的所有的clock之間的關(guān)系，從而減少工具自動(dòng)化分析的情形，降低runtime，得到更好的PPA的結(jié)果。但是具體clock group怎么劃分，是需要按照design架構(gòu)決定的。我們?cè)诖颂帲炔粫?huì)深究為什么要區(qū)分不同的clock group以及clock group劃分的依據(jù)（后面其它系列文章中再做分析），而是跟大家詳細(xì)的解釋下定義clock group的方法以及注意點(diǎn)。

如圖6所示，定義clock group我們SDC中右一條指令其為set_clock_group，詳細(xì)的解釋在圖6中都已經(jīng)給出，但是個(gè)人覺(jué)得還是有必要針對(duì)-logically_exclusive/-physically_exclusive/-asynchronous這三個(gè)option具體的分情況說(shuō)明一下。

圖6 clock group定義

-logically_exclusive/-physically_exclusive/-asynchronous簡(jiǎn)介

Logically_exclusive : 其含義是指兩組clock邏輯上不會(huì)同時(shí)存在。如圖7中第2框圖所示，雖然，clk1a/clk1b/clk2/clk3/clk4同時(shí)存在于整個(gè)design中，但是由于clock mux的select信號(hào)是相同的，所以從圖中可以看出，S=1，此時(shí)前后兩個(gè)mux分別選通clk2和clk4;如果S=0，則此時(shí)兩個(gè)MUX分別選通clk1a/clk1b和clk3，也就是clk1a/clk1b/clk3和clk2/clk4是邏輯上不會(huì)同時(shí)存在的。所以他們之間就是logically_exclusive。

Physically_exclusive : 其含義是指兩組clock之間物理上不會(huì)同時(shí)存在。如圖7中第1框圖所示。第一個(gè)clock mux中的clk1a和clk1b，這兩個(gè)clock是來(lái)自于相同的path，同一時(shí)間，這兩個(gè)clock物理上只有一個(gè)存在，所以他們便是physically_exlusive。

Asynchronous : 其含義是指兩組clock之間功能上異步的。如圖7中第3框圖所示，clk1和clk2，在功能設(shè)計(jì)時(shí)便是采用的異步方式設(shè)計(jì)的，即clk2跟clk1之間完全不需要關(guān)心相位或者frequency之間的關(guān)系，功能上也是正確的，這時(shí)候這兩個(gè)clock便是aysnchronous。當(dāng)然aysnchronous的前提條件是design功能上要保證正確性。

圖7 clock group定義示例

圖7中，如果換成第4框圖中的定義方式，跟第3框圖中的定義方式會(huì)有什么異同點(diǎn)？這個(gè)大家可以自己思考一下…