FPGA設(shè)計存在的4類時序路徑

命令set_multicycle_path常用來約束放松路徑的約束。通常情況下，這種路徑具有一個典型的特征：數(shù)據(jù)多個周期翻轉(zhuǎn)一次，如下圖所示。因此，我們把這種路徑稱為多周期路徑（FPGA設(shè)計中更多的是單周期路徑，每個周期數(shù)據(jù)均翻轉(zhuǎn)）。

一般情況下，多周期路徑約束的對象都是FPGA內(nèi)部路徑，路徑所包含的邏輯單元也都是FPGA內(nèi)部單元如觸發(fā)器、BRAM或DSP等。但有時在片間接口使用set_input_delay和set_output_delay約束時，也會用到set_multicycle_path。這里我們就來討論這種情形。

我們先從系統(tǒng)級角度看一下FPGA設(shè)計存在的4類時序路徑，如下圖所示。這4類路徑包括：上游芯片到FPGA管腳（用set_input_delay約束）、FPGA內(nèi)部路徑（用create_clock約束）、FPGA管腳到下游芯片（用set_output_delay約束）和FPGA管腳到FPGA管腳（用set_max_delay約束）。就前三條路徑而言，如果把上游芯片、FPGA芯片和下游芯片作為一個整體看待，我們就會發(fā)現(xiàn)這三條路徑本質(zhì)上是一類路徑，起點單元和終點單元都是觸發(fā)器。只是觸發(fā)器可能在FPGA外部而已。正因此，凡是適合于FPGA內(nèi)部路徑的多周期路徑約束情形也適合于接口多周期路徑約束情形。同時，也能看出Vivado的這種系統(tǒng)級的時序分析引擎對接口時序約束極為便利。

情形1：數(shù)據(jù)每多個時鐘周期翻轉(zhuǎn)一次

如下圖所示時序波形，數(shù)據(jù)每兩個時鐘周期翻轉(zhuǎn)一次。

如果數(shù)據(jù)是由上游芯片發(fā)送給FPGA，那么就需要用set_input_delay結(jié)合set_multicycle_path一起對接口路徑進行約束，如下圖所示。這里最后兩行使用了set_multicycle_path，一個針對建立時間，一個針對保持時間。

如果數(shù)據(jù)是從FPGA發(fā)送給下游芯片，那么就需要用set_output_delay結(jié)合set_multicycle_path一起對接口路徑進行約束，如下圖所示。

情形2：捕獲時鐘和發(fā)送時鐘同頻但有相差

如下圖所示，發(fā)起時鐘和捕獲時鐘同頻但不同相。默認情況下，Vivado會選擇兩個時鐘最為接近的邊沿作為發(fā)起沿和捕獲沿，如圖中的藍色箭頭所示。顯然，這種情況下，時序約束過緊且不符實際。這就要通過set_multicycle_path告訴工具真正的捕獲沿是在2號標記處。

如果該路徑存在于FPGA輸入接口處，那么可以采用set_input_delay結(jié)合set_multicycle_path一起約束，如下圖所示。

如果該路徑存在于FPGA輸出接口處的源同步設(shè)計，那么可以采用set_output_delay結(jié)合set_multicycle_path一起約束，如下圖所示。

審核編輯：湯梓紅