FPGA設計的常用基本時序路徑分析

在高速的同步電路設計中，時序決定了一切，要求所有時序路徑都必須在約束限制的時鐘周期內(nèi)，這成為設計人員最大的難題，因此，首先確定和分析基本時序路徑有助于設計者快速，準確地計算時序裕量，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，XILINX公司提倡的幾種常用基本路徑。

（1）Clock-to-Setup路徑：

clock-to-setup路徑從觸發(fā)器的輸入端開始，結(jié)束于下一級觸發(fā)器，鎖存器或者RAM的輸入端，對終止端的數(shù)據(jù)信號要求一定的建立時間。

如下圖所示：

該條路徑包括了觸發(fā)器內(nèi)部clock-to-Q的延遲，觸發(fā)器之間的由組合邏輯造成的路徑延遲以及目標觸發(fā)器的建立時間，其延時是數(shù)據(jù)從源觸發(fā)器開始，在下一個時鐘沿來到之前通過組合邏輯和布線的最大時間，Clock-to-Setup時間可通過約束文件中的周期約束來限制。

（2）Clock-to-pad路徑：

Clock-to-Pad路徑從寄存器或者鎖存器的時鐘輸入端開始，終止于芯片的輸出引腳，中間經(jīng)過了觸發(fā)器輸出端以及所有的組合邏輯，如下圖所示：

這條路徑包括了經(jīng)過觸發(fā)器的延時和從觸發(fā)器到輸出引腳之間的邏輯延遲，在約束文件中，可以通過OFFSET語句和FROM：TO來約束，如果使用OFFSET語句，那么時延計算時會包含時鐘輸入BUFFER/ROUTING延時；如果使用FROM:TO約束，則延時從觸發(fā)器自身開始，不包括輸入路徑，比較精確，所以使用相對更頻繁一些。

① OFFSET語句：OFFSET說明了外部時鐘和與其相關的輸入，輸出數(shù)據(jù)引腳之間的時序關系。其語法規(guī)則如下：

OFFSET={IN/OUT}"offset_time"[unit] {BEFORE/AFTER} "clk_name"[TIMEGRP"group_name"];

OFFSET可以用于設置多類約束，對于Clock-to-Pad需要將屬性配置為OUT AFTER, 例如：

NET Q_out OFFSET = OUT 35.0 AFTER "CLK_SYS"

② FROM :TO 語句 ：FROM:TO定義了兩組信號之間時序關系。

其語法規(guī)則如下：

#TIMESPEC "TSname" = FROM "group1"TO "group2" value;

其中，TSname 必須以TS開頭，group1是起始路徑，group2是目的路徑，value值的默認單位為ns，也可以使用MHZ。

實例：

TIMESPEC TS_aa = FROM FFS TO PAD 10;

（3）Pad-to-Pad路徑：

Pad-to-Pad路徑從芯片輸入信號端口開始，結(jié)束于芯片輸出信號端口，中間包含所有組合邏輯，但并不包含任何同步邏輯如圖所示：

Pad-to-Pad路徑延時是數(shù)據(jù)輸入到芯片，經(jīng)過邏輯延時和布線時延后再輸出芯片的最大時間要求，在約束文件中任然通過FROM：TO來約束，其語法如下：

TIMESPEC TS_aa = FROMPADSTO PADS 10 ;

（4）Pad-to-Setup路徑

Pad-to-setup路徑從芯片的輸入信號端口開始，結(jié)束于同步電路模塊（觸發(fā)器，鎖存器和RAM），對相應的數(shù)據(jù)信號要求一定的建立時間，如下圖所示：

該路徑可以通過BUFFER和所有組合邏輯，不包含任何同步電路木塊和雙向端口，是數(shù)據(jù)到達芯片的最大時間要求，和Clock-to-Pad一樣，該路徑可以通過OFFSET和FROM:TO來設計，其中OFFSET語句的屬性設置為OFFSET IN BEFORE。

例如：

OFFSET = IN 10 ns BEFORE my_clk TIMEGRP My_FFS;