手把手課堂:Xilinx FPGA設計時(shí)序約束指南

　　傳輸時(shí)間與 OFFSET 約束

　　信號從 A 點(diǎn)到達 B 點(diǎn)所用的時(shí)間稱(chēng)為傳輸時(shí)間。它取決于傳輸介質(zhì)中光傳播的速度。例如，PCB 電路板上的走線(xiàn)以 6~7 皮秒/ 毫米來(lái)傳輸信號?？刹捎枚喾N方法來(lái)確定這一時(shí)間值，例如進(jìn)行仿真，或在材料介電常數與走線(xiàn)幾何結構已知的情況下，列方程求解。在芯片內，信號的行為方式也很類(lèi)似，不過(guò)也會(huì )因通過(guò)緩存器、反相器、邏輯和互聯(lián)等有源電路而發(fā)生延遲。

　　傳輸時(shí)間是可測量的，通常用示波器來(lái)測量。當路徑上無(wú)有源元件時(shí)，傳輸時(shí)間一般不會(huì )有太大變化。若路徑在芯片內，則晶體管的作用會(huì )使路徑延遲在最大值與最小值之間變化。設計需同時(shí)滿(mǎn)足二者的時(shí)序要求。

　　為告訴工具數據何時(shí)到達特定位置，需使用另一種名為“OFFSET_IN”的約束。“OFFSET_IN”約束在時(shí)鐘和數據進(jìn)入器件時(shí)，對其關(guān)系進(jìn)行了定義。以如下約束為例：

　　該約束告知工具，數據將在 clk20 脈沖上升沿之前 2 納秒建立在 PAD 上，并在到達后 16 納秒內保持有效。該約束只對那些進(jìn)入由 clk20 或其衍生（衍生約束）提供時(shí)鐘的寄存器的 PAD 有效。

　　OFFSET 要求在 clk20 上有一個(gè)PERIOD 約束，這樣才能理解時(shí)鐘結構。如下這樣也可接受：

　　不過(guò)，該約束不會(huì )檢查保持時(shí)間，因不清楚數據何時(shí)會(huì )從 FPGA 的引腳結束。若數據在時(shí)鐘脈沖邊沿 2 納秒之后才建立，則使用如下方案：

　　OFFSET_IN 適用于進(jìn)入器件的時(shí)鐘與數據之間的關(guān)系，另一種常見(jiàn)的OFFSET_OUT 約束定義時(shí)鐘在 FPGA 輸入處發(fā)生跳變后數據離開(kāi)器件所需的時(shí)間。以下為常見(jiàn)的 OFFSET_OUT 用法：

　　該約束告知工具，需確保輸入時(shí)鐘在 FPGA 輸入跳變后 3 納秒時(shí)長(cháng)后，數據出現在 FPGA 的輸出引腳上。該約束僅應用于由 clk20 或其衍生（衍生約束）提供時(shí)鐘的寄存器驅動(dòng)的 PAD。OFFSET 要求在 clk20 上有 PERIOD 約束，這樣才能理解時(shí)鐘結構。保持時(shí)間不受 OFFSET_OUT 的約束。

　　若需要數據在時(shí)鐘脈沖邊沿前 2 納秒到達FPGA 輸出，則使用：

　　分組與分組名稱(chēng)

　　時(shí)間分組是用來(lái)識別對于同步元件間的路徑集或連線(xiàn)集的約束的一種方式。向時(shí)序分組添加組件，應使用 TNM、TNM_NET 或 TIMEGRP。

　　通過(guò)定義分組并給定分組之間的時(shí)序要求，可對路徑進(jìn)行約束。部分約束不需要時(shí)序分組，如 NET MAXDELAY。這一最大延遲 (MAXDELAY) 屬性定義了一條連線(xiàn)上允許的最大延遲。

　　時(shí)序名稱(chēng)

　　向用戶(hù)定義的分組添加組件，可這樣處理：

　　在此，“TNM”為保留字，用于定義時(shí)序分組的名稱(chēng)。

　　在這種情況下，object_name 為帶分組元件或信號的名稱(chēng)，predefined_group 為可選關(guān)鍵詞，標示符可以是字母、數字和下劃線(xiàn)的任意組合。不能使用諸如 FFS、LATCHES 或RAMS 這樣的保留字。該變量對大小寫(xiě)敏感。（TNM=abc 不等于 TNM=ABC）。

　　可將 TNM 應用于任何連線(xiàn)、元件引腳、原語(yǔ)或宏。組件可加入一個(gè)以上的分組。例如，my_ffs_group TNM 中可含有 my_ff組件。同樣，my_ffs_group2 TNM 也可包含 my_ff 組件。要創(chuàng )建分組，請使用：

　　為時(shí)序目的，可在分組中包含任何關(guān)鍵詞元件。在本例中，NET CLOCK可追溯到觸發(fā)器 (FFS)。這些觸發(fā)器使用名稱(chēng) clk_group 進(jìn)行時(shí)序命名 (TNM)。然后，clk_group 就可以在TIMESPECS中使用了。也可使用實(shí)例創(chuàng )建分組，如：