学习笔记------约束的管理

news2024/11/15 20:58:33

此篇记录FPGA的静态时序分析，在学习FPGA的过程中，越发觉得对于时序约束只是懂了个皮毛。现在记录一下自己的学习过程。

本文摘自《VIVADO从此开始》高亚军

为什么要进行约束？约束的目的是什么？

简单来说，就是需要在FPGA芯片中的电路，从输入到输出的时间，要系统的时钟周期内完成。

约束的管理

典型的时序路径有4类。
分为
片外路径
片内路径

这四类路径中，最为核心的标记是2同步时序路径。

这类路径起点模块和终点模块均为同一时钟驱动的时序逻辑（通常为寄存器，寄存器可以是SLICE中的，也可以是BRAM或者DSP48内部）。如果把PCB看成一个大的系统，标记1，2，3所示的路径可以归纳为一个统一模型。触发器+组合逻辑+触发器。

从图中可以看出，一个完整的时序路径由源时钟路径，数据路径和目的时钟路径三部分构成。约束的目的是验证

$T_{clk}> T_{co}+T_{logic}+T_{routing}+T_{su}+T_{skew}+T_{clk}$

公式是否成立。

Tco	发端寄存器时钟到输出时间
Tlogic	组合逻辑延迟
Trouting	为两级寄存器之间布线延迟
Tsu	为收端寄存器建立时间
Tskew	为两级寄存器时钟歪斜，值等于时钟同一边沿到达两个寄存器时钟端口的时间差
Tclk	系统所能达到的最小时钟周期

在FPGA中，对于同步设计Tskew可以忽略。Tco和Tsu取决于芯片工艺。因此一旦选定芯片型号就只能通过Tlogic和Trouting来改善Tclk。其中Tlogic和代码风格有很大关系。Trouting和布局布线策略有关系。

即我们通过约束改善时序收敛的目的。就是通过改善Tlogic和Trouting来让系统在期望的Tclk下运行。

对于一个完整的FPGA设计。既要有时序约束，也要有物理约束（引脚位置，电平，驱动能力等等）。在工程进行的过程中，需要对FPGA功能进行调试，因此在调试阶段会使用到调试约束。所以一个完整的工程往往会包含时序约束，物理约束，调试约束。

该书还介绍了设置约束生效的阶段，是在综合阶段和实现阶段有效。还是均有效。以及查看位置约束是否生效的方式。