FPGA时序约束(四)主时钟和虚拟时钟的约束

news2024/11/15 7:14:59

系列文章目录

FPGA时序约束(一)基本概念入门及简单语法

FPGA时序约束(二)利用Quartus18对Altera进行时序约束

FPGA时序约束(三)时序约束基本路径的深入分析


文章目录

  • 系列文章目录
  • 前言
  • 主时钟约束
    • 跨时钟域的时序分析
  • 虚拟时钟约束
    • 系统同步:pin2reg
    • 系统同步:reg2pin
  • 时钟特性约束
    • 时钟抖动(一些只适用于xilinx)
      • set_input_jitter
      • set_system_jitter
    • 时钟不确定性
    • set _clock_latency/时钟偏斜


前言

在读《FPGA时序约束与分析》吴厚航时记录的读书笔记,继续总结记录一些知识点,深入一点点。(很详细的一本时序约束的书,非常推荐)

主时钟约束

在《FPGA时序约束(二)利用Quartus18对Altera进行时序约束》中简单的介绍了几种约束,其中提到了主时钟约束

create_clock -name xxxx -period a -waveform {b c} [get_ports {xxx}]

定义名为xxxx的时钟,周期为a ns,上升沿b ns,下降沿c ns,来自端口xxx(FPGA引脚)

有几个注意的地方:

  1. 当输入时钟是一对差分信号,只需要约束正端(P端)那个输入引脚就行,负端会自动识别
  2. 如果b的值不为0,相当进行了相移(但是没搞懂一个输入时钟怎么能相移的,又不是衍生时钟,可能意思是时序约束能对该时钟进行相移)
  3. 如果是get_nets进行定义,取的是FPGA的内部网络作为时钟的物理节点
  4. -waveform {b c}可以不加,默认是0和50%的占空比

多频率约束:(对同一个输入管脚有多个频率的时钟进行约束)

create_clock -name xxxx1 -period a -waveform {b c} [get_ports {xxx}]
create_clock -name xxxx2 -period d -waveform {e f} [get_ports {xxx}] -add

对硬件原语约束(xilinx)(对Altera也是可以的)
对于一些硬件原语的输出时钟引脚,可以将这个硬件原语的输出引脚作为时钟源进行主时钟约束,如instA/OUT。

在这里插入图片描述
若此时还是指定BUFG0、BUFG1原语的输出端作为主时钟约束的根节点,就可能由于两条线的时钟偏斜差异而导致时序分析结果的误差。在这种情况下,只需要直接对源时钟 sysclk进行主时钟约束,就能覆盖该时钟所驱动的所有时序路径。(在Altera的quartus里面找了半天没找到,不知道能不能约束buffer后面的节点)

在这里插入图片描述

跨时钟域的时序分析

在这里插入图片描述
出现上图这样驱动时钟不同的情况:
时序分析工具会竭尽所能地寻找发射沿之后最近的一个锁存沿,以此作为最坏情况的建立时间关系。寻找与发射沿对齐或者在发射沿之前最近的一个锁存沿,以此作为最坏情况的保持时间关系。
会寻找建立时间关系的最坏情况,就是寻找发射沿之后最近的锁存沿(最小的正向时间)。保持时间关系的最坏情况,就是寻找发射沿之前(包括与发射沿对齐)最近的一个锁存沿(最小的负向时间)。

有下图几种情况:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

虚拟时钟约束

一些引脚上的数据信号,其同步时钟只存在于外部芯片,并不存在于FPGA器件内。这种情况下必须定义一个时钟用于描述数据引脚,就称为虚拟时钟。定义时无须依附于任何设计中的实际物理节点。

虚拟时钟同样是以create_clock 命令进行约束定义的,但无须指定目标端口或网络。

虚拟时钟通常被用于以下一些情况中的输人或输出延时约束:

  • 时序分析(一般是I/O引脚相关的时序路径)的参考时钟并不是FPGA内部的某个设计时钟(主时钟)。
  • 与FPGA器件的I/О路径相关的内部驱动时钟与其板级驱动时钟并不是完全同步的。
  • 设计者希望对I/O的驱动时钟指定一些特殊的抖动和延时值,但又不希望影响此时钟在FPGA内部的时钟传输特性。

虚拟时钟仅用作参考,以指定相对于该时钟的输入延迟和输出延迟。

例如,时钟周期为10ns,并且不依附于任何目标网络的时钟信号clk_virt,其约束定义时的目标网络属性就无须指定。其名称定义就是clk_virt,约束脚本如下。

create_clock - name clk_virt - period 10

虚拟时钟也必须在其被输入或输出延时约束引用前做好定义。

我现在不太懂,后来网上查了查,后面可能会根据这个clk_virt 来设置set_input_delay这些:
如:

set_input_delay 6 -clock clk_virt [get_ports dina]

系统同步:pin2reg

对于源寄存器reg1的时钟不会传入到FPGA,这个时候就要根据实际情况对VCLK进行虚拟时钟约束,以便时序分析。
在这里插入图片描述

create_clock - period 10.000 -name VIR_CLK -waveform {0.000 5.000}
create_clock - period 10.000 -name SYS_CLK -waveform {0.000 5.000} [ get_ports clk]

在这里插入图片描述

create_clock - period 10.000 -name VIR_CLK -waveform {2.000 7.000}
create_clock - period 10.000 -name SYS_CLK -waveform {0.000 5.000} [ get_ports clk]

系统同步:reg2pin

源寄存器reg1的驱动时钟是实际存在的,设计者可以对其进行主时钟约束,而目的寄存器的主时钟reg2并不会传输到FPGA器件,此时设计者就可以对其进行虚拟时钟约束,以便于时序分析。
在这里插入图片描述

create_clock - period 10.000 -name VIR_CLK -waveform {0.000 5.000}
create_clock - period 10.000 -name SYS_CLK -waveform {0.000 5.000} [ get_ports clk]

在这里插入图片描述

create_clock - period 10.000 -name VIR_CLK -waveform {2.000 7.000}
create_clock - period 10.000 -name SYS_CLK -waveform {0.000 5.000} [ get_ports clk]

时钟特性约束

在真实世界中,当时钟在FPGA器件内部传输时,会经过各种时钟缓冲器、时钟管理单元以及固有的时钟走线路径,加上各种不可避免的硬件噪声,都会引起时钟沿的延时和波形变化,称其为时钟的传输时延和时钟不确定性。

在FPGA中,时钟的偏差特性,主要通过时钟抖动(Clock Jitter)和时钟不确定性(Clock Uncertainty)进行约束。

时钟抖动(一些只适用于xilinx)

对于时钟抖动,一般推荐使用Vivado时序工具默认产生的时钟抖动值。

set_input_jitter:

  • 更改某个时钟信号的默认时钟抖动值,指定这个时钟的峰峰(peak-to-peak)抖动值。

  • 命令只能约束主时钟的抖动值,不能用于约束衍生时钟的抖动值。除了MMCM或PLL外,主时钟所设定的时钟抖动值将会传递给它的衍生时钟。(前面提到xilinx会自动时序约束这些ip核)

  • 每条set_input_jitter命令只能约束一个主时钟。

set _system _jitter:

  • 若系统电源存在较大噪声,如FPGA器件核压VCCINT由于大量节点的同时开关,串扰、温度突变等因素导致全局的时钟抖动,使用set_system_jitter命令对系统抖动(System Jitter)进行定义。
  • Vivado时序工具自动使用set _system _jitter命令约束了0.050ns的默认系统抖动值。通常不建议用set_system_jitter命令去设定一个新的系统抖动值。

使用set_input_jitter命令和set_system_jitter命令约束的系统抖动,在Vivado 工具中进行时序分析时,都会作为时钟不确定性的一部分进行计算。

时钟的系统抖动值和输入抖动值通常都是符合高斯分布的一些随机值,因此以其均方值作为最坏情况进行计算:
Tsj=sqrt(SourceClockSystemJitter ^ 2+DestinationClockSystemJitter^2)
例如,使用默认的0.050ns的系统抖动值:Tsj=sqrt(0.050^ 2+0.050^2)=0.071ns=71ps

set_input_jitter

set_input_jitter [get_clocks <clock_name >]<jitter_in_ns>

get_clocks用于指定需要约束抖动值的主时钟名<clock_name>,这个主时钟必须是事先约束定义好的。
<jitter_in_ns>指定抖动值,取值必须大于或等于0,单位为ns。

例子:

set_input_jitter clk1 0.3
set_input_jitter clk2 0.3

set_system_jitter

set_system_jitter <jitter_in_ns >

<jitter_in_ns >指定所有时钟的系统抖动值,取值必须大于或等于0,单位为 ns。

例子;

create_clock -period 10 -name sysclk [get_ports clk]
set_system_jitter sysclk 0.1

时钟不确定性

除时钟抖动以外的所有可能影响时钟周期性偏差的因素,都可以使用set_clock_uncertainty命令进行约束。

set_clock_uncertainty -setup -from [get_clocks <clock0_name>] -to [get_clocks <clock1_name >]<uncertainty_value >
  • -setup表示定义建立时间检查的时钟不确定性时间,也可以使用-hold表示保持时间的时钟不确定性,如果不指定-setup和-hold,则表示同时建立时间和保持时间的不确定性时间。
  • -from指定源时钟,-to指定目标时钟,对于非跨时钟域的路径,一般不需要指定-from和-to。
  • get_clocks用于指定实际的时钟物理节点名称<clock0_name>或<clockl_name >。
  • <uncertainty_value >指定时钟不确定时间,单位为ns。

set_system_jitter和 set_input_jitter命令约束的抖动值都会计算到时钟不确定时间。

set_clock_uncertainty命令约束的时钟不确定性值不会影响set_system_jitter和 set_input_jitter命令约束的抖动值,而是额外增加约束值计算到时钟不确定时间。称set_clock_uncertainty命令约束的时钟不确定性值为用户不确定性(User Uncertainty,UU)时间。

是在计算建立时间余量或保持时间余量时,时钟不确定时间必须作为需要预留出来的一部分余量予以扣除。(最终公式中作为减数)

当希望时钟的时序路径增加时序余量时,也可以使用set_clock_uncertainty命令进行约束定义。相比提高时钟频率增加余量,这种约束方法不更改原有时钟的边沿变化特性和时钟相关性,是更安全稳妥的增加时序余量的约束设计方法。

在这里插入图片描述
如下图,vivado中的时序报告(什么都抖动和不确定性都没约束时)
在这里插入图片描述

例子:

  1. 给主时钟clk增加500ps(0.5ns)的余量
set_clock_uncertainty -from clk -to clk0 0.500
  1. 源时钟和目标时钟是两个不同的主时钟,且数据的传输是双向的,这个时候对主时钟clko和 clk1分别设定0.25ns的不确定性时间。
set_clock_uncertainty -from clk0 -to clk1 0.250 -setup
set_clock_uncertainty -from clk1 -to clk0 0.250 -setup

set _clock_latency/时钟偏斜

set_clock_latency [-clock<args>] [-rise] [-fall] [-min] [-max] [-source] <latency><objects >
  • [-clock]后指定约束时钟(由指定)所相对的时钟名称。若不定义时钟,则时钟延时值将会应用于所有目标时钟所驱动的时序路径。
  • [-rise][-fall]指定时钟延时的边沿。
  • [-min][-max]指定时钟延时的最大值或最小值。只能指定其一,若不指定则延时值同时作为最大值和最小值。
  • [-source]指定时钟延时的基本类型,[-source]即源延时,[-network]即网络延时。默认为[-network]类型。[-source]用于定义时序分析时实际使用的时钟相对于它的理想时钟波形的延时,例如外部晶振源经过PCB板级延时到达FPGA引脚的路径延时。[-network]用于定义时钟信号从设计中的某个指定节点传输到寄存器的时钟输入端口的延时。时钟到达寄存器输人端口的总延时包括了时钟源延时和时钟网络延时。
  • < latency >指定时钟延时值,单位为ns。
  • < objects >指定约束时钟的名称。

对于已经做过主时钟约束的时钟,时序分析时通常都会自动计算其时钟延时值并给出详细报告,设计者不需要额外约束这些内部时钟的延时。如下图:

在这里插入图片描述

对于FPGA外部输入的同步时钟信号,有时需要增加一些时钟延时约束以指定这些时钟在FPGA器件之外的一些时钟延时特性。在上一篇系列文章介绍的引脚到寄存器接口时序约束中,并未专门set _clock_latency,但也利用set_input_delay约束(是一样的),如下图:

在这里插入图片描述
例如:指定时钟CLK_A 的上升沿的时钟源延时为0.4ns。

set_clock_latency -source -rise 0.4 [get_ports CLK_A]

例如:vivado中,右击可以看到计算公式
在这里插入图片描述
分别是源时钟延时(Source Clock Delay,SCD)
目标时钟延时(Destination Clock Delay,DCD)
时钟悲观:这里时钟共同路径延时,Clock Pessimisim Removal(CPR)
DCD-SDC+CPR计算得到时钟偏斜值。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/467370.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

计算机网络【2】 子网掩码

学习大佬记下的笔记 https://zhuanlan.zhihu.com/p/163119376 "子网"掩码&#xff0c;顾名思义&#xff0c;它就是拿来划分子网的&#xff0c;更准确的说&#xff0c;划分子网的同时&#xff0c;还能通过它知道主机在子网里面的具体ip的具体地址。 子网掩码只有一个…

聊聊「低代码」的实践之路

区块链、低代码、元宇宙、AI智能&#xff1b; 01 【先来说说背景】 这个概念由来已久&#xff0c;但是在国内兴起&#xff0c;是最近几年&#xff1b; 低代码即「Low-Code」&#xff1b; 指提供可视化开发环境&#xff0c;可以用来创建和管理软件应用&#xff1b; 简单的说…

中英文切换,vue项目国际化使用教程(国际化使用详细,i18n国际化)

简述&#xff1a;在工作中&#xff0c;我们难免会遇到把文字切换成外语的需求&#xff0c;这里来记录下如何在项目中点击切换成英语&#xff0c;这里会用到i18n&#xff0c;它是一个支持国际化功能的插件&#xff0c;这里来分享下它的使用过程。 1、首先&#xff0c;我们需要在…

idea使用 ( 四 ) 插件

5.插件 5.1.idea数据库连接 5.1.1.打开配置界面 5.1.2.选择MySQL 点击 号 > Data Source > MySQL 5.1.3.配置数据库驱动jar 先在左边选择 MySQL 再点击 号 > Custom JARs… 在 弹出的窗口中选择 已经存在的 jar位置 就导入 MySQL 的驱动文件 5.1.4.配置连库…

记录一次在x86 软件中使用dpdk 的历程(Makefile gcc改成g++)

我们一台服务器上原本是用grub下预留内存的方式, 然后把物理地址在板卡上的配置文件中传给L1. 但是在客户的环境上服务器windriver上不是能预留内存的. 所以服务器上需要在testMxx程序中用dpdk的方式分配出内存, 然后, 把物理地址通过sdp虚拟的网口&#xff0c; 用socket 传…

为什么要清除浮动?清除浮动的方式

&#x1f4dd;个人主页&#xff1a;爱吃炫迈 &#x1f48c;系列专栏&#xff1a;HTMLCSS &#x1f9d1;‍&#x1f4bb;座右铭&#xff1a;道阻且长&#xff0c;行则将至&#x1f497; 文章目录 浮动的定义浮动的工作原理浮动的特性为什么要清除浮动清除浮动的方式利用clear样式…

vue3 vite typescript volar element-plus element标签报红问题的解决

故障就这样的&#xff1a; 模块 ""element-plus"" 没有导出的成员 "FormInstance" 至于原因咱也不知道&#xff0c;也没搞明白&#xff0c;一直以为是volar校验的问题&#xff0c;能开发咱就接着干&#xff0c;到了发布的时候傻眼了。所有这种…

API低代码平台介绍1-功能概述

API低代码平台之ADI平台 ADI平台是指Application data integration&#xff0c;即“应用数据集成”&#xff0c;使用springboot开发&#xff0c;并通过springcloud实现微服务&#xff0c;是一个动态定义Http API接口的“零代码”或“低代码”平台&#xff0c;支持GET(查)、POST…

Java 实现 YoloV7 人体姿态识别

1 OpenCV 环境的准备 这个项目中需要用到 opencv 进行图片的读取与处理操作&#xff0c;因此我们需要先配置一下 opencv 在 java 中运行的配置。 首先前往 opencv 官网下载 opencv-4.6 &#xff1a;点此下载&#xff1b;下载好后仅选择路径后即可完成安装。 此时将 opencv\b…

30基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略MATLAB程序

资源地址&#xff1a; 30基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略MATLAB程序资源-CSDN文库 参考文献&#xff1a; 《基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略》——吴锦领 仿真平台&#xff1a;MATLAB CPLEXMOSEK/IPOPT 主要内容&#xff1a; 主要做的是…

优思学院|精益生产为企业带来革命性转变的效益

企业的成长和发展需要不断的变革和创新&#xff0c;而精益生产则成为了这个时代的代名词。精益生产不仅仅是一个生产方式&#xff0c;更是一种革命性的转变&#xff0c;为企业带来了无限的效益。 什么是精益生产&#xff1f; 精益生产是一种基于持续改进的生产方式&#xff0…

基于matlab的混合波束成形仿真

一、前言 本示例介绍了混合波束成形的基本概念&#xff0c;并展示了如何仿真此类系统。 二、介绍 现代无线通信系统使用空间复用来提高散射体丰富的环境中系统内的数据吞吐量。为了通过通道发送多个数据流&#xff0c;从通道矩阵中导出一组预编码和组合权重。然后&#xff0c;可…

lammps教程:聚合物压缩,避免“bond atoms missing”

本文介绍聚合物的压缩方法。 lammps模拟聚合物体系时&#xff0c;最常见的一个错误是“bond atoms missing”,其中一个原因是建模方法不对。 这个原理在之前的专栏文章中已经详细介绍。 如果使用ms建模&#xff0c;聚合物的链会伸出到盒子外面&#xff0c;在导出data文件后&…

MindFusion.Diagramming for WinForms 6.8.6

您现在可以指定在修改项目时要显示的视觉效果。 2023 年 4 月 26 日 - 15:55新版本 特征 您现在可以指定在修改项目时要显示的视觉效果。新的 Opacity 属性允许您创建半透明的 DiagramItem。添加了新的 CopySelection 重载&#xff0c;它允许您复制项目列表而无需选择它们。您现…

OrbStack

OrbStack 是一个可以在 macOS 上快速运行 Docker 容器&#xff0c;和 Linux 虚拟机的工具&#xff0c;资源占用率低&#xff0c;高效&#xff0c;快速。 macOS 上的 Parallels Desktop 和 Docker Desktop 一直是饱受诟病&#xff0c;慢、重、资源消耗巨大。OrbStack 的出现就是…

goroutine和channel

进程与线程 进程就是程序执行在操作系统中的一次在执行过程&#xff0c;是系统进行资源分配的基本单位。 线程就是进程的一个执行实例&#xff0c;是程序的最小执行单元&#xff0c;是比进程更小的独立运行的单位。 一个进程可以创建多个线程&#xff0c;同一一个进程中的多…

如何在C中动态分配二维数组

在C语言中如何动态申请连续的二维数组。可以采用多申请一些指针&#xff0c;然后这一些指针分别指向后面数据区中对应的位置&#xff0c;如一个3*4的int类型数组&#xff0c;我们先申请大小为sizeof(int*) * 3 3 * 4 * sizeof(int)的一维数组设为arr。然后arr[0]存放指向arr …

OpenAirInterface通过docker build方式构建images

本文主要讲解如何通过build方式构建各个网元的image&#xff0c;因为直接pull的image无法对其进行更改&#xff0c;而build的镜像可以对其源代码进行编辑更改后生成镜像。 参考链接&#xff1a;OAI build iamges 1.获取正确的网络功能分支 此存储库仅包含教程和持续集成脚本…

有假币与求正数数组的最小不可组成和

一、编程题 1.有假币 链接&#xff1a;有假币__牛客网 (nowcoder.com) 居然有假币&#xff01; 现在猪肉涨了&#xff0c;但是农民的工资却不见涨啊&#xff0c;没钱怎么买猪肉啊。nowcoder这就去买猪肉&#xff0c;结果找来的零钱中有假币&#xff01;&#xff01;&#xff…

爪哇项目maven项目的打包方式

大家好 ~ 前言 现在都是使用idea中maven插件来打包项目&#xff0c;出现了很多问题很多类或者方法、依赖没有打入到包中&#xff0c;发生了很多问题&#xff0c;因此此文章将基于idea中的maven插件打包。 概念 打包分为小包和大包两种概念&#xff1a; 小包&#xff1a;只打…