第7章 约束与时延分析
第7章 RTL设计原则及技巧
7.2.2 流水线操作
图 7–2 串行多任务示意图 流水线操作，在每个组合逻辑块之间加入寄存器簇，所有的寄存 器采用一个公共的时钟信号来驱动，一旦时钟的有效沿到来，寄 存器就会把前一阶段所得出来的结果输出下一级组合逻辑块，否 则就一直等待。 当流水线刚开始加载的时候，数据会有一个等待时间，因此第一 个数据从输入到输出所经历的时间和非流水线操作的时间几乎相 等，第一个时间时产生的任务a1从开始到结束用时与有没有采用 流水线操作没有关系。
7.1.4同步原则
同步化设计，就是核心逻辑采用触发器来实现，电路的主要信号 都使用触发器来触动，尽量采用同一个时钟域的时钟进行驱动。 同步原则的好处在于它不仅可以很好的避免毛刺的产生，而且有 利于器件的移植，而最重要的是它可以产生较好的静态时延分析 报告。 进行同步设计的关键就是认真了解和掌握并且设计好整个系统的 时钟域的划分。
图 7–5 未采用资源共享的RTL线路图
图 7–6 未采用资源共享的资源利用报告
图 7–7 采用资源共享的R用报告
7.2.4逻辑复用操作
逻辑复用操作跟资源共享操作是一个相反过程。 逻辑复用是通过增加面积来改善时序条件的优化手段。 逻辑复用最常用的场合就是调整信号的扇出。 资源共享操作中的实现方法一就是一个逻辑复用的逆操作。 香农扩展定律则可以清楚地表明怎样把一个逻辑组合来实现逻辑 复用、提高频率。而卡诺图化简则相当于香农扩展的逆操作，相 当于资源共享操作。
7.1.3系统原则
CPLD/FPGA本身就一个系统的集合，需要以系统的眼光来看待和 设计CPLD/FPGA，以最优的设计方案来实现。 FPGA速度快、内部寄存器资源和布局布线丰富，因此适合于那些 实时性要求很高、频率又要快、寄存器消耗多的功能模块设计； 另外现在很多FPGA都内嵌DSP模块，因此适合于嵌入式DSP设计 。对于那些速度要求不是很高的功能模块，或者组合逻辑要求相 对丰富、输入输出管脚要求比较多的功能单元，则可以采用CPLD 来完成。 系统原则其实就是自顶向下的方式的具体化。CPLD/FPGA设计工 程师只有清楚了这些系统级的定义和规范才能开始芯片选型、具 体的逻辑模块的划分以及子模块的RTL设计。
时序约束的概念
时序约束的概念
时序约束是指在设计和开发硬件或软件系统时，对于其中的各个元件或操作的时间关系的限制要求。
它用来确保系统在特定的时间范围内以期望的顺序和时间间隔进行操作。
时序约束在各个层面的设计中都有应用，包括电子电路设计、数字系统设计、通信协议设计等。
时序约束可以包括以下几个方面：
1.时钟频率和时钟沿：为了实现正确的操作顺序，时序约束会定义系统中的时钟频率和时钟沿的要求。
这可以保证各个元件在时钟信号的控制下按照预期的时序进行操作。
2. 时序延迟：时序约束可以规定不同元件或操作之间的最大或最小延迟要求。
这可以确保信号在指定的时间范围内到达目标元件，避免信号延迟导致的系统故障或性能下降。
3. 时序关系：时序约束可以定义不同元件或操作之间的时间关系，如顺序、并行和同步等。
这确保了系统在不同元件之间的通信和操作按照特定的时间顺序进行。
4. 时序约束检查：通过时序约束检查工具，可以对设计中的时序约束进行验证。
【计算机工程与设计】_约束条件_期刊发文热词逐年推荐_20140726
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挑战-应答协议 1 拓扑重构 1 恒模准则 1 形状控制 1 嵌套矩阵 1 嵌套树 1 对称密码体制 1 多重约束条件 1 多选择背包问题 1 基于约束的最短路径优先选择算法1 四次样条 1 变异 1 协同执行 1 动态惩罚 1 剪枝算法 1 前馈神经网络 1 分配 1 函数优化 1 保护和恢复 1 代价函数 1 人因工程 1 互认证性 1 串空间 1 个体排序 1 三维重构 1 三维姿态重建 1 lagrange函数 1
1 1 1 1
53 54 55
2011年 科研热词 推荐指数 遗传算法 2 鲁棒性 1 颜色特征 1 非劣最优解 1 静态分析 1 集成约束 1 难度分布函数 1 进化算法 1 转发表 1 试验设备 1 虚拟现实 1 虚拟专用路由网络 1 群体智能 1 网络仿真 1 组合优化 1 线性回归模型 1 纹理过渡 1 纹理特征 1 等级排序 1 空间域 1 程序分析 1 相似性度量 1 灰度线性拉伸 1 模拟退火 1 模型 1 检索 1 构件库 1 服务组合 1 最不重要比特位 1 智能组卷策略 1 智能组卷 1 时延优先级 1 无线传感器网络 1 数学模型 1 数字水印 1 排程 1 执行序列 1 循环复杂度 1 并发 1 对等网络 1 多目标约束 1 多目标优化 1 复杂度分析 1 基站 1 基本可交互数据模型(bidm) 1 地址空间 1 参数配置 1 分发策略 1 保障时隙 1 产品试验 1 互联 1 不可感知性 1
web服务
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
约束与约束类型课件
03
软约束的适用场景
软约束适用于需要灵活决策和调整的情况。在某些情况下，硬约束可能
过于僵化或难以满足实际需求，而软约束可以提供更加灵活和适应性的
指导。
软约束的分类
基于原则的软约束
这种类型的软约束基于一定的原则或价值观，例如企业道 德准则、社会责任等。它要求决策者遵循这些原则，但并 不强制执行。
基于最佳实践的软约束
预期。
自动化系统
在自动化系统中，硬约束可以用于 定义系统的技术限制和安全要求， 以确保系统的正常运行和安全性。
游戏设计
在游戏设计中，硬约束可以用于定 义游戏规则和技术限制，以确保游 戏的公平性和可玩性。
04
时间约束
时间约束的定义
时间约束是指对某个操作或事件在时间方面的限制或规定，以确保其按照预定的 时间要求进行。
第二季度
第三季度
第四季度
数量型资源约束
指资源的数量有限，无 法满足所有需求的情况 。例如，土地、水、矿 产等自然资源的数量有 限，需要合理利用和保 护。
质量型资源约束
指资源的质量受到限制 ，无法满足所有需求的 情况。例如，劳动力、 技术、信息等资源的质 量参差不齐，需要选择 合适的资源以满足需求
。
结构型资源约束
时间约束通常用于计划、调度、控制和优化等领域，以确约束
指具有确定性的时间要求，如必须在某个确定的时间点完成某个 任务。
软时间约束
指具有一定弹性或缓冲时间的要求，如任务需要在某个时间段内完 成。
混合时间约束
指同时存在硬时间和软时间约束的情况，如任务需要在某个确定的 时间点之前或之后的某个时间段内完成。
硬约束的定义
硬约束是指那些在特定条件下必须满 足的限制条件，一旦违反，将导致系 统无法正常工作或产生错误结果。
时延分析报告
时延分析报告简介时延（Latency）是指消息从发送者发送到接收者接收所需的时间。
对于实时通信系统和网络应用而言，时延是一个重要的性能指标。
时延分析报告旨在通过分析系统的时延情况，评估系统的性能，并提出改进建议。
方法为了对系统的时延进行分析，我们采用了以下方法：1.选择采样点：我们选择了系统中的关键节点，包括发送者、网络传输过程中的路由节点以及接收者，对这些节点进行时延的测量。
2.测量时延：我们使用网络分析工具对每个节点的时延进行测量。
具体的测量方法包括ping命令和traceroute命令。
3.数据处理：我们将测量得到的时延数据进行整理和分析，计算平均时延、最大时延以及时延的分布情况。
结果根据我们的测量和分析，我们得到了以下关于系统时延的结果：1.平均时延：系统的平均时延为50ms。
这表明消息从发送到接收平均需要50ms的时间。
2.最大时延：系统的最大时延为200ms。
这表示在极端情况下，消息可能需要200ms才能到达接收端。
3.时延分布：大部分消息的时延集中在30ms到70ms之间，占总消息数的80%。
只有少量的消息的时延超过100ms。
分析根据上述结果，我们可以对系统的时延进行以下分析：1.性能评估：系统的平均时延为50ms，在实时通信系统中算是较好的性能表现。
最大时延为200ms，虽然有些高，但在一般情况下，用户不太可能遇到这样的延迟。
2.时延分布：大部分消息的时延在可接受范围内，只有少数消息的时延超过100ms。
可以考虑对这些异常消息进行单独处理，以提高用户体验。
建议基于上述分析，我们提出以下改进建议：1.优化网络：考虑增加网络带宽，减少网络拥堵，以降低时延。
2.负载均衡：在系统中引入负载均衡机制，将消息均匀分布到不同的服务器上，以减少服务器的负载，提高系统的响应速度。
3.异常处理：针对超过100ms时延的消息，可以采用加速处理的手段，减少用户等待时间。
总结通过对系统时延的分析，我们评估了系统的性能并提出了改进建议。
通信网络中的时延分析技术研究
通信网络中的时延分析技术研究在现代社会中，通信网络已经成为了人们生活中的基本设施，每时每刻都在为我们提供着便利。
无论是在拨打电话、浏览网页、交流社交等方面，高质量的通信网络都是必不可少的。
但是，在这些便利背后，还隐藏着一些未被注意的问题，例如通信网络中的时延问题。
因此，对于通信网络中的时延分析技术的研究就显得尤为重要。
一、时延的定义时延，顾名思义是指信息从源头到目的地所需要的时间。
在通信网络中，时延包括了发送时延、传输时延、处理时延和排队时延。
其中，发送时延指的是从源头发送数据到该数据完整地进入传输介质所需要的时间；传输时延指的是数据在传输过程中需要通过物理介质传输时所需要的时间；排队时延指的是数据在到达路由器或交换机时所要等待的时间；处理时延指的是数据到达目标设备后被处理的时间。
通信网络中的误码率、丢包率、带宽等问题都与时延有着密切的关系。
二、时延的影响时延是衡量通信网络性能的一个重要指标，是影响通信网络质量的重要因素。
时延承载了许多信息，包括了用户的语音、视频、网页等，它们对时延都有着不同的要求。
当时延超过了人们能够接受的范围，就会影响用户的体验，例如通话中的延迟、在网页上等待过久等。
因此，时延的减少是通信网络优化中的重要环节。
三、时延分析的方法1. 时延的测量方法：通过对通信网络的测试来测量时延。
目前，常用的方法有：Ping、Traceroute、MTR等。
Ping是一种简单的网络工具，用于测试主机之间的连通性或网络延迟。
Traceroute用于测试到目标主机所经过的路由器。
MTR结合了Ping和Traceroute两种测量方法，可以输出每个路由器的时延、丢包率以及错误信息等。
2. 时延的分析方法：时延的分析主要包括统计分析、仿真分析和试验分析三种方式。
统计分析主要是通过统计不同时间段内网络中的时延情况，以及得出的各项参数来分析网络中的时延变化情况。
仿真分析是通过对网络中的实际环境进行模拟来得到网络中的时延分析结果。
基于循环平稳性的约束自适应时延估计
［ ｂ ｔａｔ ａｉｇｉｔ ｃｏ ｎ ｔｅｎ ｕ ｎｅ ｆｈ ｏ —ｔ ｉｎｒ ｔ ｆｒｎ ｅｎｏｈ ｒ ｈｎ ｅｓ ｎ ａｉｎｒ ｏｓｓａ ｏ ｓ ａｎｄａａ ｔ ｅ ｍｅ Ａ ｓｒｃ］Ｔ ｋｎ ｏａｃ ｕｔｈ ｆ ｅｃ ｅ ｎｓ ｔ ａ ｉ ｅ ｅｅ ｃ ｔｅ ａｎ ｌａｄｓ ｔ ａｙｎ ｉ ， ｎｔ ｉｅ ｐｉ ｎ ｉｌ ｏｔ ｎ ａｏ ｙ ｎ ｒ ｉ ｃ ｔ ｏ ｅ ｃ ｒ ｄ ｖｔ ｉ
［ ｙｗ ｒ ｓ ｉ ｅａ ｓｍａｉｎ ａａ ｔ ｅｃ ｃｏｔｉｎ ｒｙ Ｋｅ ｏ ｄ ］ｔ ｄｌｙｅｔ ｔ ；ｄｐｉ ；ｙｌｓ ｔ ａｔ ｍｅ ｉ ｏ ｖ ａｏ ｉ
Ｄ ０３ ６／ｉ ｎ１０—４ ８２ １．３０ ２ Ｏｈ １．９９ｊｓ ．００３ ２ ． １ ．３ ．ｓ ０ ０
１ 概述
近 年 来无 源 定 位技 术 研 究 得 到 了人 们 的 高度 重 视 。在 利
关健 词 ：时 延 估计 ； 自适 应 ；循环 平 稳 性
Ｃｏ ｔ ａ ｎｅ ｎｓｒ ｉ ｄ Ａｄａ ｔｖ ｍ ｅＤｅ ａ ｔｍ ａ ｉ ｎ ｐ ｉ ｅＴｉ ｌ ｙ Ｅｓｉ ｔｏ
Ｂａ ｅ ｎ Ｃｖ ｌ ｓａ ｉ ｎａ ｉｖ ｓ ｄ ０ ｃ０ ｔ ｔ０ ｒｔ
ＸＩ ＯＮＧ ｕ ｂ ｎ ＷＡＮＧ ｉｎ ， Ｑｉ－ ｅ ， Ｊａ ｇ ＣＨＥＮ ｎ Ｇｏ ｇ
ｉ ｔｇ ｒｍ ｕ ｔ ｌ ｆｓ ｍ ｐ ｉ ｇ ｉ ｔｒ ａ ｃ ｕ ａｅ ｙ ａ ｄ ｄ ｒ ｃ ｌ ｎ ｌ ｗ ｉ ｎ ｌ ｏ ｎ ｉｅ ｒ ｔ ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔ ａ ｄ ｉ ｏ ｐ ｔｔｏ ｏ ｄ ｉ ｍ ｕ ｈ ｓ ａ ｌ ｒｔ ａ ｎ ｅ ｅ ｌ ｐ ｅ ｏ ａ ｌ ｎ ｅ ｖ ｌ ｃ ｒ ｔ ｌ ｎ ｉ ｔｙ ｉ ｏ ｓｇ ａ — — ｏ ｓ ａ ｉ ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ， ｎ ｔ ｃ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｌ ａ ｓ ｉ ｎ ａ ｅ ｔ ｏ ｓ ｃ ｍ ｌ ｎ ｅ ｈ
时间延迟对电力系统稳定器性能的影响
逼近 、Bessel函数和拉格朗日多项式等 。在这些方
法中 , Pade逼近 (为书写简便 ,下记为 P ( s) )更为精
确 ,其表达式如下 :
6 P ( s)
l
=
j=0
( l + k - j) ! ·l! · ( - sτ) j j! · ( l - j) !
6k ( l + k - j) ! ·k! · ( sτ) j
0 引言
1 电力系统稳定器设计
自二十世纪 70年代以来 ,许多国家的电力系统 在运行中都发生了低频振荡问题 。随着我国电网大 区互联 ,低频振荡现象也越来越出 [ 1, 2 ] 。应用 PSS 抑制系统低频振荡是一种经济有效的方法 。然而随 着系统规模的扩大 ,振荡往往涉及多个区域 ,系统的 主导振荡模式多为区间振荡模式 。传统的 PSS设计 方法 [ 3～5 ]已经不能达到理想的效果 ,而应用区域间 的广域信号进行控制的效果更好 [ 6～8 ] 。 PMU ( pha2 sor measurement unit)和 WAM S (w ide area measure2 ment system )的出现为获取广域信息提供了新手段 。 文献 [ 9 ]提出了采用广域测量信号实现励磁控制器 区间阻尼控制环节的方法 ,文献 [ 10 ]中提出了一个 两级 PSS的设计方法 ,也能达到很好的效果 。
Δω表示机组的转速差 ,ΔVs 表示 PSS输出信号 。
“数字逻辑电路”课程中时延及时序问题的讨论
课程教育研究Course Education Research2021年第8期在目前常见的数字逻辑电路的教材中[1],数字逻辑电路中的信号传输延迟通常是一个被回避掉的问题。
一般来说,数字电路教材只有三处会涉及到时延的相关内容:第一处是竞争和竞争冒险;第二处是SR锁存器的不定态介绍;第三处是传输延迟边沿JK触发器的原理讲解。
虽然有涉及,但除了竞争冒险,通常教材并不会对时延问题的影响展开深入的讨论。
产生这个现象的主要原因可能是,在传统的数字电路课程中,除了竞争冒险现象以外,逻辑器件的信号延迟不会对数字电路的分析设计有明显的影响。
由于晶体管电压电流变化导致的时延通常都是微秒甚至纳秒级别,因此在传统数字电路设计中时延的影响确实可以忽略不计。
但随着半导体技术的飞速发展,逻辑电路的工作时钟越来越高。
逻辑器件的时延对逻辑电路设计的影响也越来越明显。
因此,在当前数字逻辑电路的课程中,是否需要对逻辑器件的延迟问题展开分析讨论,让学生理解时延问题的原理及对逻辑电路设计的影响,应当是数字逻辑电路课程教师重视和并进行讨论的问题。
1.数字电路课程中时延问题的意义目前数字逻辑电路课程的教学内容正面临着从传统74系列芯片向FPGA平台转变的过程[2-3]。
由于历史原因,部分高校数字电路课程的教学重点放在电路逻辑功能的实现。
即学生只要做好电路设计,或者写好逻辑代码就可以了,其他的都可以通过EDA软件来解决。
但就实际的情况来看,这种情况仅适用于时钟频率低的场景。
在一些时钟频率较高的逻辑电路设计场景下,情况就会有所不同。
譬如在采用HLS设计实现高性能逻辑电路时,经常会发生同样C 代码,在有的FPGA芯片上综合成组合逻辑电路,而在另一些FPGA芯片上综合成时序逻辑;或者有的循环运算在展开成流水线设计时,第一个数据到下一个数据需要延迟两个时钟,而同样功能的代码,只是实现形不同,流水线展开后数据之间的延迟就变成一个时钟[4]。
这些问题体现出一点,就是当前的逻辑电路设计是和逻辑器件的延迟特性密切相关的。
DC综合中的时序约束、时序分析
DC综合中的时序约束、时序分析A时序约束的概念和基本策略时序约束主要包括周期约束（FFS到FFS，即触发器到触发器）和偏移约束（IPAD到FFS、FFS到OPAD）以及静态路径约束（IPAD到OPAD）等3种。
通过附加约束条件可以使综合布线工具调整映射和布局布线过程，使设计达到时序要求。
例如用OFFSET_IN_BEFORE约束可以告诉综合布线工具输入信号在时钟之前什么时候准备好，综合布线工具就可以根据这个约束调整与IPAD相连的Logic Circuitry的综合实现过程，使结果满足FFS的建立时间要求。
附加时序约束的一般策略是先附加全局约束，然后对快速和慢速例外路径附加专门约束。
附加全局约束时，首先定义设计的所有时钟，对各时钟域内的同步元件进行分组，对分组附加周期约束，然后对FPGA/CPLD输入输出PAD附加偏移约束、对全组合逻辑的PAD TO PAD路径附加约束。
附加专门约束时，首先约束分组之间的路径，然后约束快、慢速例外路径和多周期路径，以及其他特殊路径。
附加约束的基本作用提高设计的工作频率对很多数字电路设计来说，提高工作频率非常重要，因为高工作频率意味着高处理能力。
通过附加约束可以控制逻辑的综合、映射、布局和布线，以减小逻辑和布线延时，从而提高工作频率。
获得正确的时序分析报告几乎所有的前端设计平台都包含静态时序分析工具，利用这类工具可以获得映射或布局布线后的时序分析报告，从而对设计的性能做出评估。
静态时序分析工具以约束作为判断时序是否满足设计要求的标准，因此要求设计者正确输入约束，以便静态时序分析工具输出正确的时序分析报告。
周期（PERIOD）的含义周期的含义是时序中最简单也是最重要的含义，其它很多时序概念会因为软件商不同略有差异，而周期的概念确是最通用的，周期的概念是FPGA/ASIC时序定义的基础概念。
后面要讲到的其它时序约束都是建立在周期约束的基础上的，很多其它时序公式，可以用周期公式推导。
静态时延分析基础
课程名称1课程的目的本规范的目的是阐述静态时延分析的一些概念，并说明使用的方法和在逻辑审查中的审查要点。
2适用的范围主要提出了一种逻辑审查的方法，从方法的角度说适用与所有的数字电路。
目前主要用于FPGA的逻辑审查。
3相关概念在用FPGA设计数字逻辑电路时，对设计的验证一般有三种方法：功能仿真、时序仿真和静态时延分析。
功能仿真的作用是验证确定功能设计正确；时序仿真和静态时延分析都是利用软件编译后产生的延时数据进行时延分析，时序仿真是在输入端加入激励信号，通过选择观测点检查电路时序是否正确；静态时延分析，它利用产生的时延报告，分析每一条路径的延时信息，从而可以分析判定此路径是否能可靠工作，是从很微观的角度分析电路是否满足可靠工作的条件——建立保持时间，静态时延分析是进行时序分析的基础。
3.1一些基本概念与静态时延分析相关的概念包括：建立时间、保持时间、时钟到输出的延迟、最大时钟频率和设计裕度等等。
下面分别介绍：y时钟的建立时间t SUD触发器的数据端和使能端信号必须在时钟引脚的时钟信号有效沿前到达。
建立时间就是数据必须在时钟有效沿前稳定的最小时间长度。
如图：图1 建立时间t SU这个电路的建立时间：t SU =Data Delay - Clock Delay + Micro t SU其中： Micro t SU是寄存器的建立时间。
y时钟的保持时间t HD触发器的数据端和使能端信号必须在时钟引脚的时钟信号有效沿到达后保持一定时间，这个最小的时间长度就是保持时间。
如图：图2 保持时间t H这个电路的保持时间：t H = Clock Delay - Data Delay + Micro t Hy时钟到输出的延迟时间t CO这个时间是指在时钟输入端的时钟有效沿过后，D触发器有效输出的时间。
图3 输出的延迟时间t CO这个电路的t CO = Clock Delay + Micro t CO + Data Delayy最大时钟频率f MAX最大时钟频率是设计时钟在不违反建立保持时间要求下，达到的最高速度。
时序分析（2）：时序约束原理
时序分析（2）：时序约束原理⼀、基本概念1．时序：时钟和数据的对应关系2．约束：告诉综合⼯具，我们希望时序达到什么样的标准3．违例：时序达不到需要的标准4．收敛：通过调整布局布线⽅案来达到这个标准5．静态时序分析：电路未跑起来时，延时等已知，以此分析时序6．动态时序分析：电路跑起来，如Modelsim软件（理想状态）⼆、时序分析基本模型模型分为以下四种：（注：PAD指管脚）寄存器与寄存器之间输⼊PAD与寄存器之间寄存器与输出PA D之间输⼊PAD 与输出PAD之间（太极端，不讨论）知识补充：1、全局时钟：FPGA时钟到各个寄存器的时间⾮常接近。
2、⾃分频时钟：⾛的是数据线，到各个寄存器的时间差异⾮常⼤。
三、理想状态的建⽴时间和保持时间1、建⽴时间 Time setup(1) 接收时钟上升沿前，发送数据要准备好的时间(2) Tsu = 数据锁存沿（Latch）- 数据发送沿（Lanch）= 时钟周期2、保持时间 Time hold(1) 接收时钟上升沿后，发送数据要保持住的时间(2) Th = 发送端数据变化时 - 接收端数据锁存 = 03、补充(1) D触发器本⾝也有建⽴/保持时间的概念，称之为寄存器建⽴时间门限和寄存器保持时间门限，这是⼀个固有属性，是确定的、不变的。
当理想状态时，我们讨论建⽴/保持时间就相当于讨论D触发器的这⼀固有属性。
(2) FPGA所有时序问题，根本原因都是“建⽴时间和保持时间”的问题。
(3) 解决建⽴时间不⾜的⽅法是“减少延时”，⽽解决保持时间不⾜的⽅法是“增加延时”。
4、符号说明四、建⽴时间余量和保持时间余量Lunch edge：发射沿，以 clk_pad 为基准，⼀般看成 0 时刻。
实际时间是上⼀个寄存器所⽤的时间，因此⽤ clk1，看数据到达下⼀个寄存器的 D 端⽤了多久时间，结束时间⼜是多久。
Latch edge：接收沿，以 clk_pad 为基准，⼀般看成 0+Tcyc 时刻，要求时间是下⼀个寄存器计算的时间，所以⽤ clk2，看它⾃⾝需要的到达时间和结束时间是什么时候。
vivado时序约束分析报告
vivado时序约束分析报告1. 引言在数字电路设计过程中，时序约束是非常重要的一项任务，它用于指定设计中各个芯片内部和芯片之间的时间关系。
时序约束的正确设置能够确保设计的稳定性和性能，并帮助设计人员避免一些潜在的电路问题。
本文将对vivado时序约束进行分析，介绍其约束设置和分析过程。
2. vivado时序约束设置vivado是Xilinx公司推出的一款综合工具，它提供了一套全面的时序约束设置工具。
在vivado中，时序约束可以通过Constraints Language (XDC) 文件进行设置。
XDC文件采用一种类似于Verilog HDL的语法，通过约束语句来定义各种时序约束。
vivado中时序约束包括时钟约束、时间关系约束和路径约束。
时钟约束通过指定时钟周期和时钟频率来确保设计的稳定性。
时间关系约束用于指定各个时序元素之间的要求时延，例如数据不能在时钟上升沿之前到达等。
路径约束则用于指定信号在特定路径上的最大时延或最小时延要求。
时序约束在XDC文件中通过属性子句进行设置。
属性子句可以分为实例属性和全局属性两种。
实例属性用于具体指定某个特定的时序约束，而全局属性则适用于整个设计。
通过灵活设置时序约束属性，设计人员可以对设计进行精确的控制。
3. vivado时序约束分析过程vivado提供了丰富的时序约束分析工具，帮助设计人员检查和优化设计的时序性能。
以下是vivado时序约束分析的基本过程：3.1 设定约束在进行时序约束分析之前，首先要设置合适的约束。
通过XDC文件中的约束语句，将时钟频率、最大时延要求等信息准确地传达给vivado。
只有正确设置了约束，才能进行后续的时序分析。
3.2 分析时序报告在vivado中，可以通过“Timing Summary”报告来查看设计的时序分析结果。
该报告会详细列出各个时序路径的时延信息，包括起始点、终止点、传播时延、最大时延等。
通过分析时序报告，设计人员可以了解设计中各个路径的时序情况，查找问题所在。
约束、时序分析的概念
约束、时序分析的概念很多人询问关于约束、时序分析的问题，比如：如何设置setup，hold时间？如何使用全局时钟和第二全局时钟（长线资源）？如何进行分组约束？如何约束某部分组合逻辑？如何通过约束保证异步时钟域之间的数据交换可靠？如何使用I/O逻辑单元内部的寄存器资源？如何进行物理区域约束，完成物理综合和物理实现？为了解决大家的疑难，我们将逐一讨论这些问题。
（注：以下主要设计时序约束）A 时序约束的概念和基本策略时序约束主要包括周期约束（FFS到FFS，即触发器到触发器）和偏移约束（IPAD到FFS、FFS到OPAD）以及静态路径约束（IPAD到OPAD）等3种。
通过附加约束条件可以使综合布线工具调整映射和布局布线过程，使设计达到时序要求。
例如用OFFSET_IN_BEFORE约束可以告诉综合布线工具输入信号在时钟之前什么时候准备好，综合布线工具就可以根据这个约束调整与IPAD相连的Logic Circuitry的综合实现过程，使结果满足FFS的建立时间要求。
附加时序约束的一般策略是先附加全局约束，然后对快速和慢速例外路径附加专门约束。
附加全局约束时，首先定义设计的所有时钟，对各时钟域内的同步元件进行分组，对分组附加周期约束，然后对FPGA/CPLD 输入输出PAD附加偏移约束、对全组合逻辑的PAD TO PAD路径附加约束。
附加专门约束时，首先约束分组之间的路径，然后约束快、慢速例外路径和多周期路径，以及其他特殊路径。
B 附加约束的基本作用1、提高设计的工作频率对很多数字电路设计来说，提高工作频率非常重要，因为高工作频率意味着高处理能力。
通过附加约束可以控制逻辑的综合、映射、布局和布线，以减小逻辑和布线延时，从而提高工作频率。
2、获得正确的时序分析报告几乎所有的FPGA设计平台都包含静态时序分析工具，利用这类工具可以获得映射或布局布线后的时序分析报告，从而对设计的性能做出评估。
静态时序分析工具以约束作为判断时序是否满足设计要求的标准，因此要求设计者正确输入约束，以便静态时序分析工具输出正确的时序分析报告。
时序约束总结
时序约束总结很多人发贴，来信询问关于约束、时序分析的问题，比如：如何设置setup，hold时间？如何使用全局时钟和第二全局时钟（长线资源）？如何进行分组约束？如何约束某部分组合逻辑？如何通过约束保证异步时钟域之间的数据交换可靠？如何使用I/O逻辑单元内部的寄存器资源？如何进行物理区域约束，完成物理综合和物理实现？等等。
为了解决大家的疑难，我们将逐一讨论这些问题。
今天先讨论一下约束的作用？有些人不知道何时该添加约束，何时不需要添加？有些人认为低速设计不需要时序约束？关于这些问题，希望下面关于约束作用的论述能够有所帮助！附加约束的基本作用有3：(1)提高设计的工作频率对很多数字电路设计来说，提高工作频率非常重要，因为高工作频率意味着高处理能力。
通过附加约束可以控制逻辑的综合、映射、布局和布线，以减小逻辑和布线延时，从而提高工作频率。
(2)获得正确的时序分析报告几乎所有的FPGA设计平台都包含静态时序分析工具，利用这类工具可以获得映射或布局布线后的时序分析报告，从而对设计的性能做出评估。
静态时序分析工具以约束作为判断时序是否满足设计要求的标准，因此要求设计者正确输入约束，以便静态时序分析工具输出正确的时序分析报告。
(3)指定FPGA/CPLD引脚位置与电气标准FPGA/CPLD的可编程特性使电路板设计加工和FPGA/CPLD设计可以同时进行，而不必等FPGA/CPLD引脚位置完全确定，从而节省了系统开发时间。
这样，电路板加工完成后，设计者要根据电路板的走线对FPGA/CPLD加上引脚位置约束，使FPGA/CPLD与电路板正确连接。
另外通过约束还可以指定IO引脚所支持的接口标准和其他电气特性。
为了满足日新月异的通信发展，Xilinx新型FPGA/CPLD可以通过IO引脚约束设置支持诸如AGP、BLVDS、CTT、GTL、GTLP、HSTL、LDT、LVCMOS、LVDCI、LVDS、LVPECL、LVDSEXT、LVTTL、PCI、PCIX、SSTL、ULVDS等丰富的IO接口标准。
网络时延分析与优化方法
网络时延分析与优化方法随着互联网和信息通信技术的发展，网络时延成为了一个重要的指标。
网络时延是指信息从发出端到接收端所需的时间。
较短的网络时延可以提高网络的响应速度，改善用户体验。
本文将介绍网络时延的概念、常见的时延问题以及优化方法。
一、网络时延的概念网络时延是指信息从一点传输到另一点所需的时间。
它主要由以下几个方面组成：1.发送时延（Transmission Delay）：发送时延是指信息从发送器发送到传输介质上所需的时间。
它与数据的长度、数据传输速率等因素有关。
2.传播时延（Propagation Delay）：传播时延是指信息在传输介质中传播所需的时间。
它与传输介质的物理特性以及传输距离有关，例如光纤的传播时延较短。
3.排队时延（Queueing Delay）：在网络中，信息需要经过多个节点进行转发。
当网络流量较大时，节点上可能会有一些等待传输的信息，导致排队时延的增加。
4.处理时延（Processing Delay）：处理时延是指信息在节点进行处理所需的时间。
它包括了数据包在节点缓冲区中等待处理的时间以及节点进行转发所需的时间。
二、网络时延的常见问题网络时延可能会导致以下问题：1.应用响应速度慢：当网络时延较大时，用户在使用网页、应用程序等时可能会感到卡顿，影响使用体验。
2.实时通信中的延迟：对于实时通信应用，如在线游戏、视频会议等，较大的时延会导致语音或视频的延迟，影响交流效果。
3.网络拥堵：当网络流量较大或网络设备负荷过重时，排队时延会增加，导致网络拥堵，影响信息传输效率。
三、网络时延的优化方法为了减小网络时延，提高网络的响应速度，可以采取以下优化方法：1.优化网络拓扑结构：合理设计网络的拓扑结构可以减小传播时延和排队时延。
例如，引入边缘计算、使用CDN等可以将数据资源更靠近用户，提高数据访问速度。
2.提高传输速率：使用更高的传输速率可以减少发送时延，提高信息传输效率。
例如，使用光纤替代传统的铜缆可以提高传输速率。
电子电路中的时延分析与时钟优化算法研究
电子电路中的时延分析与时钟优化算法研究时延分析和时钟优化是电子电路设计中重要的研究领域。
在现代电子系统中，时钟信号的频率越来越高，时钟分配和优化成为系统性能的关键因素之一。
本文将重点探讨电子电路中的时延分析和时钟优化算法，介绍相关的研究方法和技术。
时延分析是指在电路设计中对信号传输延迟进行分析和估计的过程。
时延分析的目的是确定电路中不同路径的传输延迟，并进行时序约束分析，以确保电路功能正确和稳定。
时延分析可以帮助设计人员识别潜在的信号时序问题，并采取相应的优化策略。
在时延分析中，最常用的方法是根据电路的拓扑结构和元件参数进行静态时延分析。
静态时延分析可以通过建立电路的传输特性模型，计算信号在电路中传输的时间。
这一过程可以使用基于电流-电压特性的传输线建模方法，也可以使用时序仿真工具来模拟信号的传播。
此外，引入时钟树分析和约束也是时延分析的重要部分。
通过分析时钟信号在电路中的传输路径和延迟，可以找到影响整个系统时序的关键路径，并加以优化。
时钟优化算法是对时钟信号进行分析和优化的方法。
对于大规模和高频率的电子系统，时钟网络的优化非常重要。
时钟优化的目标是减小时钟分布路径的延迟和抖动，提高时钟信号的稳定性和准确性。
常用的时钟优化算法包括时钟树合成、时钟校正和时钟摆动缩减。
时钟树合成是指在电子电路中布置时钟分配网络的过程。
时钟信号从发生器传输到各个时序元件和功能模块，构成时钟树。
时钟树的合理布局可以有效减小时钟信号的传输延迟和功耗，提高系统性能。
时钟树合成方法通常采用图论和数学优化的原理，通过图算法和布线规则生成最优的时钟树结构。
时钟校正是指对时钟信号进行动态调整的技术。
由于布线和电磁干扰等因素，时钟信号在传输过程中可能会发生失真和延迟，导致时序问题。
时钟校正算法通过测量时钟信号的延迟和抖动，并通过自动反馈机制对时钟信号进行修复，以提高时钟信号的质量和准确性。
时钟摆动缩减是指减小时钟信号摆动幅度的方法。
Verilog-HDL数字集成电路设计原理与应用-作者-蔡觉平-第7章
仿真的结果取决于设计描述是否准确反映了设计的物 理实现。仿真器不是一个静态工具，需要Stimulus(激励)和 Response(输出)。Stimulus由模拟设计工作环境的Testbench 产生，Response为仿真的输出，由设计者确定输出的有效 性。
目前，仿真工具比较多，其中Cadence公司的NCVerilog HDL、Synopsys公司的VCS和Mentor公司的 ModelSim都是业界广泛使用的仿真工具。
7.1 数字集成电路设计流程简介
在EDA技术高度发达的今天，没有一个设计工程师队 伍能够用人工方法有效、全面、正确地设计和管理含有几 3 百万个门的现代集成电路。利用EDA工具，工程师可以从 概念、算法、协议等开始设计电子系统，
大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从系统 规划、电路设计、性能分析到封装、版图的整个过程在计 算机上自动完成。这样做有利于缩短设计周期、提高设计 正确性、降低设计成本、保证产品性能，尤其是可增加一 次投片的成功率，因此这种方法在大规模集成电路设计中 已经普遍被采用。
20
7.1.8 物理验证
物理验证通常包括设计规则检测(DRC)、版图与原理 图对照(LVS)和信号完整性分析
(SI)等。其中DRC用来检查版图设计是否满足工艺线 能够加工的最小线宽、最小图形间距、金属宽度、栅和有 源区交叠的最小长度等。如果版图设计违反设计规则，那 么极有可能导致芯片在加工的过程中成为废品。LVS则用 来保证版图设计与其电路设计的匹配，保证它们的一致性。 21 如果不一致，就需要修改版图设计。SI用来分析和调整芯 片设计的一致性，避免串扰噪声、串扰延迟以及电迁移等 问题。
目前主要的物理验证工具有Mentor公司的Calibre、 Cadence公司的Dracula和Diva以及Synopsys公司的Hercules。 此外，各大厂商也推出了针对信号完整性分析的工具。
约束的总结
约束的总结引言在软件开发过程中，约束是一种重要的设计原则。
约束指的是对系统、代码或开发过程中的某些方面的限制或规定，旨在保证系统的稳定性、安全性和可维护性。
本文将对约束的概念进行探讨，并总结在软件开发中常见的几种约束。
1. 功能约束功能约束是指对软件系统功能的限制。
在软件开发过程中，往往需要明确定义软件系统所需要实现的功能特性，以确保软件系统能够满足用户的需求，并避免功能膨胀和过度设计。
常见的功能约束包括： - 必要功能：明确定义软件系统所需要实现的核心功能，以保证软件系统的基本可用性。
- 优先级：对功能进行分类和排序，确定哪些功能是重要的，哪些是次要的，以确保开发过程中能够有选择地满足用户需求。
- 接口约束：定义软件系统与外部模块或系统之间的接口规范，以确保各个组件之间的协同工作和相互通信。
2. 技术约束技术约束是指对软件开发过程中所采用的技术或工具的限制。
技术约束的目的是保证软件系统的稳定性、可靠性和可维护性。
常见的技术约束包括： - 编程语言约束：选择适合项目需求的编程语言，以确保系统的灵活性和可扩展性。
- 平台约束：确定软件系统所运行的硬件平台或操作系统环境，以保证软件系统能够正常运行。
- 数据库约束：选择适合项目需求的数据库类型和架构，以确保数据的安全性和一致性。
3. 性能约束性能约束是指对软件系统性能的要求和限制。
在软件开发过程中，往往需要对软件系统的性能进行评估和规划，以确保软件系统能够在预期的负载下正常运行。
常见的性能约束包括： - 响应时间：确定软件系统对用户请求的响应时间要求，以保证用户的良好体验。
- 并发性能：确定软件系统在多用户同时访问时的性能要求，以保证系统的稳定性和可扩展性。
- 容量规划：确定软件系统的容量需求，以保证系统能够支撑预期的数据量和用户数。
4. 安全约束安全约束是指对软件系统安全性的要求和限制。
在软件开发过程中，安全是一个至关重要的方面，旨在保护用户的隐私和保密性。
网络中的时延分析与优化方法
网络中的时延分析与优化方法时延（Latency）是指在网络传输过程中所经历的延迟时间。
对于网络应用而言，时延是一个重要的指标，直接影响用户体验质量和网络性能。
本文将介绍网络中的时延分析与优化方法，以提升网络传输效率和响应速度。
一、时延的分类在网络中，时延可以分为以下几类：1. 传输时延（Transmission Delay）：指数据从发送方到接收方所需要的时间，取决于数据包的大小和网络带宽。
可以通过提高网络带宽、优化数据压缩和数据传输算法等方法来减少传输时延。
2. 传播时延（Propagation Delay）：指数据包从发送方到接收方所需要通过的物理媒体所花费的时间，取决于传输距离和信号传播速度。
传播时延是不可控的，但可以通过优化网络拓扑结构和选择更快速的传输媒介来减少传播时延。
3. 处理时延（Processing Delay）：指数据包在网络节点上进行处理所需要的时间，包括路由选择、报文解析和转发等操作。
可以通过优化路由算法和增强网络设备的计算能力来减少处理时延。
4. 排队时延（Queueing Delay）：指数据包在网络节点的缓冲队列中等待处理所需要的时间，取决于网络流量状况和队列长度。
可以通过增加缓冲区大小、改进队列调度算法和流量控制策略来减少排队时延。
二、时延分析方法时延分析是评估网络性能和发现性能瓶颈的重要手段。
以下是几种常用的时延分析方法：1. Traceroute：Traceroute是一种基于ICMP或UDP的网络诊断工具，可用于测量数据包经过的网络路径和每个节点的时延。
通过分析Traceroute的输出，可以了解数据包在网络中的传输过程和可能存在的瓶颈。
2. Ping：Ping是一种基于ICMP的工具，用于测试目标主机的可达性和测量往返时延。
通过连续发送ICMP回显请求和接收回应，可以计算出网络通信的往返时延，并判断网络是否存在丢包和延迟问题。
3. WireShark：WireShark是一款强大的网络协议分析工具，可以捕获和分析网络数据包。
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因此要确定对此路径进行时序约束，需要召集电路设计工 程师和布局布线工程师一起讨论最后决定此路径的时序约 束。
Paths Ending at Clock Pin of Flip-Flops
Xilinx公司的管脚约束文件.ucf文件的语法规则： 通用规则：
.ucf文件对于大小写敏感，
也就是是说同一单词的大小写不同表示不同的含义 ，标识符必须与代码中的名字一致。但是约束中的 关键字对大小写不敏感。
语句以分号结尾，一个语句可以多行表述。
语句之间不分先后次序，不过建议管脚约束顺 序与代码中管脚列表顺序一致。
第7章 约束与时延分析
本章主要内容
约束的基本概念 管脚约束 时序约束 约束的分析方法 静态时延分析
6.1约束的目的
约束的终极目的就是为了设计达到所要 实现的功能
主要有如下几个方面的作用。 管脚位置锁定及电气标准设定。 提高设计的工作频率。 获得正确的时序分析报告。
整条路径的延时分为输入延时、输出延时以及 中间的逻辑和布局布线延时。
如果放在整个系统层面来看，严格来说不能称 之为路径
因为这个时延路径的源端和目的端都不在这个芯片 里面，而在上一级或者上上级的芯片中和下一级的 芯片中。
6.3.2 时序约束参数
建立时间 建立时间就是指数据必须在时钟有效沿到来之前稳 定的最小时间长度。 当建立时间不够的时候，触发器采集不到数据， 或者采集到的数据是错误的数据，从而导致整个 时序逻辑的错误。 任何一个时序逻辑芯片都会存在建立时间这个概念 ，一般使用 Tsu来表示
从CPLD/FPGA层面上来看，它包括时钟端到触 发器输出端延时、逻辑和布局布线延时、输出 缓冲延时等等。
当对Clock-to-PAD路径进行时序约束时，需要 电路设计工程师、CPLD/FPGA工程师和布局布 线工程师共同决定信号在Clock-to-PAD路径的 延时、信号在PCB板上的延时以及接收端芯片 可承受的延时容限各为多少，最后以文档的形 式确定时序约束。
PAD-to-Setup路径 图6-6是另外一种常见的时序模型，也叫做输入模型。
PAD
逻辑和布线 延时
Q SET
D
Q CLR
clk
图 6–6 PAD-to-Setup路径
CLK
Valid Tibuf Tpd Tsu Valid
图 6–7 PAD-to-Setup路径波形图
从CPLD/FPGA层面来看输入模型的路径延时包括了输入 缓冲延时、逻辑及布局布线延时以及建立时间
data 数据延时
时钟延时 clk
MicroTsu
此路径是指时钟信号从源端到达各个具体触发器的 时钟端的路径。
在CPLD/FPGA中，设计工程师都推荐采用全局时钟 来驱动触发器
但是尽管采用全局时钟，时钟到达触发器之间还 是有一段延时时间，这段时间在计算时延的时候 必须考虑进去。
Q SET
D
clk逻辑和布线延时Fra bibliotekQ CLR
图 6–8 Paths Ending at Clock Pin of Flip-Flop
输出模型。任何一个CPLD/FPGA在系统中都不是单独 存在的，而CPLD/FPGA的时序不仅仅只是内部的时序 模型，同样它可以驱动下一级芯片，从而产生一个新 的时序模型
Q SET
D
逻辑和布线 延时
PAD
Q CLR
clk
图 6–4 Clock-to-PAD路径
CLK data Tco Tpd
clk Clk_FF
图 6–9 Paths Ending at Clock Pin of Flip-Flops波形图
PAD to PAD路径
图6-10表示为一条纯组合逻辑的路径，从芯片输入 的管脚开始，经过任意级的组合逻辑电路，然后从 另外一个输出管脚输出。
逻辑和布线 延时
图 6–10 PAD to PAD路径
时序约束有几个重要的基本概念：建立时间、 保持时间、时钟到输出延时、传播延时等等。
图 6–1 简单的时序模型
6.3.1路径
Clock-to-setup路径
Clock-to-setup路径是我们常见到的时序模型，一般用来描述 CPLD/FPGA内触发器之间的延时。
Q SET
D
逻辑和布线 延时
Q SET
D
Q CLR
REG1
clk
Q CLR
REG2
图 6–2 时序模型示意图
图 6–3 时序逻辑波形示意图
路径的延时包括： 源端触发器的时钟端到输出端的延时 逻辑和布线延时 时钟的布线延时 建立时间
通过计算可以读出最小的时钟周期和最高的时钟频率 。
Clock-to-PAD路径
采用“#”或者“ ”的方式来进行注释
6.3 时序约束的基本概念
时序约束是指路径之间的约束，任何一条路径 都有起点和终点，最重要的是，路径是不能穿 过触发器的
CPLD/FPGA至少有三种不同的基本路径： 一是触发器到触发器之间的路径； 一是从输入端口到内部触发器之间的路径； 一是从内部触发器到输出端口之间的路径。
Tobuf Valid
图 6–5 Clock-to-PAD路径波形图
Clock-to-PAD设计注意点：
从系统层面来看，Clock-to-PAD路径是整个系 统中路径延时的一部分，要计算整个路径延时 和最小的时钟周期还需要考虑信号在PCB上的 走线延时、飞行时间以及下一级接收芯片的输 入时序模型。
6.2 管脚约束及电气标准设定
管脚约束是CPLD/FPGA的基础之一。 管脚约束主要有三种方式：
一是采用各家公司的集成开发环境来 实现管脚约束
二是设计专门的管脚约束文件 三是采用注释的方式在代码中自动锁
定
6.2.1 管脚约束文件
不同的厂商支持不同的管脚约束文件 如Lattice所采用的管脚约束文件为.lpf文件 Xilinx支持的管脚约束文件为.ucf文件 Altera所使用的管脚约束文件为.qsf文件。