FPGA开发之时序约束(周期约束)
时钟约束讲解
使用 ISE 自动根据输入时钟对同一个时钟管理模块输出的时钟进行时钟约束 时，如果设计中不同输出时钟之间有大量的跨时钟域布线（异步线路），ISE 会对每 一条异步线路进行分析。例如，一个40M 的时钟域和一个200M 的时钟域，当从40M 时钟域跨域到200M 时钟域时，异步线路的总延时（包括时序逻辑的内部响应时间、 布线延迟以及 LUT 的响应时间）限制在5ns 以内；当从200M 时钟域跨越到40M 时钟 域时，异步线路的总延时为25ns。实际上，从40M 时钟域跨越到200M 时钟域，异步 线路的总延迟只要限制在25ns 之内即可，因为处于40M 时钟域的时序逻辑(如 FF、 Block RAM 等)，每25ns 才会更新一次。由此可见，ISE 自动生成的时钟约束过于苛 刻，上例中如果存在大量的从40M 时钟域跨越到200M 时钟域的线路，那么给 MAP 和 PAR 实现过程的压力会很大。在大型的、资源占用率比较高的设计里面，时序的 过约束会造成设计很难实现。
对于从不同时钟管理模块输出的异步时钟，ISE 不会自动产生两两之间的时序 约束。如果两个不同时钟管理模块输出的时钟在频率和相位上有关系，例如其中一个 时钟的频率是另一个时钟频率的一半，且两者相位相同，那么这种相互关系就需要在 两者的时序约束中体现出来。如果两个不同时钟管理模块输出的时钟在时钟和频率上 毫不相干，为了保证这种异步时钟之间的走线不会太长，也需要约束两两之间的最大 布线延迟。最大布线延迟的取值同样是去取两者之间最大的那个时钟周期。
fpga的时序约束
fpga的时序约束FPGA的时序约束时序约束是在FPGA设计中非常重要的一项工作，它用于确保电路在特定的时钟频率下能够正常工作。
在设计中，时序约束可以指定信号的到达时间、时钟的周期、时钟与数据的关系等，以保证电路的正确性和性能。
一、时序约束的作用时序约束的作用主要有以下几点：1. 确保电路在特定的时钟频率下能够正常工作；2. 优化电路的性能，提高工作频率；3. 避免电路中的时序违反，如时钟抖动、时钟突变等；4. 提供给综合工具和布局布线工具，以使其能够对电路进行优化和布局布线。
二、时序约束的类型时序约束可以分为以下几种类型：1. 输入时序约束：指定输入信号的到达时间，以确保电路能够正确地捕获和处理这些信号。
输入时序约束主要包括输入延迟约束和输入时钟约束。
2. 输出时序约束：指定输出信号的产生时间，以确保输出信号能够在规定的时钟周期内产生。
输出时序约束主要包括输出延迟约束和输出时钟约束。
3. 时钟约束：指定时钟的周期和相位关系，以确保时钟信号的稳定传输和接收。
时钟约束主要包括时钟周期约束和时钟相位约束。
4. 组合逻辑约束：指定组合逻辑电路的延迟和路径约束，以确保电路能够正确地计算和处理数据。
三、时序约束的编写时序约束的编写是FPGA设计中非常重要的一步，它要求工程师对电路的时序要求有深入的理解，并且需要具备一定的经验和技巧。
一般来说，时序约束的编写可以分为以下几个步骤：1. 确定时钟频率和时钟域：首先需要确定电路的工作频率和时钟域，以便后续的时序约束编写和优化。
2. 分析电路的时序要求：通过对电路的功能和时序要求进行分析，确定需要约束的信号和约束类型。
3. 编写时序约束：根据分析的结果，编写时序约束文件，将时序要求转化为约束语句，以指导综合工具和布局布线工具的优化和布线。
4. 时序约束的调试和优化：在完成时序约束的编写后，需要对时序约束进行调试和优化，以确保电路能够在规定的时钟频率下正常工作。
四、时序约束的注意事项在编写时序约束时，需要注意以下几点：1. 约束的准确性：时序约束的准确性非常重要，它直接影响到电路的正确性和性能。
关于FPGA时序以及时序收敛的基本概念详解
关于FPGA时序以及时序收敛的基本概念详解1. FPGA时序的基本概念FPGA器件的需求取决于系统和上下游（upstream and downstrem）设备。
我们的设计需要和其他的devices进行数据的交互，其他的devices 可能是FPGA外部的芯片，可能是FPGA内部的硬核。
对于FPGA design来说，必须要关注在指定要求下，它能否正常工作。
这个正常工作包括同步时序电路的工作频率，以及输入输出设备的时序要求。
在FPGA design内部，都是同步时序电路，各处的延时等都能够估计出来，但是FPGA内部并不知道外部的设备的时序关系。
所以，TIming constraints包括输入路径（Input paths ）寄存器-寄存器路径（Register-to-register paths ）输出路径（Output paths ）例外（Path specific excepTIons ）这正好对应了上图中三个部分，Path specific excepTIons 暂时不提。
Input paths对应的是OFFSET IN约束，即输入数据和时钟之间的相位关系。
针对不同的数据输入方式（系统同步和源同步，SDR和DDR）有不同的分析结果。
Register-to-register paths 对应的是整个FPGA design的工作时钟。
如果只有一个时钟，那么只需要指定输入的频率即可。
如果有多个时钟，这些时钟是通过DCM，MMCM，PLL 生成的，那么显然ISE知道这些时钟之间的频率、相位关系，所以也不需要我们指定。
如果这些不同的时钟是通过不同的引脚输入的，ISE不知道其相位关系，所以指定其中一个为主时钟，需要指定其间的相位关系。
Output paths对应的是OFFSET OUT 约束，和OFFSET IN约束很类似，不过方向相反。
2.输入时序约束The input TIming constraints cover the data path from the external pin or pad of the package of the FPGA device to the internal synchronous element or register that captures that data.输入时序约束控制外部引脚到内部模块的路径。
FPGA设计中的约束时序
FPGA设计中的约束文件有3类：用户设计文件（.UCF文件）、网表约束文件（.NCF 文件）以及物理约束文件（.PCF文件），可以完成时序约束、管脚约束以及区域约束。
3类约束文件的关系为：用户在设计输入阶段编写UCF文件，然后UCF文件和设计综合后生成NCF文件，最后再经过实现后生成PCF 文件。
UCF文件是ASC 2码文件，描述了逻辑设计的约束，可以用文本编辑器和Xilinx约束文件编辑器进行编辑。
NCF约束文件的语法和UCF文件相同，二者的区别在于：UCF文件由用户输入，NCF文件由综合工具自动生成，当二者发生冲突时，以UCF文件为准，这是因为UCF的优先级最高。
PCF文件可以分为两个部分：一部分是映射产生的物理约束，另一部分是用户输入的约束，同样用户约束输入的优先级最高。
一般情况下，用户约束都应在UCF文件中完成，不建议直接修改NCF文件和PCF文件。
约束文件的后缀是.ucf，所以一般也被称为UCF文件。
创建约束文件有两种方法，一种是通过新建方式，另一种则是利用过程管理器来完成。
第一种方法：新建一个源文件，在代码类型中选取“Implementation Constrains File”，在“Fi le Name”中输入约束文件的名称。
单击“Next”按键进入模块选择对话框，选择要约束的模块，然后单击“Next”进入下一页，再单击“Finish”按键完成约束文件的创建。
第二种方法：在工程管理区中，将“Source for”设置为“Synthesis/Implementation”。
“Constrains Editor”是一个专用的约束文件编辑器，双击过程管理区中“User Constrains”下的“Create Timing Constrains”就可以打开“Constrains Editor”。
需要注意的是，UCF文件是大小敏感的，端口名称必须和源代码中的名字一致，且端口名字不能和关键字一样。
FPGA中IO时序约束分析
第1章FPGA中IO口时序分析作者：屋檐下的龙卷风博客地址：/linjie-swust/日期：2012.3.11.1 概述在高速系统中FPGA时序约束不止包括内部时钟约束，还应包括完整的IO时序约束和时序例外约束才能实现PCB板级的时序收敛。
因此，FPGA时序约束中IO口时序约束也是一个重点。
只有约束正确才能在高速情况下保证FPGA和外部器件通信正确。
1.2 FPGA整体概念由于IO口时序约束分析是针对于电路板整个系统进行时序分析，所以FPGA需要作为一个整体分析，其中包括FPGA的建立时间、保持时间以及传输延时。
传统的建立时间、保持时间以及传输延时都是针对寄存器形式的分析。
但是针对整个系统FPGA的建立时间保持时间可以简化。
图1.1 FPGA整体时序图如图1.1所示，为分解的FPGA内部寄存器的性能参数：（1） Tdin为从FPGA的IO口到FPGA内部寄存器输入端的延时；（2） Tclk为从FPGA的IO口到FPGA内部寄存器时钟端的延时；（3） Tus/Th为FPGA内部寄存器的建立时间和保持时间；（4） Tco为FPGA内部寄存器传输时间；（5） Tout为从FPGA寄存器输出到IO口输出的延时；对于整个FPGA系统分析，可以重新定义这些参数：FPGA建立时间可以定义为：（1） FPGA建立时间：FTsu = Tdin + Tsu – Tclk；（2） FPGA保持时间：FTh = Th + Tclk；（3） FPGA数据传输时间：FTco = Tclk + Tco + Tout；由上分析当FPGA成为一个系统后即可进行IO时序分析了。
FPGA模型变为如图1.2所示。
图1.2 FPGA系统参数1.3 输入最大最小延时外部器件发送数据到FPGA系统模型如图1.3所示。
对FPGA的IO口进行输入最大最小延时约束是为了让FPGA设计工具能够尽可能的优化从输入端口到第一级寄存器之间的路径延迟，使其能够保证系统时钟可靠的采到从外部芯片到FPGA的信号。
FPGA时序约束方法
FPGA时序约束方法以下是一些常见的FPGA时序约束方法：1.基本时序约束：-设置时钟频率：通过指定主时钟频率，可以限制设计中时序路径的最小时间。
-设置时钟约束：通过指定主时钟边沿的时刻，可以确保设计在正确的时刻进行时序采样。
-设置时钟分频比：通过设置时钟分频比，可以控制时钟的有效时间。
2.时序路径约束：-设置最大延迟：通过设置时序路径的最大延迟，可以确保时序路径在指定的时间范围内完成，避免过长的时序路径导致的性能问题。
-设置最小延迟：通过设置时序路径的最小延迟，可以确保时序路径在指定的时间范围内完成，避免过短的时序路径导致的稳定性问题。
-限制时钟频率：通过限制时序路径上的时钟频率，可以避免时钟频率过高导致的时序问题。
3.输入输出约束：-设置数据到达时间：通过设置输入数据到达时间，可以确保输入数据在有效时钟边沿之前稳定。
-设置数据输出时间：通过设置输出数据的稳定时间，可以确保输出数据在有效时钟边沿之后稳定。
4.时序分析和优化：-时序分析：使用时序分析工具来评估设计中的时序路径，并查找潜在时序问题。
-时序优化：根据时序分析的结果，对设计中的时序路径进行改进，以达到更好的时序性能。
5.约束语言：- 静态时序约束：使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）的时序约束语法，以标记和约束特定的时序路径。
-动态时序约束：使用专门的时序约束语言（例如SDC或SDF）来描述更复杂的时序关系，以支持更精确的时序约束。
6.约束验证：-时序约束检查：使用约束检查工具来验证时序约束的正确性和完整性。
-时序仿真：使用时序仿真工具来验证设计在特定时序约束下的行为和性能。
总结起来，FPGA时序约束方法是通过设置主时钟频率、时钟约束、时序路径约束、输入输出约束等来确保设计在FPGA器件上满足预期的时序要求。
时序约束语言和约束验证工具则提供了有效的手段来描述和验证这些约束，以确保设计的正确性和性能。
FPGA时序分析时序约束知识
FPGA时序分析时序约束知识一、FPGA时序分析的基本概念1.时序分析的定义时序分析是指通过计算和模拟来评估数字电路在不同条件下的时序要求是否能够满足。
它主要包括时钟周期、时钟偏移、时钟抖动、信号传输延迟等方面的考虑。
2.时序要求时序要求是指数字电路在设计中必须满足的时序条件。
常见的时序要求包括时钟频率、最小信号保持时间、最小信号恢复时间等。
3.时序路径时序路径是指数字电路中信号从输入到输出所经过的所有逻辑门和寄存器。
4.时序违规时序违规是指数字电路在设计中无法满足时序要求的情况。
时序违规可能导致电路功能失效，甚至硬件故障。
二、FPGA时序分析的关键步骤1.时序约束的设置时序约束是在FPGA设计中非常重要的一部分，它用于定义时钟频率、时钟边沿以及其他关键参数。
时序约束通常以SDC（Synopsys Design Constraints）的格式提供。
时序约束的设置需要综合考虑到电路的功能需求、时钟分频、时钟域划分以及时钟边沿和信号的传输延迟等各种因素。
时序约束应该准确地描述信号的起始时间、到达时间和关系，以确保设计满足时序要求。
2.时序路径分析时序路径分析是指通过分析不同信号路径的延迟和时间关系来评估设计是否满足时序要求。
时序路径分析可以通过静态分析和动态仿真两种方式进行。
静态分析主要是利用逻辑综合工具对电路的时序路径进行分析和计算。
动态仿真则是通过对电路进行时钟驱动的行为级仿真来评估时序路径。
两种方法都可以获得电路的路径延迟和时间关系，以判断设计是否满足时序要求。
3.时序修复当时序分析发现设计存在时序违规时，需要进行时序修复来解决问题。
时序修复主要包括时钟域划分、时钟频率调整、逻辑重构等方法。
时钟域划分是指将设计划分为不同的时钟域，确保时钟边沿的一致性。
时钟频率调整是通过逻辑优化和时序约束调整来改善设计的时序性能。
逻辑重构则是通过改变电路的结构和时序路径，以使设计满足时序要求。
三、时序约束的知识1.时钟频率设置时钟频率设置是指设置时钟的工作频率，以控制电路的运行速度和性能。
FPGA时序约束方法
FPGA时序约束方法FPGA时序约束是一种确定FPGA设计中数据传输和逻辑运算的时序关系的方法。
它用于确保设计能够在给定的时钟频率下正常工作，并满足时序要求。
时序约束的准确性对于FPGA设计的性能和可靠性至关重要。
在下面的文章中，我将详细介绍FPGA时序约束的方法。
1.时钟约束：时钟约束是FPGA设计中最重要的时序约束之一、它用于指定时钟信号的起始时间和周期。
时钟约束通常包括时钟频率、时钟边沿类型（上升沿、下降沿）以及时钟延迟等参数。
时钟约束的准确性对于FPGA设计的性能和稳定性至关重要。
2.输入约束：输入约束用于指定输入信号到达FPGA时钟边沿之前的最大和最小延迟。
通过设置输入约束，可以确保输入信号能够在时钟信号出现之前到达，并且达到正确的稳定水平。
输入约束还可以帮助设计人员优化信号传输的延迟，从而提高设计的性能。
常见的输入约束包括设置最大延迟、最小延迟和最大转换时间等参数。
3.输出约束：输出约束用于指定输出信号的最大和最小延迟。
通过设置输出约束，可以确保输出信号能够在时钟边沿之后的规定时间内稳定下来，并且达到正确的值。
输出约束还可以帮助设计人员优化信号传输的延迟，从而提高设计的性能。
常见的输出约束包括设置最大延迟、最小延迟和时钟关系等参数。
4.路径约束：路径约束用于指定数据在FPGA内部的路径以及路径上各个元件之间的时序关系。
路径约束可以确保数据在各个元件之间的传输速度和时序关系满足设计要求。
常见的路径约束包括设置最大延迟、最小延迟和时钟关系等参数。
5.时序分析工具：时序分析工具是用于验证FPGA设计是否满足时序约束的关键工具。
常见的时序分析工具包括Xilinx的Timing Analyzer 和Altera的TimeQuest等。
这些工具可以分析FPGA设计中各个信号的时序关系，并生成时序报告。
设计人员可以根据时序报告来优化设计，并确保设计满足时序要求。
总之，FPGA时序约束是保证FPGA设计性能和可靠性的重要方法。
FPGA中的时序约束--从原理到实例
FPGA中的时序约束--从原理到实例FPGA中的时序问题是⼀个⽐较重要的问题，时序违例，尤其喜欢在资源利⽤率较⾼、时钟频率较⾼或者是位宽较宽的情况下出现。
本⽂介绍时序分析的原理以及出现时序问题时⼀般的解决办法。
基本概念建⽴时间和保持时间是FPGA时序约束中两个最基本的概念，同样在芯⽚电路时序分析中也存在。
电路中的建⽴时间和保持时间其实跟⽣活中的红绿灯很像，建⽴时间是指在绿灯（clk的上升沿）亮起之前⾏⼈或者车辆（data数据）在路⼝提前等待的时间（只允许绿灯亮起的⼀刹那在路⼝的车辆才允许通⾏），⽽保持时间，则是绿灯亮起后必须保持的时间，这样⾏⼈或者数据才能够通过这个⼗字路⼝，否则hold时间就不满⾜。
同时，红绿灯默认都是周期性的（clk也是周期性的），车辆不允许在两个相邻的红绿灯之间通过的时间超过⼀个clk的周期（组合逻辑时延不能过⼤）。
建⽴时间（Tsu）：是指在时钟沿到来之前数据从不稳定到稳定所需的时间，如果建⽴的时间不满⾜要求，在时钟上升沿，寄存器将不能正确采到数据值。
如下图（左）所⽰：保持时间（Th）：是指在时钟上升沿后数据保持稳定的时间，如果保持时间不满⾜要求那么数据同样也不能被正确采集到。
保持时间⽰意图如下图（右）所⽰：如图1.3，这是⼀个FPGA输⼊数据的模型，输⼊端⼝到第⼀个寄存器之间的路径需要进⾏时序约束。
⼀般我们需要告知FPGA输⼊输出接⼝的最⼤最⼩延迟，使EDA⼯具在进⾏布局布线时能够尽可能的优化输⼊端⼝到第⼀级寄存器之间的延迟，使FPGA中时钟的上升沿能够正确采集到输⼊的数据。
在sdc约束中，输⼊延时是从上游器件发出数据到FPGA输⼊端⼝的延时时间。
如图,1.4所⽰，输⼊接⼝时序清楚反应了FPGA在接收数据时应满⾜的建⽴和保持时间要求。
说明：OSC ：系统时钟ASSP.CLk ：外部器件寄存器的时钟ASSP.Q ：外部器件数据输出FPGA.D ：FPGA数据输⼊FPGA.CLK ：FPGA内部寄存器的时钟Tclk1 ：系统时钟到外部器件之间的延时Tclk2 ：系统时钟到FPGA之间的延时Tco ：数据经过外部器件寄存器输出后相对于ASSP.CLK的偏移Tpcb ：数据在pcb电路板上的延时FTsu ：FPGA上寄存器的建⽴时间要求FTh ：FPGA上寄存器的保持时间要求setup slack ：建⽴时间余量，必须⼤于等于0才能满⾜建⽴时间的时序要求hold slack ：保持时间余量，必须⼤于等于0才能满⾜保持时间的时序要求T: 系统时钟频率c. 输出延时即为FPGA输出数据后到达外部器件的延时时间。
quartus时序约束fpga
quartus时序约束fpga
时序约束
当程序编译出现时序问题，并且影响具体功能实现时采取更强的时序约束，如下图所示：
具体解决方式是进行时序约束，以调整时序。
具体操作步骤如下：
1.右击TimeQuest Timing Analyzer选择open。
打开TimeQuest Timing Analyzer如下图所示。
右击Create Timing Netlist，生成网表如下图所示。
生成网表后进行时序约束。
在TimeQuest Timing Analyzer菜单栏下选择constraints下的Create Clock。
完毕。
Generated Clock，对约束时钟进行设置。
设置完毕点击Run。
comLogic.out。
扩展名为.sdc的文件。
色文字全部消失。
则时序约束完成。
Summary仍然出现问题（本次结果没有出现问题）如下图所示：
此时需要将主菜单下的Assignments的setting进行设置。
Optimize multi-corner timing勾选上等操作。
这样简单的时序约束就可以完成。
FPGA时序约束与分析
这本书详细讨论了FPGA时序约束的各个方面，包括建立时间、保持时间、时 序分析等。通过理论知识和实际案例的结合，作者们成功地阐述了时序约束在 FPGA设计中的重要性。对于我这样的初学者来说，这本书提供了一种很好的方式 来理解这些复杂的概念。
在阅读过程中，我不禁为书中所展现的深入见解和详尽的解析所折服。与其 他技术书籍不同，这本书避免了复杂的数学推导和抽象的概念，而是以清晰、简 洁的方式解释了时序约束与分析的基本原理。书中还提供了大量的实用技巧和建 议，对于实际应用有很大的帮助。
这本书的目录按照内容的逻辑顺序进行组织。从第一章到第十二章，每一个 章节都围绕着FPGA时序约束与设计的核心主题展开。第一章到第三章介绍了FPGA 的基本概念和设计流程，为读者提供了背景知识和基础理论。第四章到第七章详 细阐述了FPGA的硬件描述语言（HDL）和设计工具，为读者提供了实用的编程技 能。
FPGA时序约束与分析
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
时序
约束
分析
fpga
方法
介绍
技术
分析
约束
时序 设计
一章
fpga
包括
一些
应用
详细
优化
实例
内容摘要
内容摘要
《FPGA时序约束与分析》是一本关于FPGA（现场可编程门阵列）时序约束与设计的专业书籍。 以下是本书的内容摘要： 这一章首先介绍了FPGA的基本概念和结构，包括其可编程特性、硬件设计和并行处理的优势。然 后，重点讲解了FPGA时序约束的概念，包括时钟信号、时序关系、时序约束的定义和重要性。 这一章详细介绍了FPGA时序分析的原理和方法。首先讲解了时序分析的基本概念，包括时钟周期、 建立时间和保持时间等。接着，详细阐述了时序分析的原理，包括路径分析和偏差计算等。还介 绍了一些常用的时序分析工具和应用案例。 这一章主要介绍了FPGA时序约束的方法和技巧。讲解了物理约束和逻辑约束的概念和区别。然后， 详细介绍了物理约束的设定方法，包括时钟网络的分布、缓冲区的设置和输入/输出延迟等。还 介绍了逻辑约束的设定方法，包括路径约束、偏斜约束和时序预算等。
FPGA时序约束、时序分析
FPGA设计之——时序设计FPGA设计一个很重要的设计是时序设计，而时序设计的实质就是满足每一个触发器的建立(Setup)/保持(Hold)时间的要求。
建立时间(Setup Time)：是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前，数据稳定不变的时间，如果建立时间不够，数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器；保持时间(Hold Time)：是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后，数据稳定不变的时间，如果保持时间不够，数据同样不能被打入触发器。
FPGA设计分为异步电路设计和同步电路设计，然而很多异步电路设计都可以转化为同步电路设计，在设计时尽量采用同步电路进行设计。
对于同步电路可以转化的逻辑必须转化，不能转化的逻辑，应将异步的部分减到最小，而其前后级仍然应该采用同步设计。
为了让同步电路可靠地运行，就要对时钟偏差进行控制，以使时钟偏差减小到可用的范围。
影响时钟偏差的主要有以下几个因素：o用于连接时钟树的连线o钟树的拓扑结构o时钟的驱动o时钟线的负载o时钟的上升及下降时间在通常的FPGA设计中对时钟偏差的控制主要有以下几种方法：o控制时钟信号尽量走可编程器件的的全局时钟网络。
在可编程器件中一般都有专门的时钟驱动器及全局时钟网络，不同种类、型号的可编程器件，它们中的全局时钟网络数量不同，因此要根据不同的设计需要选择含有合适数量全局时钟网络的可编程器件。
一般来说，走全局时钟网络的时钟信号到各使用端的延时小，时钟偏差很小，基本可以忽略不计。
o若设计中时钟信号数量很多，无法让所有的信号都走全局时钟网络，那么可以通过在设计中加约束的方法，控制不能走全局时钟网络的时钟信号的时钟偏差。
o异步接口时序裕度要足够大。
局部同步电路之间接口都可以看成是异步接口，比较典型的是设计中的高低频电路接口、I/O接口，那么接口电路中后一级触发器的建立-保持时间要满足要求，时序裕度要足够大。
o在系统时钟大于30MHz时，设计难度有所加大，建议采用流水线等设计方法。
FPGA的IO口时序约束分析
1.1 概述在高速系统中FPGA时序约束不止包括内部时钟约束，还应包括完整的IO时序约束和时序例外约束才能实现PCB板级的时序收敛。
因此，FPGA时序约束中IO 口时序约束也是一个重点。
只有约束正确才能在高速情况下保证FPGA和外部器件通信正确。
1.2 FPGA整体概念由于IO口时序约束分析是针对于电路板整个系统进行时序分析，所以FPGA需要作为一个整体分析，其中包括FPGA的建立时间、保持时间以及传输延时。
传统的建立时间、保持时间以及传输延时都是针对寄存器形式的分析。
但是针对整个系统FPGA的建立时间保持时间可以简化。
图1.1 FPGA整体时序图如图1.1所示，为分解的FPGA内部寄存器的性能参数：（1）Tdin为从FPGA的IO口到FPGA内部寄存器输入端的延时；（2）Tclk为从FPGA的IO口到FPGA内部寄存器时钟端的延时；（3）Tus/Th为FPGA内部寄存器的建立时间和保持时间；（4）Tco为FPGA内部寄存器传输时间；（5）Tout为从FPGA寄存器输出到IO口输出的延时；对于整个FPGA系统分析，可以重新定义这些参数：FPGA建立时间可以定义为：（1）FPGA建立时间：FTsu = Tdin + Tsu – Tclk；（2）FPGA保持时间：FTh = Th + Tclk；（3）FPGA数据传输时间：FTco = Tclk + Tco + Tout；由上分析当FPGA成为一个系统后即可进行IO时序分析了。
FPGA模型变为如图1.2所示。
图1.2 FPGA系统参数1.3 输入最大最小延时外部器件发送数据到FPGA系统模型如图1.3所示。
对FPGA的IO口进行输入最大最小延时约束是为了让FPGA设计工具能够尽可能的优化从输入端口到第一级寄存器之间的路径延迟，使其能够保证系统时钟可靠的采到从外部芯片到FPGA的信号。
图1.3 FPGA数据输入模型输入延时即为从外部器件发出数据到FPGA输入端口的延时时间。
手把手课堂-赛灵思FPGA设计时序约束指南
手把手课堂:赛灵思FPGA设计时序约束指南作者：Austin Lesea，首席工程师 Xilinx Inc. Austin.lesea@作为赛灵思用户论坛的定期访客（见），我注意到新用户往往对时序收敛以及如何使用时序约束来达到时序收敛感到困惑。
为帮助FPGA设计新手实现时序收敛，让我们来深入了解时序约束以及如何利用时序约束实现FPGA 设计的最优结果。
何为时序约束？为保证设计的成功，设计人员必须确保设计能在特定时限内完成指定任务。
要实现这个目的，我们可将时序约束应用于连线中——从某 FPGA 元件到 FPGA 内部或 FPGA 所在 PCB 上后续元件输入的一条或多条路径。
在 FPGA 设计中主要有四种类型的时序约束：PERIOD、OFFSET IN、OFFSET OUT 以及 FROM: TO（多周期）约束。
PERIOD 约束与建组每个同步设计要有至少一个PERIOD 约束（时钟周期规格），这是最基本的约束类型，指定了时钟周期及其占空比。
若设计中有不止一个时钟，则每个时钟都有自己的 PERIOD 约束。
PERIOD约束决定了我们如何进行布线，来满足设计正常工作的时序要求。
为简化时序约束应用过程，常常可将具有类似属性的连线分组为一组总线或一组控制线。
这样做有助于完成正确为设计约束定义优先级这一关键步骤。
设计约束优先次序排列若设计有多重约束，则需进行优先次序排列。
一般来说，约束的一般性越强，其优先级越低。
相反，约束的针对性越强，其优先级越高。
举例来说，时钟网络上的某个一般性 PERIOD 约束将被特定网络的具有更高优先级的 FROM: TO 约束所覆盖。
特定 FROM: TO（或 FROM: THRU:TO）约束在时钟域内任意网络中的重要性均高于一般性约束。
为便于进行约束的优先级排列，可运行赛灵思时序分析器（ISE® Design Suite 中的静态时序分析工具），并生成时序规格迭代报告，即常说的 .tsi 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。
FPGA时序约束方法
FPGA时序约束方法FPGA时序约束是一种用于指导和优化FPGA设计中时序性能的方法。
它可以确保电路在程序执行期间满足特定的时序要求，例如信号的最大延迟、最小持续时间和时钟频率等。
时序约束的正确使用可以提高设计的稳定性、可靠性和性能。
本文将介绍FPGA时序约束的基本原则和常用方法。
1.时序规范与分析时序规范是指描述设计的时序要求的文档。
它通常包含输入输出的最大延迟要求、时钟频率限制和时序路径等信息。
在进行FPGA设计之前，应先明确时序规范，并基于规范进行时序分析。
分析工具可以帮助识别潜在的时序问题，并对设计和约束进行优化。
2.确定时钟时钟是FPGA设计中最重要的时序信号之一、在FPGA设计中，应明确定义主时钟和所有其他时钟。
主时钟应具有稳定的周期，并且所有时序路径都应相对于主时钟进行分析和约束。
其他时钟应与主时钟存在特定的时钟域关系，例如分频、相位偏移等。
3.最大延迟约束最大延迟约束用于限制信号从输入到输出的最大延迟。
在FPGA设计中，输入和输出被称为时序路径。
最大延迟约束可以确保电路在给定时钟频率下能够按时完成计算，满足系统的实时性要求。
最大延迟约束通常是在时序规范中指定的。
4.最小持续时间约束最小持续时间约束用于确保特定信号在时钟沿上保持稳定的最短时间。
这通常用于保证数据稳定性和防止时序违规，例如锁存器保持时间和数据传输时间等。
5.时钟频率约束时钟频率约束用于限制电路的时钟频率。
它可以确保电路在给定时钟频率下保持正确的功能和时序性能。
时钟频率约束可以通过分析工具自动计算生成，也可以手动指定。
对于高性能的设计，使用时钟频率约束可以帮助设计人员优化电路并提高系统的性能。
6.时序路径分析与优化时序路径分析是一种用于分析和优化电路中时序路径的方法。
通过时序路径分析，可以确定关键路径和瓶颈，并优化设计以满足时序规范。
常见的时序路径优化方法包括添加缓冲器、重新布局电路、优化逻辑等。
总之，FPGA时序约束是一种重要的设计方法，用于指导和优化FPGA设计中的时序性能。
fpga的时序约束
fpga的时序约束FPGA的时序约束FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，具有灵活性和可重构性。
在FPGA设计中，时序约束是一项重要的任务，它定义了电路中信号的传输时间和时序关系。
时序约束的正确设置对电路的性能和稳定性至关重要。
本文将介绍FPGA的时序约束及其相关内容。
一、时序约束的基本概念时序约束是指在FPGA设计中，对电路中信号的传输时间、时钟频率、延迟等进行限制和定义。
它是一种关于信号传输时序关系的约束条件，确保设计在特定时钟频率下能够正常工作。
时序约束通常包括以下几个方面：1. 时钟频率：指定电路中时钟信号的频率，即时钟周期的倒数。
时钟频率决定了电路的工作速度和性能。
2. 输入延迟：指定输入信号到达FPGA引脚到被FPGA内部逻辑电路采样的时间。
输入延迟主要取决于信号的传输路径和FPGA的布局。
3. 输出延迟：指定FPGA内部逻辑电路输出信号从采样到输出引脚的时间。
输出延迟决定了输出信号的稳定性和正确性。
4. 约束路径：指定电路中的关键路径，并要求这些路径满足一定的时序要求。
关键路径是决定电路性能的主要路径。
5. 时序检查：对设计中的时序约束进行验证，确保电路能够在特定时钟频率下正常工作。
时序检查常常使用时序分析工具进行。
二、时序约束的设置方法在FPGA设计中，时序约束通常通过HDL（Hardware Description Language）代码或专用的约束文件进行设置。
常见的HDL语言有VHDL和Verilog，这些语言提供了丰富的语法和语义来描述电路的时序行为。
时序约束的设置包括以下几个步骤：1. 确定时钟频率：根据设计的需求和目标平台的性能，确定适当的时钟频率。
时钟频率应根据FPGA器件的特性和设计的复杂度进行选择。
2. 分析设计中的关键路径：通过时序分析工具，分析设计中的关键路径。
关键路径是决定电路性能的主要路径，需要特别关注和设置时序约束。
FPGAQuartus_II_时钟约束[指南]
![FPGAQuartus_II_时钟约束[指南]](https://img.taocdn.com/s3/m/1a1f171391c69ec3d5bbfd0a79563c1ec5dad7e8.png)
FPGA QuartusII 时钟约束时钟约束（Clock Specification）：约束所有时钟（包括你的设计中特有的时钟）对准确的时序分析结果而言是必不可少的。
Quartus II TimeQuest Timing Analyzer为各种各样的时钟配置和典型时钟提供许多SDC命令。
这个章节将介绍SDC可用的应用编程接口，以及描述指定的时钟特性。
时钟（Clocks）使用create_clock命令为任何register, port或pin进行时钟特性描述，使其具有独一的时钟特性。
例6–2展示了create_clock命令：Example 6–2. create_clock Commandcreate_clock-period <period value>[-name <clock name>][-waveform <edge list>][-add]<targets>Table 6–6. create_clock Command OptionsExample 6–3 约束时钟频率100MHz，占空比50%，0ns上升沿，5ns下降沿。
Example 6–3. 100MHz Clock Creationcreate_clock –period 10 –waveform { 0 5 } clkExample 6–4和上例相差90度的相位。
Example 6–4. 100MHz Shifted by 90 Degrees Clock Creationcreate_clock –period 10 –waveform { 2.5 7.5 } clk_sys使用create_clock命令约束时钟缺省的source Latency值为0。
Quartus II TimeQuest Timing Analyzer自动为非虚拟时钟（non-virtual clocks）计算时钟网络延时（clock’s network latency）。
fpga时钟约束语法
fpga时钟约束语法FPGA时钟约束的基本语法是通过create_clock命令对主时钟进行约束定义。
具体用法如下：create_clock -name <clock_name> -period <period> -waveform {<rise_time> <fall_time>} [get_ports <port_name>]其中：-name后的<clock_name>是设计者自定义的主时钟名称，后续约束都将引用该定义的主时钟。
若不指定<clock_name>，则会默认使用<port_name>所指定的时钟物理节点作为主时钟名称。
虚拟时钟定义时，由于不指定<port_name>，所以必须定义<clock_name>。
-period后的<period>是定义的主时钟周期，单位ns，取值必须大于0。
get_ports表示定义的主时钟的物理节点是FPGA的引脚。
<port_name>是定义的主时钟的物理节点。
也可以用get_nets定义FPGA内部网络作为主时钟的物理节点。
-waveform后{<rise_time> <fall_time>}定义时钟的上升沿和下降沿。
其中<rise_time>表示上升沿时刻，默认为0。
<fall_time>表示下降沿时刻，默认是时钟周期的一半。
单位也是ns。
约束定义一个主时钟时，必须关联FPGA设计网表中已有的某个时钟节点或引脚。
约束流程中通常建议优先进行主时钟的约束定义。
当然，FPGA时钟约束还有一些其他的用法和注意事项，我将继续介绍：多周期路径约束：在FPGA设计中，有时存在多周期路径，即数据的传播路径超过了主时钟的一个周期。
为了约束这些路径，可以使用以下语法：set_multicycle_path -setup -from [get_cells <start_cell>] -to [get_cells <end_cell>] -setup_latency <latency> -clock [get_clocks <clock_name>]这将指定从<start_cell>到<end_cell>的路径是一个多周期路径，并定义相应的建立延迟和时钟。
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FPGA开发之时序约束（周期约束）
时序约束可以使得布线的成功率的提高，减少ISE布局布线时间。
这时候用到的全局约束就有周期约束和偏移约束。
周期约束就是根据时钟频率的不同划分为不同的时钟域，添加各自周期约束。
对于模块的输入输出端口添加偏移约束。
这里先说一下周期约束：周期约束是为了达到同步组件的时序要求。
如果相邻同步原件相位相反，那么延迟就会是时钟约束值的一半，一般不要同时使用上升沿和下降沿。
注意：在实际工程中，附加的约束时间为期望值的90%，即约束的最高频率是实际工作频率的110%左右。
添加约束的方法中简单的方法就是直接添加到ucf中，其语法是：
[约束信号] PERIOD = {周期长度} {HIGH|LOW} [脉冲持续时间];#[]中的内容是选填项，{}里面的是必填项。
[约束信号]分为“Net net_name”或者“TIMEGRP group_name”，{周
期长度就是时钟周期，单位为ns默认，也可以是ps，ms，s}，{HIGH|LOW}用于指定第一个脉冲是高电平还是低电平。
[持续时间就是第一个脉冲的持续时间，默认50%的占空比] 举个栗子：Net “clk_100MHz”period = 10ns High 5ns;
#这种方法比较简单，但是我们一般不用这种方法。
我们使用下面的方法
TIMESPEC “TS_identifier”= PERIOD “TNM_reference”{周期长度} {HIGH|LOW} [脉冲持续时间];
TS属性定义，可以用在任意的引用。
在使用时要先定义时钟分组，再添加相应的约束，例如：NET “clk_50MHz”= “syn_clk”;
TIMESPEC “TS_syn_clk”= PERIOD “syn_clk”20 HIGH 10;
TIMESPEC “TS_identifier2”= PERIOD ”timegroup_name”“TS_identifier1”[* | /] 倍数因子[+|-] phase_value[单位]
/*
TS_identifier2是要派生出来的时钟，TS_identifier1是已经定义好的时钟，“倍数关系”是给出两者的倍数关系。
这里的phase_value是时间长度，再根据周期换成相应相位。
*/
举个栗子：如给出了一个系统时钟为：
TIMESPEC “TS_CLK_SYN”= PERIOD “CLK”5ns;
如要得到该时钟的反向时钟以及二分频时钟，可以进行如下定义：
TIMESPEC “TS_CLK_SYN_180”= PERIOD “CLK_180”CLK_SYN PHASE + 2.5ns; TIMESPEC “TS_CLK_SYN_HALF”=PERIOD “CLK_180”CLK_SYN / 2;。