XilinxFPGA编程技巧之常用时序约束详解

Xilinx FPGA编程技巧之常用时序约束详解

i.基本的约束方法

为了保证成功的设计，所有路径的时序要求必须能够让执行工具获取。最普遍的三种路径为: .输入路径(In put Path )，使用输入约束

.寄存器到寄存器路径(Register-to-Register Path )，使用周期约束

.输出路径(Output Path )，使用输出约束

.具体的异常路径(Path specific exceptio ns )，使用虚假路径、多周期路径约束

1.1. 输入约束In put Co nstrai nt

OFFSET IN约束限定了输入数据和输入时钟边沿的关系。

1.1.1. 系统同步输入约束System Sy nchron ous In put

在系统同步接口中，同一个系统时钟既传输数据也获取数据。考虑到板子路径延时和时钟抖动，接口的操作频率不能太高。

1-1简化的系统同步输入SDR接口电路图

1-2SDR系统同步输入时序

上述时序的约束可写为：

NET "SysCIk" TNM_NET = "SysCIk";

TIMESPEC "TS_SysClk" = PERIOD "SysClk" 5 ns HIGH 50%;

OFFSET = IN 5 ns VALID 5 ns BEFORE "SysClk";

1.1.

2. 源同步输入约束Source Syn chro nous In put

在源同步接口中，时钟是在源设备中和数据一起产生并传输。

1-3简化的源同步输入DDR接口电路

1-4DDR源同步输入时序

上图的时序约束可写为：

NET "SysCIk" TNM_NET = "SysCIk";

TIMESPEC "TS_SysCIk" = PERIOD "SysCIk" 5 ns HIGH 50%;

OFFSET = IN 1.25 ns VALID 2.5 ns BEFORE "SysClk" RISING;

OFFSET = IN 1.25 ns VALID 2.5 ns BEFORE "SysClk" FALLING;

1.2. 寄存器到寄存器约束Register-to-Register Constraint

寄存器到寄存器约束往往指的是周期约束，周期约束的覆盖范围包括：

.覆盖了时钟域的时序要求

.覆盖了同步数据在内部寄存器之间的传输

.分析一个单独的时钟域内的路径

.分析相关时钟域间的所有路径

.考虑不同时钟域间的所有频率、相位、不确定性差异

1.2.1. 使用DLL, DCM, PLL, and MMCM 等时钟器件自动确定同步关系

使用这一类时钟IP Core，只需指定它们的输入时钟约束，器件将自动的根据用户生成

IP Core时指定的参数约束相关输出，不需用户手动干预。

1-5输入到DCM的时钟约束

上图的时序约束可写为:

NET “ Clkln ” TNM_NET = “Clkln ” ;

TIMESPEC “TS_ClkIn ”= PERIOD “ Clkln ” 5 ns HIGH 50%;

1.2.2. 手动约束相关联的时钟域

在某些情况下，工具并不能自动确定同步的时钟域之间的时钟时序关系，这个时候需要手动约束。例如：有两个有相位关系的时钟从不同的引脚进入FPGA器件，这个时候需要

手动约束这两个时钟。

1-6通过两个不同的外部引脚进入FPGA的相关时钟

上图的时序约束可写为：

NET “Clk1X"TNM_NET= “ Clk1X";

NET “Clk2X180"TNM_NET= “ Clk2X180";

TIMESPEC"TS_Clk1X"=PERIOD"Clk1X 7 5ns;

TIMESPEC"TS_Clk2X180"=PERIOD"Clk2X180 “ TS_Clk1X/2PHAS2 +1.25 ns;

1.2.3. 异步时钟域

异步时钟域的发送和接收时钟不依赖于频率或相位关系。因为时钟是不相关的，所以不可能确定出建立时间、保持时间和时钟的最终关系。因为这个原因，Xilinx推荐使用适当的异步设计技术来保证对数据的成功获取。Xilinx约束系统允许设计者在不需考虑源和目的时

钟频率、相位的情况下约束数据路径的最大延时。

异步时钟域使用的约束方法的流程为：

.为源寄存器定义时序组

.为目的寄存器定义时序组

.使用From-to 和DATAPATHDELAY 关键字定义寄存器组之间的最大延时

1.3. 输出约束Output Constraint

输出时序约束约束的是从内部同步元件或寄存器到器件管脚的数据。

1.3.1. 系统同步输出约束System Synchron ous Output Co nstrai nt

系统同步输出的简化模型如图所示，在系统同步输出接口中，传输和获取数据是基于同一个时钟的。

1-7系统同步输出

其时序约束可写为：

NET "Clkl n" TNM_NET = "Clkl n";

OFFSET = OUT 5 ns AFTER "ClkI n";

1.3.

2. 源同步输出约束Source Syn chro nous Output Con strai nt

在源同步输出接口中，时钟是重新产生的并且在某一FPGA时钟的驱动下和数据一起传输至下游器件。

1-8源同步输出简化电路时序图

1-9源同步小例子时序图

小例子的时序约束可写为：

NET “ ClkIn ” TNM_NET = “ClkIn ” ;