FPGA时序约束

1、约束的目的
介绍FPGA约束原理,理解约束的目的为设计服务,是为了保证设计满足时序要求,指导FPGA工具进行综合和实现,约束是Vivado等工具努力实现的目标。所以首先要设计合理,才可能满足约束,约束反过来检查设计能否满足时序。主要涉及到xilinx vivado xdc约束语法,给出对应的ISE ucf 语法。另外quatus的语法和xdc几乎兼容,原理都一样。

时序约束中最基本的是时钟,时钟有抖动(jitter),偏移(skew),占空比失真(duty cycle distortion)三种特性。
1、抖动,分为周期抖动(cycle jitter),周期差抖动(cycle to cycle jitter)和长期抖动(long term jitter)。
2、偏移和时钟线的长度,时序单元的负载电容和个数有关。FPGA的全局时钟采用全铜工艺和树状结构,偏移非常小,可以忽略。
3、占空比失真就是高低电平不对称,会吞噬时序裕量。

2、基本的时钟约束
最简单的情况,设计只有一个时钟。这时候需要对这个时钟的周期进行约束,(当然也可以对占空比进行约束,默认为50%)。如果不对时钟进行约束,我们就不知道自己的设计是否时序收敛。简单的说,比如系统时钟是200M的,那么周期就是5ns,也就是说信号从一个寄存器出来,经过了一系列的组合逻辑,要在下一个时钟的上升沿到来之前被目的寄存器采样到。当然考虑到,实际情况还复杂很多。

假如设计里有很多时钟,那么哪些时钟是必须要约束的呢?
首先是从端口进入FPGA的时钟。其他衍生时钟(如通过PLL或者MMCM生成的)跟它是同源时钟,工具会自动推导。然后是GT的rx_clk和tx_clk必须要约束。最后是用户自己分频产生的行波时钟(用于简单的低频应用),必须约束。

create_clock -name clk_200m -period 5 [get_ports I_clk200]

3、跨时钟域cdc约束
set_clock_groups –asynchronous -group [get_clocks -include_generated_clocks clk_1] \
-group [get_clocks -include_generated_clocks clk_2]

4、input delay
input delay和output delay都是分析的外部延时,与ISE的ucf约束FPGA内部延时恰恰相反。

5、output delay
假设周期是10ns
OFFSET = OUT 4ns AFTER clock;
set_output_delay 6 -clock [get_clocks ] [get_ports ]
通过把input output register pack到IOB中,和约束slew可以更容易满足接口时序要求。
rtl中约束
(* IOB = “true” *)
O_config_dat
xdc中约束
set_property IOB true [get_ports O_config_dat]
set_property SLEW FAST [get_ports O_config_dat]

文章来源:kuangxin的博客