周期約束分析
周期〈Period）約束的對象是該時鐘所驅(qū)動的所有同步元件之間的路徑，但是不會覆蓋如圖1所示的A、B、C和D路徑，以及輸入引腳到輸出引腳〈純組合邏輯〉、輸入引腳到悶步元件、同步元件到輸出引腳，還有Clk1到Clk2之間的異步路徑，
在進(jìn)行周期Period約柬之前，需要對電路的時鐘周期進(jìn)行估計，不要便用過松或過緊的約束。設(shè)討內(nèi)部電路所能達(dá)到的最南運(yùn)行頻率取決于同步元件本身的建立保持時間，以及同步元件之間的邏輯和布線延遲。雖然布線延時無法估計，但邏輯延時應(yīng)該可以大致估計，如圖2所示。通?？梢愿鶕?jù)邏輯延時和布線延時各占40％和60％的比例來判斷將要設(shè)置的周期約束對于當(dāng)前的設(shè)計是否現(xiàn)實或合理。
圖1 周期約束所達(dá)到的范圍
圖2 估算邏輯之間的延時
通過約束編輯器的文本編輯窗口，可以采用以下兩種方式的UCF語句來做時鐘約束。
（1）period＿item PERIOD＝period{HIGH｜LOW} ［high＿or low＿item］
其中，period＿item可以是NET或TIMEGRP，分別代表時鐘線名稱net name或元件分組名稱group－name。用NET表示PERIOD約束作用到名為“net name”的時鐘網(wǎng)線所驅(qū)動的同步元件上，用TIMEGRP表示PERIOD約束作用到TiMEGRP所定義的分組（包括FFS、LATCH和RAM等同步元件）上。period是目標(biāo)時鐘周期，單位可以是ps、ns、μS和ms等。HIGH｜LOW指出時鐘周期中的第1個脈沖是高電平還是低電平，high＿or＿low＿time為HIGH LOW指定的脈沖的持續(xù)時間，默認(rèn)單位是ns。如果沒有該參數(shù)，時鐘占空比是50％。例如， NET SYS＿CLK PERIOD＝10 ns HIGH 4ns
（2）NET“clock net name”TNM＿NET＝“timing group name”；
TIMESPEC“TSidentifier”＝PERIOD “TNM reference”period {HIGH LOW} ［high＿or low＿item］
下面舉個例子來說明如何設(shè)置周期約束。考慮圖3所示的電路設(shè)計范例1，輸入時鐘的周期是10ns，并且是上升沿動作，占空比為45％高電平，55％低電平。
我們可以用這樣的UCF語旬來定義這個時鐘：
NET“SysClk” TNM＿NET ＝“SysClk”；
TIMESPEC “to￣ SysClk ” ＝ PERIOD ＂SysClk＂ 10 ns HIGH 45％;
圖3 周期約束設(shè)計范例一
這個例子首先在時鐘網(wǎng)線上附加了TNM＿NET約束，把Clk驅(qū)動的所有同步元件定義成一個名為“sys＿clk”的分組，然后使用TIMESPEC約束定義時鐘周期。這種定義時鐘周期的方法使用了標(biāo)識符，在定義其他時鐘周期時可以引用這個標(biāo)識符，大大方便了派生時鐘的定義。
一種特殊情況的周期約束是相關(guān)時鐘。前面提到周期約束不會覆蓋異步路徑，如圖1所示的D路徑。但是如果兩個時鐘是“相關(guān)”的，則實現(xiàn)工具和時序分析工具會考慮這個路徑。因此對這樣的路徑不需要再設(shè)置FROM TO約束，相關(guān)內(nèi)容包括自動相關(guān)和人為相關(guān)。我們來分別看看幾種情況。
（1）圖4所示的相關(guān)時鐘約束1為兩個時鐘來自于同一個DCM，我們只需對DCM的輸入時鐘執(zhí)行周期約束，則DCM輸出的兩個時鐘就會通過DCM自動關(guān)聯(lián)，它們之間的路徑就會自動地被分析。
圖4 相關(guān)時鐘約束1
例如，我們做如下約束：
NET "CLKIN"TNW＿NET ＝ "CLKIN"；
TIMESPEC "TS＿CLKIX" ＝ PERTOD "CLK△N"10.O ns HIGH 50％；
則兩個時鐘之間的路徑就會被這樣分析：
Slack:3．926ns
Source:DataRegSlow．＿d2＿3 （FF）
Destination:DataRegFast＿d3＿3 （FF）
Requirement :5．OOOns
Data Path Delay :0．874ns （Levels of Logic ＝ 0）
Clock Path Skew:0.000ns
Source Clock: C＝CLK1X rising at O.000ns
Destination Clock: CLKZX＿DCM rising at 5.000ns
Clock Uncertainty : 0．200ns
（2）如剛才的電路可以不對DCM輸入時鐘做約束，而分別對兩個時鐘單獨(dú)做周期約束，如圖5所示。由于CLK2X的周期是基于CLK1X的周期定義的，所以這樣兩個時鐘就被人為地關(guān)聯(lián)起來，它們之間的路徑也會自動地被分析。
圖5 相關(guān)時鐘約束2
例如，我們做如下約束：
NET＂CLKI1X＂TNM_NET ＝ ＂CLK1X＂；
NET＂CLK2X＂TNM_NET ＝ ＂CLK2X＂；
TIMESPEC ＂TS_CLK1X＂ ＝ PERIOD ＂CLK1X＂ lO.O ns HIGH 50％；
TIMESPEC ＂TS_CLK2X＂ ＝ PERTOD ＂CLK2X＂ TS_CLX△CLK1X/2;
則其之間的路徑就會被這樣分析：
Slack：3．926ns
Destination :DataRegSlow_d2_3 （FF）
Requirement :DataRegSlow_d2_3 （FF）
Data Path Delay :0.874ns （Levels of Logic=0）
Clock Path Skew:0.0O0ns
Source Clock :CLK1X rising at O.000ns
Destination Clock:CLK2X rising at 5.000ns
Clock Uncertainty :0.200ns
（3）兩個時鐘都是從FPGA外面送進(jìn)來的，如圖6所示，也可以對它們單獨(dú)設(shè)置的周期約束，但是CLK2X的周期是基于CLK１X的周期定義。通過這種方式可以把兩個時鐘人為關(guān)聯(lián)起來，它們之間的路徑也會自動地被分析。
圖6 相關(guān)時鐘約束3
例如，我們做如下約束：
NET ＂CLK1X＂ TNM NET ＝ ＂CLK1X＂；
NET ＂CLK2X＂ TNM NET ＝ ＂CLK2X＂；
TIMESPEC ＂TS_CLK1X＂ ＝ PERTOD ＂CLK1X＂10.O ns HIGH 50％;
TIMESPEC ＂TS_CLK2X＂ ＝ PERTOD ＂CLK2X＂ TS＿CLK1x／2;
則兩個時鐘之間的路徑就會被這樣分析：
Slack： 3.926ns
Source： DataRegSlow＿d2＿3 （FF）
Destination：DataRegFast＿d2＿3 （FF）
Requirement：5．OOOns
Data Path Delay： 0.874ns （Levels of Logic ＝0）0.OOOns
Clock Path Skew： 0.0OOns
source clock：CLK1X rising at 0.000ns
Destination Clock： CLK2X rising at 5.000ns
Clock Uncertainty：0.200ns
（4）兩個時鐘都是從FPGA外面送進(jìn)來的，而且還有特定的相位關(guān)系。這種情況也可以單獨(dú)做周期約束，但是CLK2X的周期是基于CLK1X的周期定義，同時需要再加上相位關(guān)系。通過這種方式可以把兩個時鐘人為地關(guān)聯(lián)起來，它們之間的路徑也會自動地被分析，如圖7所示。
圖7 相關(guān)時鐘約束4
例如，我們做如下約束：
NET ＂ClklX＂ TNM＿NET ＝ ＂ClklX＂
NET ＂Clk2X180＂ TNM＿NET ＝ ＂Clk2X180＂；
TIMESPEC ＂TS＿Clk1X＂ ＝ PERIOD ＂ClklX＂10.0ns;
TIMESPEC ＂TS＿Clk2X180＂ ＝PERTOD ＂Clk2X180＂ TS＿ClklX/2 PHASE＋2.5 nS：
則該路徑會被按照2.5 ns來分析。
在ISE的語言模版中有UCF的語法模板可供用戶參考，如圖8所示。
圖8 約束設(shè)置UCF模板示意
來源:ks991次
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