TIMING_05 VIVADO环境下的时序约束 之 基本时钟周期约束

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目录

1. 基本时钟周期约束

1.1 时钟周期约束的性质

1.2 Primary Clocks主时钟

1.3 Generated Clocks生成时钟

1.4 时钟分组约束

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        从本篇文章开始，正式进入时序约束，本文以XILINX VIVADO环境进行讲解，包括后续的时序分析。在时序约束约束环节VIVADO和Quaetuse II两大平台是一致的，都是基于SDC标准的约束，所以学习时序约束环节时，不必为了采用何种开发环境困扰。

1. 基本时钟周期约束

        基本时钟周期约束的作用有两个：（1）告诉VIVADO需要在FPGA中运行时钟的特性，主要用于约束FPGA内部寄存器之间所需要达到的时序性能；（2）可能以此基本时钟周期约束为基础进行其他的约束，作为其他约束的基础；

        约束所覆盖的路径如下：

1.1 时钟周期约束的性质

        基本时钟周期约束的性质包含：时钟周期、占空比以及相位；

1.2 Primary Clocks主时钟

        主时钟（Primary Clocks）一般是FPGA外部芯片，如晶振提供的时钟，通过FPGA引脚输入，Vivado进行时序分析时，以主时钟的源端点作为延时计算起始点(0ns点)。

 

示例1：从外部引脚引入的时钟

        约束如下：

        create_clock -period 10.000 -name sysclk -waveform {0.000 5.000} [get_ports sysclk]

        对于主时钟的利用不要局限于一个驱动绝大多数资源的时钟，对于只驱动部分资源的时钟也属于该类，同样适用于这条约束，例如：ADC的采样随路时钟；

        对于差分输入形式的时钟，只需要对P脚使用约束即可；

 

示例2：高速收发器提供的时钟

        约束如下：

        create_clock -period 3.330 -name rxclk -waveform {0.000 1.660} [get_pins gt0/RXOUTCLK]

1.3 Generated Clocks生成时钟

        生成时钟的种类:（1）用户定义的时钟；（2）由MMCMx/PLL or BUFR、ODDR等推断出的时钟；

 

示例1：用户定义的时钟

方法1：

        约束如下：

      (1)首先这类约束要先指定源时钟

      create_clock -period 10.000 -name clkin -waveform {0.000 5.000} [get_ports clkin]

      (2)然后对生成时钟进行约束

      方法1：将主时钟端点作为源

      create_generated_clock -name clkdiv2 -source [get_ports clkin] -divide_by 2\[get_pins REGA/Q   

       

       方法2：将REGA时钟作为源

       create_generated_clock -name clkdiv2 -source [get_pins REGA/C] -divide_by 2 \[get_pins REGA/Q]

 

        方法2：

        对于与源时钟有固定相位关系的生成时钟也可以这样约束：

        create_generated_clock -name clkdiv2 -source [get_pins REGA/C] \-edges {1 3 5} [get_pins REGA/Q]

 

示例2：由MMCMx/PLL or BUFR /ODDR的推断出的时钟

推断时钟案例1：MMCMx推断的时钟

       对于这类时钟在不需要使用它作为其余约束源时，可以不进行约束，只需要约束primary clock，VIVADO后会自动推导生成时钟的约束；

       但是要使用这类约束时就需要重新对生成时钟进行重新命名，其意义在于便于后续约束的引用；

      

    约束如下：

    （1）首先对源时钟进行约束

    create_clock -period 10.000 -name clkin -waveform {0.000 5.000} [get_ports clkin]

    （2）对CLKOUT的时钟进行重命名

    create_generated_clock -name clkout [gee_pins clkip/mmcm0/CLKOUT]

 

        这样以后以此生成时钟为基础的约束即可使用clkout为源时钟名称进行约束了；但是这种做法有局限性，如果自动生成的时钟已被重新命名，且后续约束采用了该名称，那么更改时钟名称则会报错；因此，为了保持约束的独立性，使时钟不受命名干扰可采用如下方式，但显然这样略显繁琐，不便于书写阅读；

        get_clocks –of_objects [get_pins clkip/mmcm0/CLKOUT]

        get_clocks –of_objects [get_nets clkip/cpuclk]

       这种不便SDC提供了另外一种方式“虚拟时钟”来解决这个问题，后面单独一个章节来讲解；

 

推断时钟案例2：ODDR生成的随路时钟

        在源同步应用中，时钟由源端（发送数据端）重新生成，并随同步数据传送给目的端（捕获数据端）。这个时钟称为随路时钟，通常由ODDR 或 OSERDES生成，需要通过create_generated_clock对该时钟约束，以便创建输出延迟约束（set_output_delay）时将器作为参考时钟使用，如图：

        约束如下：

        create_generated_clock -name fwd_clk –multiply_by 1 -source [get_pins ODDR_inst/C] \[get_ports clkout]

        在源同步设计中，还有一种情形也较为常见，即输出时钟与发送数据时钟相反，而这种反向也是通过ODDR实现的，此时ODDR的D1端口为“0”，而D2端口为“1”，如图：

        输出时钟域发送数据时钟相反，约束如下：

       （1）约束源时钟

        create_clock -period 10.000 -name clk -waveform {0.000 5.000} [get_ports clk]

      （2）约束生成时钟

        create_generated_clock –name fwd_clk –invert –divide_by 1 -source [get_ports clk] \[get_ports fwd_clk]

        –invert表明了输出时钟与源时钟反向，其中使用–divide_by而非–multiply_by，意在说明两者的默认值为1，–divide_by、–multiply_by和-edges三者必须存在其一；

1.4 时钟分组约束

        VIVADO时序分析工具是默认设计中的所有时钟是同步的，对于异步时钟我们需要做出以下约束，告诉VIVADO这些时钟是异步的。

        create_clock -period 10.000 -name clka -waveform {0.000 5.000} [get_ports clka]

        create_clock -period 14.000 -name clkb -waveform {0.000 7.000} [get_ports clkb]

 

        set_clock_groups -asynchronous -group [get_clocks clka] -group [get_clocks clkb]

        对于使用了CLKMUX的统一路径上不同频率的时钟也采用该方法，如图所示：

 

        create_clock -period 10.000 -name clk0 -waveform {0.000 5.000} [get_ports clk0]

        create_clock -period 14.000 -name clk1 -waveform {0.000 7.000} [get_ports clk1]

 

        set_clock_groups –logically_exclusive \ -group [get_clocks clk0] -group [get_clocks clk1]

       不要急着跑，干货在后面，下一篇文章传送门在此：

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