用Quartus II Timequest Timing Analyzer进行时序分析 ：实例讲解 (四)

设定输入/输出延迟(input/output delay)。首先看输入延迟。

下面图示的系统是我们在做数字电路设计时经常会遇到的。External Device可能是其他的集成电路芯片，也有可能是其他的FPGA，为了与我们所要讨论的FPGA分开，称之为External Device。External Device中的寄存器D1的输出送给FPGA中的寄存器D2。D1和D2属于同一个时钟域（CLK）。为了简化讨论，我们假设CLK source到两个寄存器之间的延时是相等的，也就是说延时CLK1等于延时CLK2。这个时候，D1的CLK端到D2的D端形成了一个完整的timing path。

但是，在我们对FPGA做时序分析的时候，软件只知道FPGA内部的时序信息，对External Device的情况并不清楚。所以我们必须要添加额外的约束来反映FPGA外部的时序信息。一般情况下，我们用input delay来表示输入信号相对于CLK的延迟。即上图我们用红线表示出来的部分。为了便于讨论，我们把FPGA内部蓝色走线的部分称为chip delay。如果我们能给出input delay的大小，那么软件就可以计算出chip delay的大小，从而保证该条timing path符合设计要求。

一般情况下，External Device的spec会给出input delay的大小。我们在做FPGA时序分析的时候，只需要用命令将input delay加入到约束中就可以了。

下面是input delay的语法，详细的介绍可参照Quartus II的帮助系统。

Syntax

set_input_delay [-h | -help] [-long_help] [-add_delay] -clock [-clock_fall] [-fall] [-max] [-min] [-reference_pin] [-rise] [-source_latency_included]

由于在DAC7512控制器里，并没有需要设定input delay的信号，所以下面给出几个一般的input delay的例子，它们与DAC7512控制器的设计没有关系。

set_input_delay -clock clk 1.5 [all_inputs]

    set_input_delay -clock clk -clock_fall 1.5 [get_ports myin*]

在上面的讨论中，我们假定CLK到D1和D2的延时是相等的，但在某些情况下，CLK的延时可能会有差别，那么在定义input delay的时候，就需要考虑CLK延时的差值。具体的计算方式请大家考虑一下，也可以参照TimeQuest文档中的相关部分，这里不再做叙述。

然后看输出延迟。

下图是一个output dleay的例子，和上面讲的input delay相似。在做数字电路设计时也经常会遇到这样的情况。同样的，External Device可能是其他的集成电路芯片，也有可能是其他的FPGA，为了与我们所要讨论的FPGA分开，称之为External Device。图中FPGA的寄存器D1的输出送给External Device的寄存器D2。D1和D2属于同一个时钟域（CLK）。为了简化讨论，我们假设CLK source到两个寄存器之间的延时是相等的，也就是说延时CLK1等于延时CLK2。这个时候，D1的CLK端到D2的D端形成了一个完整的timing path。

同样的，在对FPGA做时序分析的时候，软件只知道FPGA内部的时序信息，对External Device的情况并不清楚。所以我们必须要添加额外的约束来反映FPGA外部的时序信息。一般情况下，我们用output delay来表示输出信号在FPGA外部走线相对于CLK的延迟。即上图我们用蓝线表示出来的部分。为了便于讨论，我们把FPGA内部红色走线的部分称为chip delay。如果我们能给出output delay的大小，那么软件就可以计算出chip delay，从而保证该条timing path符合设计要求。

一般情况下，External Device的spec会给出所需要的output delay的大小。我们在做FPGA时序分析的时候，只需要用命令将output delay加入到约束中就可以了。

下面是output delay的语法，详细的介绍可参照Quartus II的帮助系统。

Syntax

set_output_delay [-h | -help] [-long_help] [-add_delay] -clock [-clock_fall] [-fall] [-max] [-min] [-reference_pin] [-rise] [-source_latency_included]

也给出两个一般性的例子：

set_output_delay -clock clk 0.5 [all_outputs]

set_output_delay -clock clk -clock_fall 0.5 [get_ports myout*]

现在我们讨论DAC7512控制器输出信号的output delay，以DA_DIN信号为例。DAC7512控制器的DA_DIN和DA_SCLK与DAC7512的DIN和SCLK按照下面的方式连接。

可以看到D1和D2的时钟是CLK50M。CLK50M到D1和D2的延时分别是Delay1和Delay6。根据FPGA的特性，可以认为Delay1和Delay6是相等的。Delay4和Delay5是两根信号线在PCB上的延时，可以认为二者是相等的。FPGA设计要满足的是D1到DA_SCLK port的延时（Delay2）和D2到DA_DIN port的延时（Delay3）能满足DAC7512 datasheet上对DIN input delay的要求（对于FPGA来讲，就是DA_DIN的output delay）。

DAC7512的datasheet给出了DAC7512的管脚上DIN和SCLK的时序要求。如下面两张图所示。可以看到以PORT_DA_SCLK为基准，DA_DIN的output delay最大值为（20-4.5），最小值为5。

对我们来讲，Delay2是一个比较难确定的值，但实际上我们可以通过定义以DA_SCLK为源的PORT_DA_SCLK时钟来让软件给我们计算出来Delay2的值。通过下面的命令，创建PORT_DA_SCLK时钟。

create_generated_clock -name PORT_DA_SCLK -divide_by 1 -source [get_registers {DAC7512:DAC7512|DA_SCLK}] [get_ports DA_SCLK]

这样我们就可以用set_output_delay命令定义DA_DIN的output delay。

set_output_delay -clock PORT_DA_SCLK -clock_fall -max 14.5 [get_ports DA_DIN]

set_output_delay -clock PORT_DA_SCLK -clock_fall -min 5 [get_ports DA_DIN]