时序约束——相关基础概念

时序路径

典型的时序路径有4类：

建立保持时间

典型的时序模型如下图所示，一个完整的时序路径包括源时钟路径、数据路径和目的时钟路径，也可以表示为触发器+组合逻辑+触发器的模型。

Tclk ≥ Tco + Tlogic + Trouting + Tsetup - Tskew

其中，Tco为发端寄存器时钟到输出时间；Tlogic为组合逻辑延迟；Trouting为两级寄存器之间的布线延迟；Tsetup为收端寄存器建立时间；Tskew为两级寄存器的时钟歪斜，其值等于时钟同边沿到达两个寄存器时钟端口的时间差；Tclk为系统所能达到的最小时钟周期。

skew分为两种，positive skew和negative skew，其中positive skew见下图，这相当于增加了后一级寄存器的触发时间。

但对于negative skew，则相当于减少了后一级寄存器的触发时间，如下图所示。

 当系统稳定后，都会是positive skew的状态，但即便是positive skew，综合工具在计算时序时，也不会把多出来的Tskew算进去
用下面这个图来表示时序关系就更加容易理解了。为什么要减去Tskew，下面这个图也更加直观。
 
发送端寄存器产生的数据，数据经过Tco、Tlogic、Trouting后到达接收端，同时还要给接收端留出Tsetup的时间。而时钟延迟了Tskew的时间，因此有：
Tdata_path + Tsetup <= Tskew + Tclk

对于同步设计Tskew可忽略(认为其值为0)，因为FPGA中的时钟树会尽量保证到每个寄存器的延迟相同。公式中提到了建立时间，那保持时间在什么地方体现呢？  
保持时间比较难理解，它的意思是reg1的输出不能太快到达reg2，这是为了防止采到的新数据太快而冲掉了原来的数据。保持时间约束的是同一个时钟边沿，而不是对下一个时钟边沿的约束。
再复述一下，发送端在时刻1发送的数据a，接收端在时刻2接收到数据a，而此时(时刻2)发送端发送了另外一个数据b，如果此数据b过快到达接收端的话，那么就会冲掉接收端在时刻2接受到的发送端在时刻1发送的数据a。

reg2在边沿2时刻刚刚捕获reg1在边沿1时刻发出的数据，若reg1在边沿2时刻发出的数据过快到达reg2，则会冲掉前面的数据。因此保持时间约束的是同一个边沿。
 
在时钟沿到达之后，数据要保持Thold的时间，因此，要满足：
Tdata_path = Tco + Tlogic + Trouting ≥ Tskew + Thold
在公式1中，Tco跟Tsu一样，也取决于芯片工艺，因此，一旦芯片型号选定就只能通过Tlogic和Trouting来改善Tclk。其中，Tlogic和代码风格有很大关系，Trouting和布局布线的策略有很大关系。

Tco是指时钟触发开始到有效数据输出的器件内部所有延时的总和，不要总想着只是和触发器相关；缓冲延时是指信号经过缓冲器达到有效的电压输出所需要的时间。

1）Setup Time：即建立时间，在时钟上升沿之前数据必须稳定的最短时间。若不满足setup time，数据无法进入寄存器：Tsu < Tclk + Tskew – Tco。
2）Hold Time：即保持时间，在时钟上升沿之后数据必须稳定的最短时间。若不满足hold time，数据无法进入寄存器：Th < Tco。Th 限制了数据传输的速度。如果Tco延时太短导致上一级寄存器锁存的数据侵占了下一级寄存器正在锁存数据的保持时间，那么下一级寄存器就无法有效的锁存数据，系统时序也就无法达到要求。

对于保持时间当时没明白，其实还是没理解D触发器工作状态。对于上图，保持时间很明显是错的，不能大于Tco，因为Tco时钟触发开始到有效数据输出的时间，这个过程，即你要是Th大于Tco，导致上一级寄存器锁存的数据侵占了下一级寄存器正在锁存数据的保持时间。