xilinx 时序约束



前一段时间调试了 xilinx 的板子上跑代码，自己加 IP 核，看了它的 约束文件，在网上找了一些讲语法的资料，自己整理了一下，我感觉 在你了解了语法之后，确实得好好看一下它自己给出的约束，有些我 自己没用到，我就没整理了。 1．约束文件的概念 FPGA 设计中的约束文件有 3 类：用户设计文件（.UCF 文件）、网 表约束文件（.NCF 文件）以及物理约束文件（.PCF 文件）， 可以完成时序约束、 管脚约束以及区域约束。 类约束文件的关系为： 3 用户在设计输入阶段编写 UCF 文件， 然后 UCF 文件和设计综合后生 成 NCF 文件，最后再经过实现后生成 PCF 文件。 本节主要介绍 UCF 文件的使用方法。 UCF 文件是 ASC 2 码文件，描述了逻辑设计的约束，可以用文本编 辑器和 Xilinx 约束文件编辑器进行编辑。 NCF 约束文件的语法和 UCF 文件相同，二者的区别在于： UCF 文 件由用户输入，NCF 文件由综合工具自动生成， 当二者发生冲突时， UCF 文件为准， 以 这是因为 UCF 的优先级最高。 PCF 文件可以分为两个部分： 一部分是映射产生的物理约束，另一部分是用户输入的约束，同样用 户约束输入的优先级最高。 一般情况下，用户约束都应在 UCF 文件中完成，不建议直接修改 NCF 文件和 PCF 文件。 2.UCF 文件的语法说明

UCF 文件的语法为： {NET|INST|PIN} "signal_name" Attribute; 其中，“signal_name”是指 所约束对象的名字，包含了对象所在层次的描述； “Attribute”为约束的具体描述；语句必须以分号“；”结束。可以用“#” 或“/* */”添加注释。 需要注意的是：UCF 文件是大小写敏感的，信号名必须和设计中保 持大小写一致，但约束的关键字可以是大写、小写甚至大小写混合。 在 UCF 文件中描述管脚分配的语法为： NET “端口名称” LOC = 引 脚编号; NET "CLK" LOC = P30; “CLK”就是所约束信号名，LOC = P30；是 约束具体的含义，将 CLK 信号分配到 FPGA 的 P30 管脚上。 通配符 在 UCF 文件中，通配符指的是“*”和“?”。“*”可以代表任何字符串以及 空，“?”则代表一个字符。 在编辑约束文件时，使用通配符可以快速选择一组信号，当然这些信 号都要包含部分共有的字符串。例如： NET "*CLK?" FAST; 将包含“CLK”字符并以一个字符结尾的所有信号，并提高了其速率。 在位置约束中，可以在行号和列号中使用通配符。例如： INST "/CLK_logic/*" LOC = CLB_r*c7; 把 CLK_logic 层次中所有的实例放在第 7 列的 CLB 中。 3.约束

3.1 管脚约束： 最简单的应用主要是位置约束 LOC，和电平标准 IOSTANDARD NET CLK_27MHZ_FPGA LOC="AG18"; # Bank 4, Vcco=3.3V, No DCI NET CLK_33MHZ_FPGA LOC="AH17"; # Bank 4, Vcco=3.3V, No DCI NET CLK_FPGA_N LOC="K19"; # Bank 3, Vcco=2.5V, No DCI fpga_0_SysACE_CompactFlash_SysACE_MPA_pin<5> IOSTANDARD = LVCMOS33; 3.2 时序约束： 1）周期约束 PERIOD 约束是一个基本时序和综合约束， 它附加在时钟网线上， 时 序分析工具根据 PERIOD 约束检查时钟域内所有同步元件的时序是 否满足要求， 它将检查与同步时序约束端口相连接的所有路径的延迟， 但是不会检 查 PAD 到寄存器的路径。 附加时钟周期约束的首选方法（Preferred Method）语法如下： TIMESPEC “TSidentifier” = PERIOD “TNM_reference” period {HIGH|LOW} [high_or_low_time] 其中“[]”内为可选项，“{}”为必选项，参数 period 为要求的时钟周期， 可以使用 ps、ns、us 或者 ms 等单位，大小写都可以，缺省单位为

ns。 HIGH|LOW 关键词指出时钟周期里的第一个脉冲是高电平还是低电 平，而 high_or_low_time 为脉冲的延续时间，缺省单位也是 ns，如 果不提供该项， 则缺省占空比为 50%。 TIMESPEC 是一个基本时序相关约束标识，表示本约束为时序规范。 TSidentifier 包括字母 TS 和一个标识符 identifier（为 ASCII 码字符 串） 共同组成一个时序规范。例如定义时钟周期约束时，首先在时钟网线 clk 上附加一个 TNM_NET 约束，把 clk 驱动的所有同步元件定义为 一个名为 sys_clk 的分组， 然后使用 TIMESPEC 约束定义时钟周期。 NET “clk” TNM_NET=”sys_clk”; TIMESPEC “TS_sys_clk”= PERIOD “sys_clk” 50 HIGH 30; 而定义派生时钟的语法如下： TIMESPEC “TSidentifier_2”=PERIOD “timegroup_name” “TSidentifier_1” [*or/] factor PHASE [+|-] phase_value [units]; 其中 TSidentifier_2 为要定义的派生时钟， TSidentifier_1 为已经定义 的时钟，factor 指出两者周期的辈出关系，是一个浮点数。 phase_value 指出两者之间的相位关系，为浮点数。例如：

定义主时钟 clk0： TIMESPEC “TS01” = PERIOD “clk0” 10.0 ns; 定义派生时钟 clk180，其相位与主时钟相差 180°： TIMESPEC “TS02” = PERIOD “clk180” TS01 PHASE + 5.0 ns; 定义派生时钟 clk180_2,其周期为主时钟的 1/2，并延迟 2.5ns： TIMESPEC “TS03” = PERIOD “clk180_2” TS01 /2 PHASE + 2.5 ns; 2)偏移约束 偏移约束规定了外部时钟和数据输入输出引脚之间的时序关系， 只用 于与 PAD 相连的信号，不能用于内部信号。 使用该约束可以为综合实现工具指出输入数据到达的时刻， 或者输出 数据稳定的时刻，从而在综合实现中调整布局布线过程， 使正在开发的 FPGA/CPLD 的输入建立时间以及下一级电路的输入 建立时间满足要求。 基本语法如下： OFFSET = {IN|OUT} “offset_time” [units] {BEFORE|AFTER} “clk_name” [TIMEGRP “group_name”]; 其中{IN|OUT}说明约束的是输入还是输出，offset_time 为 FPGA 引 脚数据变化与有效时钟沿之间的时间差， BEFORE|AFTER 说明该时

间差在有效时钟沿的前面还是后面， TIMEGRP “group_name”定义了 约束的触发器组，缺省时约束该时钟驱动的所有触发器。 OFFSET 根据芯片外围电路的时序特性约束了内部延时。 OFFSET_IN 约束输入信号 OFFSET_IN_AFTER：输入信号（in）在时钟后（after）多长时间进 入芯片。 OFFSET_IN_BEFORE：输入信号（in）在时钟前（before）多长时 间进入芯片。 显然 CLOCK = OFFSET_IN_AFTER + OFFSET_IN_BEFORE。 OFFSET_IN_AFTER 反映的是外围电路的时序特性，我们无法左 右。 OFFSET_IN_BEFORE 是留给芯片的时序余量。 PAR 的目的就是要 满足这个余量，不得超过。 OFFSET_OUT 约束输出信号 OFFSET_OUT_AFTER：输出信号（out）在时钟后（after）多长时 间输出芯片。 OFFSET_OUT_BEFORE：输出信号（out）在时钟前（before）多 长时间输出芯片。 显然 CLOCK = OFFSET_OUT_AFTER + OFFSET_OUT_BEFORE。 OFFSET_OUT_BEFORE 反映的是外围电路的时序特性，我们无法 左右。

OFFSET_OUT_AFTER 是留给芯片的时序余量。PAR 的目的就是 要满足这个余量，不得超过。 例 OFFSET = IN 10 ns BEFORE "i_ref_clk"; NET “Q_OUT” OFFSET=OUT 15.0 BEFORE “CLK_SYS”; 说明：第二个例子好理解，第一个例子没有指明对象，表示所有受到 “i_ref_clk”约束的信号都被施加了该约束 3）分组约束 使用 TNM（Timing Name）约束可以选出构成一个分组的元件，并 赋予一个名字，以便给它们附加约束。 TNM_NET （timing name for nets） 约束只加在网线上， 其作用与 TNM 加在网上时基本相同， 即把该网线所在路径上的所有有效同步元件作 为命名组的一部分。 不同之处在于当 TNM 约束加在 PAD NET 上时， TNM 的值将被赋予 PAD，而不是该网线所在的路径上的同步元件，即 TNM 约束不能穿 过 IBUF。 而用 TNM_NET 约束就不会出现这种情况。 TNM 是 Timing Name 的缩写，是一种 grouping 约束，用于把若干 信号组合成一个特定的组以施加相同的约束。例如 INST "o_dbg_out[0]" TNM = "dbg_out"; INST "o_dbg_out[1]" TNM = "dbg_out";

...... INST "o_dbg_out[63]" TNM = "dbg_out"; 采用该方法后一些列信号都被列入名为“dbg_out”的组合。然后可以 统一施加约束。如 TIMESPEC "TS_FFS_2_dbg_out" = FROM "FFS" TO "dbg_out" TIG; 4）专门约束 附加约束的一般策略是首先附加整体约束，例如 PERIOD、OFFSET 等，然后对局部的电路附加专门约束，这些专门约束通常比整体约束 宽松， 通过在可能的地方尽量放松约束可以提高布线通过率， 减小布局布线 的时间。 FROM_TO 约束在两个组之间定义时序约束， 对两者之间的逻辑和布 线延迟进行控制，这两个组可以是用户定义的，也可以是与定义的。 用户可以使用 TNM_NET、TNM 和 TIMEGRP 定义组，而与定义组 主要包括 FFS、LATCHES、PADS 和 RAMS 等。语法如下： TIMESPEC “TSname” = FROM “group1” TO “group2” value; 其中 value 为延迟时间，可以使具体数值或表达式。 MAXDELAY 约束定义了特定网线上的最大延迟，其语法如下：

NET “net_name” MAXDELAY = value units; TIG 是 Timing IGnore 的缩写。表示忽略该对象上的时序约束。例如 NET “RESET” TIG=TS_fast, TS_even_faster; 表示对 RESET 信号，时序约束 TS_fast 和 TS_even_faster 无效。 关于 from to 的约束是一个比较实用，也比较好用的约束。 尤其在 跨时钟域处理中的应用，特别有效。 举例： 设计中有两个时钟， 一个是 PLL 的输入， 一个是 PLL 的输出， 并且两者为异步形式，当设计中有数据在该两个时钟域中传递时， 又没有用到 fifo 隔离，那么这个使用就需要用这个约束。 TIMEGRP "tg_from" = RISING "PLL_IN" ; TIMEGRP "tg_to" = RISING "PLL_OUT" ; TIMESPEC "TS_CLK" = FROM "PLL_IN" TO "PLL_OUT" TIG; TIMESPEC "TS_CLK" = FROM "PLL_OUT" TO "PLL_IN" TIG; 这样工具就不会对该两个跨时钟路径就不会分析了。 如果不加这个约束，时序会比较紧，很容易造成其它模块的时序过不 去。 当然如果不用 TIG，给具体的时间也是可以的，那么时钟域之间的延 时只要小于你给的时间值就不会报错。

 

 

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UCF常用语句总结

1. OFFSET根据芯片外围电路的时序特性约束了内部延时。 1.1. OFFSET_IN 约束输入信号     OFFSET_IN_AFTER：输入信号（in）在时钟后（after）多长时间进入芯片。     OFFSET_IN_BEFORE：输入信号（in）在时钟前（before）多长时间进入芯片。     显然 CLOCK = OFFSET_IN_AFTER + OFFSET_IN_BEFORE。     OFFSET_IN_AFTER 反映的是外围电路的时序特性，我们无法左右。     OFFSET_IN_BEFORE 是留给芯片的时序余量。PAR的目的就是要满足这个余量，不得超过。 1.2. OFFSET_OUT 约束输出信号     OFFSET_OUT_AFTER：输出信号（out）在时钟后（after）多长时间输出芯片。     OFFSET_OUT_BEFORE：输出信号（out）在时钟前（before）多长时间输出芯片。     显然 CLOCK = OFFSET_OUT_AFTER + OFFSET_OUT_BEFORE。     OFFSET_OUT_BEFORE 反映的是外围电路的时序特性，我们无法左右。     OFFSET_OUT_AFTER 是留给芯片的时序余量。PAR的目的就是要满足这个余量，不得超过。 1.3. 例     OFFSET = IN 10 ns BEFORE "i_ref_clk";     NET “Q_OUT” OFFSET=OUT 15.0 BEFORE “CLK_SYS”;     说明：第二个例子好理解，第一个例子没有指明对象，表示所有受到“i_ref_clk”约束的信号都被施加了该约束。 2. TNM是Timing Name的缩写，是一种grouping约束，用于把若干信号组合成一个特定的组以施加相同的约束。例如     INST "o_dbg_out[0]" TNM = "dbg_out";     INST "o_dbg_out[1]" TNM = "dbg_out";     ......     INST "o_dbg_out[63]" TNM = "dbg_out"; 采用该方法后一些列信号都被列入名为“dbg_out”的组合。然后可以统一施加约束。如     TIMESPEC "TS_FFS_2_dbg_out" = FROM "FFS" TO "dbg_out" TIG; 3. TIMESPEC用于对时钟周期和路径等进行约束，例如：     TIMESPEC "TS_i_ref_clk" = PERIOD "i_ref_clk_grp" 25.0 ns HIGH 50 %;     TIMESPEC "TS_THIS"=FROM FFS TO RAMS 35; 4. TIG是Timing IGnore的缩写。表示忽略该对象上的时序约束。例如     NET “RESET” TIG=TS_fast, TS_even_faster;     表示对RESET信号，时序约束TS_fast和TS_even_faster无效。