FPGA时序知识点（基本方法总结就两点：1.降低时钟频率2.减小组合逻辑延迟（针对Setup Slack公式来的）

1.我们说的所有时序分析都是建立在同步电路的基础上的，异步电路不能做时序分析（或者说只能做伪路径约束（在设伪路径之前单bit就打拍，多bit就异步fifo拉到目的时钟域来））。——FPGA 设计中寄存器全部使用一个时钟的设计是同步设计电路，FPGA 设计寄存器使用多个时钟的设计是异步设计电路。

异步电路由于使用的时钟不同，导致上游寄存器的输出数据进入下游寄存器的时间是任意的，这非常可能导致不满足下游寄存器的建立时间要求和保持时间要求，从而导致亚稳态。同样的原因，由于两者时钟不同，所以也不法建立对应的模型来分析异步电路是否能满足时序要求

2.时序分析和时序约束的关系：

先有时序约束（告诉EDA工具你的时钟频率要求等），后有时序分析（1.静态2.动态）。

3.时序收敛：

时序收敛就是你改作业的过程，把不及格的作业通过改、抄等手段给改到合格的过程就是时序收敛。

4.

组合逻辑：组合逻辑电路的毛刺现象几乎是不可避免的

时序逻辑：时序逻辑电路解决了组合逻辑电路无法解决的毛刺问题，将电路的行动全部置于统一的行动之下----时钟。

5.

高级的FPGA芯片其建立时间和保持时间会比低级的FPGA芯片较小，这也是其能运行频率更高的原因。——如果建立时间或者保持时间的要求无法被满足，那么就会发生亚稳态现象。此时触发器输出端Q在有效时钟沿之后比较长的一段时间处于不确定的状态，在这段时间里Q端在0和1之间处于振荡状态，而不是等于数据输入端D的值。这段时间称为决断时间Tmet（resolution time）。经过resolution time之后Q端将稳定到0或1上，但是稳定到0或者1，是随机的，与输入没有必然的关

6.

四种基本的时序路径的第四种——FPGA管脚到管脚：通常是纯组合逻辑电路类似于直通处理

7.源寄存器与目的寄存器之间其采样时间相差一个时钟周期。

• 发射沿（Launch Edge） ：是源寄存器采样的时间点，也是时序分析路径的起点
• 锁存沿（Latch Edge）：是目的寄存器采样的时间点，也是时序分析路径的终点

8.Data Arrival Time（数据到达时间）Data Arrival Time = launch edge（一般是0时刻点） + Tclk1（FPGA的时钟管脚--布线--IBUF（这个是缓冲的，每个管脚都会自动添加，增加驱动能力）--布线--BUFG（全局时钟网络，可以减少时钟到不同寄存器之间的Skew，一般时钟管脚都会添加）--布线--源端寄存器时钟端口。从上图可以看到，把每一条细小的路径叠加后，时钟从IO口到源端寄存器的时间是 4.392ns。） + Tco +Tdata【数据路径则是数据从源端寄存器的D端到目的寄存器的D端的路径，也就是Tco +  Tdata。Tco等于0.379ns，接下来的所有net+2个CARRY4则是组合逻辑的延迟即Tdata，计算得到Tco +  Tdata = 1.625ns。】——Tclk1+Tco+Tdata=6.017ns

 

9.数据需求到达的时间：Data Required Time = latch edge + Tclk2（如下图） - Tsu

 

10.数据需求时间--保持时间：Data Required Time = latch edge + Tclk2 + Th

11.Setup Slack=Data Required Time-Data Arrival Time  则说明数据在规定的时间内达到了目的寄存器；反之，则认为数据并没有在规定的时间达到目标，此时REG2锁存的数据很有可能是亚稳态状态。（平时我们大多都是通过减少Tdata来使得时间裕量为正，以此实现设计的时序收敛。）

12.Hold Slack = Data Arrival Time - Data Required Time  如果Hold Slack为正，则认为数据在被锁存的时候有足够多的稳定时间，是有效的；反之则认为数据可能是亚稳态状态。

13.主时钟（Primary Clock）——约束如果记不住语句可以通过GUI界面来产生约束文件

主时钟通常有两个来源：（1）板级时钟（主要是晶振）通过输入端口进入FPGA；（2）FPGA的GT收发器的输出管脚（如恢复时钟）。

14.

• WNS：最差负时序裕量 (Worst Negative Slack)
• TNS ：总的负时序裕量 (Total Negative Slack)，也就是负时序裕量路径之和
• WHS ：最差保持时序裕量 (Worst Hold Slack)
• THS ：总的保持时序裕量 (Total Hold Slack)，也就是负保持时序裕量路径之和            

15.

• 
• 可以看到WNS为8.370ns，这表示这个工程中最差的那条时序路径的建立时间裕量是8.370ns，所以该设计是时序收敛的。如果时序不收敛，那么肯定是有WNS为负。
• 而TNS为0代表不存在建立时间裕量为负的时序路径，这也表示设计是收敛的。如果设计不收敛，那么必然存在1条或多条建立时间裕量为负的时序路径，作为路径之和的TNS也就一定是一个负数。

16.我们最需要关注的是intra-clock paths下sys_clk的setup和hold，这把具体的时序路径都穷举出来了：

• slack：建立时间裕量
• level：逻辑级数，这里1就表示在两个寄存器之间仅存在1个组合逻辑器件
• fanout：表示从这一点连接到了几个目的端点，fanout = 1就表示连接了1个目的端点
• from to：表示是哪两者之间的时序

点击schematic（两个寄存器之间的东西就表示level数，如图为2level）

17.

 

 slack：裕量，具体到这条路径就是建立时间裕量，裕量为8.370ns，表示这条路径是满足时序要求的
source：源端寄存器，即时序分析的起点，发射沿（Launch Edge）
destination：目的端寄存器，即时序分析的终点，锁存沿（Latch Edge）
path group：时序分析的时钟来源
path type：路径类型，此路径为建立时间的分析
requirement：时序要求，设定为100MHz，所以就是10ns
data path delay：组合路径的数据延时，包括组合逻辑器件的延时（logic）和布线延时（route）
logic levels：逻辑级数，即两个寄存器之间存在多少级组合逻辑
clock path skew：时钟到达目的寄存器和源寄存器之间的时间差值
clock uncertainty ：时钟的不确定度，包括skew和jitter