关于FPGA（Vivado）后仿真相关问题的探讨

        FPGA后仿真时，相比于功能仿真增加了门延时和布线延时，相对于门级仿真增加了布线延时，因此后仿真相比于功能仿真具有不同的特点。
        下面所示的代码在功能仿真时是正确的的，但在后仿真时，似乎是有问题的。功能很简单，当delay为高电平时，a与b相加，将结果赋值给out；当delay为低电平时，a与b相乘，将结果赋值给out。
RTL源代码：

`timescale 1ns / 1ps

module Top(clk,rst,in,out,delay);

   input clk,rst,in;
   output reg[3:0]  out;
    output reg delay;
    reg [1:0] a,b;

always @(posedge clk or negedge rst)
    if (!rst)
     begin
        delay<=0;
        a<=0;
        b<=0;
        end
    else 
        begin
          delay<=in;
          a<=a+1;
          b<=b+1;
        end
       
always @ ( *)
    if(delay==1)
        out<=a+b;
    else 
        out<=a*b;
endmodule           

testbench代码：

`timescale 1ns / 1ps

module tb;
   reg  clk,rst,in;
   wire  delay;
   wire[3:0]  out;
   
   initial 
    begin
        clk<=0;
        rst<=0;
        in <=0;
        #100 rst<=1;
          
      @(posedge clk)
           #1   in<=0; 
                    
       @(posedge clk)
           #1   in<=1;   
                            
       @(posedge clk)
           #1   in<=0;                    
                    
       @(posedge clk)
           #1   in<=1;                    
   
         @(posedge clk)
           #1   in<=0;                  
                    
        @(posedge clk)
           #1   in<=1;                   
      end           
   
   always #5 clk=~clk;
   
     
 Top  inst(.clk(clk),.rst(rst),.in(in),.out(out),.delay(delay) );
endmodule

在时序仿真时，我们不能只关心端口的clk与其他信号如in、delay等的时序关系。原因分析如下：
端口的clk在经过vivado的综合与实现后，vivado将clk部署到全局时钟网络（BUFG），这会引入时钟偏斜。如下图1所示，clk经过IBUF会引入时钟偏斜，再经过BUFG进一步引入时钟偏斜。

                                                            图1 时钟偏斜
vivado综合后的IBUF网表如下：

  IBUF clk_IBUF_inst
       (.I(clk),
        .O(clk_IBUF));

与IBUF对应的标准延时文件描述如下：

(CELL 
  (CELLTYPE "IBUF")
  (INSTANCE clk_IBUF_inst)
  (DELAY 
    (PATHPULSE (50.0))
    (ABSOLUTE 
      (IOPATH I O (639.2:764.8:764.8) (639.2:764.8:764.8))
    )
  )
)

通过分析IBUF的输入与输出，可以看出clk与clk_IBUF相位偏斜为764.8ns，通过查看时序仿真波形可以看出clk与clk_IBUF相差764.8ns。

同样，输入信号经过不同的门，也会引入延时，例如输入信号in，在经过IBUF后，会引入延时，IBUF网表如下所示（clk与in都是通过IBUF，但是两者延时不一样）：

  IBUF in_IBUF_inst
       (.I(in),
        .O(in_IBUF));

IBUF的标准延时文件如下所示：

(CELL 
  (CELLTYPE "IBUF")
  (INSTANCE in_IBUF_inst)
  (DELAY 
    (PATHPULSE (50.0))
    (ABSOLUTE 
      (IOPATH I O (613.0:738.4:738.4) (613.0:738.4:738.4))
    )
  )
)

in和其经过IBUF的in_IBUF相位关系如下所示：

 综上所述，在进行时序仿真时，如果输入的时钟、信号经过不同的门或布线延时，不能只看原始的时钟和信号的时序关系。如研究clk与in之间的相位关系如下图所示：
clk与in都经过不同的门和布线延时，单纯比较clk 与in 的相位关系，无法判断delay触发器是否满足建立与保持时间的关系，所以必须查看clk_IBUF_BUFG与in_IBUF的时间是否满足建立与保持关系。