约束综合中的逻辑互斥时钟(Logically Exclusive Clocks)

注：本文翻译自Constraining Logically Exclusive Clocks in Synthesis

逻辑互斥时钟的定义

逻辑互斥时钟是指设计中活跃（activate）但不彼此影响的时钟。常见的情况是，两个时钟作为一个多路选择器的输入，并根据sel信号决定哪一个时钟被激活。一个处理逻辑互斥时钟的重要指导思想就是逻辑互斥时钟不应该在mux以外的地方发生交互。

如上图所示，设计中共有两个时钟，分别是CLKA和CLKB，两个时钟是多路选择的，某一时刻，只有一个时钟对电路起作用。一种约束的方法是使用set_case_analysis约束，即假定SEL恒为0或者1，然后进行时序分析。否则，若不进行任何约束，则flop-1和flop-2的发起时钟和捕获时钟分别有两种可能，因而综合工具总共会分析四条路径，如下表所示：

flop-1发起时钟	flop-2捕获时钟
CLKA	CLKA
CLKB	CLKA
CLKA	CLKB
CLKB	CLKB

然而，事实上，表中中间的两种情况永远不可能发生。因此，为了杜绝这一问题，我们可以采用下面所示的约束方式：

set_clock_groups -logically_exclusive -group CLKA -group CLKB

通过上述约束，综合工具只会分析CLKA–>CLKA和CLKB–>CLKB这两条路径。
事实上，我们也可以通过设置伪路径来实现：

set_false_path -from [get_clocks CLKA] -to [get_clocks CLKB]
set_false_path -from [get_clocks CLKB] -to [get_clocks CLKA]

现在考虑另一种情况，如上图所示，CLKA直接驱动了flop-3，因此，如果我们仍然采用set_clock_groups -logically_exclusive -group CLKA -group CLKB约束，那么综合工具只会分析CLKA–>CLKA和CLKB–>CLKB之间的路径，而事实上，flop-3和flop-2之间可能存在CLKA–>CLKB这种情况。
因此，为了解决上述问题，我们需要为CLKA和CLKB创建生成时钟，如下所示：

create_generated_clock -name -CLKA_GEN -source CLKA [get_pins clk_mux/out]
create_generated_clock -name -CLKB_GEN -source CLKB [get_pins clk_mux/out]

然后，我们设置生成时钟之间是逻辑互斥的：

set_clock_groups -logically_exclusive -group CLKA_GEN -group CLKB_GEN

经此约束后，原先遗漏的路径CLKA(flop-3)–>CLKB(flop-2)也会被综合工具分析了。

考虑上图所示的情况，由图可知，CLKA和CLKB被信号SEL1 MUX，CLKC和CLKD被信号SEL2 MUX，flop-1和flop-2以及flop-6被CLKA和CLKB MUX后的时钟驱动，而flop-4、flop-5以及flop-3被CLKC和CLKD MUX后的时钟驱动。
为了对上述设计进行约束，我们有：

set_clock_groups -logically_exclusive -group CLKA -group CLKB
set_clock_groups -logically_exclusive -group CLKC -group CLKD

我们也可以通过设置伪路径实现上述效果：

set_false_path -from [get_clocks CLKA] -to [get_clocks CLKB]
set_false_path -from [get_clocks CLKB] -to [get_clocks CLKA]
set_false_path -from [get_clocks CLKC] -to [get_clocks CLKD]
set_false_path -from [get_clocks CLKD] -to [get_clocks CLKC]

我们在上述例子的情况再作了一些改变，即两个MUX的SEL信号是相同的，此时CLKA和CLKB以及CLKD不能交互，CLKC也不能和CLKD以及CLKB交互，因此，我们可以做如下约束：

set_clock_groups -logically_exclusive -group “CLKA CLKC” -group “CLKB CLKD”

上述约束中，同一组内的时钟可以交互，而不同组间的时钟不能交互，其效果正是我们想达到的。