Tcl语言：SDC约束命令create_clock详解

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        在一个设计中创建一个时钟对象的SDC命令是create_clock。该指令的BNF范式（有关BNF范式，可以参考以往文章）为：

create_clock
    [-name clock_name]
    [-add]
    [source_objects]
    [-period period_value]
    [-waveform edge_list]
    [-comment comment_string]

定义时钟周期

        -period选项用于定义时钟对象的周期，周期的单位由工艺库给出。下面的所有实例，默认是以纳秒(ns)为单位，且时钟周期的值必须有意义即大于0。虽然有set_units命令可以用来指定单位，但它不应该被主动使用，因为指定的单位不能与工艺库冲突。

标识时钟源

        在创建一个时钟对象时，需要指定它的时钟源对象，简单来说就是时钟对象生成的位置。源对象可以是，一个端口(port)或者是一个引脚(pin)。例如，对于图1，源对象可以是端口clk，与门U4的输出引脚Y，甚至U4的输入引脚B。

        一个时钟对象可能有多个时钟源，当然一个时钟源上也可能有多个时钟。对于图1，假设驱动电路的时钟信号的周期是10ns。则该时钟对象的创建方式可以是：

#使用端口作为时钟源
create_clock -period 10 [get_port clk]

#使用输出引脚作为时钟源
create_clock -period 10 [get_port U4/Y]

#使用输入引脚作为时钟源
create_clock -period 10 [get_port U4/B]

 图1 第一个例子 

命名时钟

        每一个时钟对象的创建都会给时钟命名，使用-name选项可以指定一个时钟名，当没有使用选项指定时，默认使用时钟源名作为时钟名。对于前面的例子，时钟名分别是clk、U4/Y、U4/B。在SDC中，时钟对象的名字至关重要，因为所有依赖于此时钟对象的SDC命令可以通过名字引用它，而无需使用其他信息。在有些情况下，-name选项是必须的，比如当使用了-add选项时，关于这点，将在后面进行介绍。

指定波形

        只指定时钟周期不足以完全描述一个时钟信号的特征，-waveform选项用于指定波形的形状。该选项的参数是一个正实数列表，依次表示出现时钟信号的第一个上升沿、下降沿、上升沿......出现的时间。例如，对于图2的波形，在t=5ns时出现上升沿，在t=10ns时出现下降沿。因此创建这个对象使用的命令是：

#假设在端口clk上创建时钟
create_clock -period 10 -waveform {5 10} [get_port clk]
#第二个上升沿出现在t=15ns时

图2 第二个例子

        需要注意的是waveform列表中的数有一些限制：列表中的时间必须递增、时间个数必须是偶数个，即只能按一对上下沿给出 、跨度（即第一个和最后一个时间的差）必须小于时钟周期，例如下面给出了几个不合法的waveform格式。

create_clock -period 10 -waveform {5 6 7} [get_port clk]
create_clock -period 10 -waveform {5 4 3 2} [get_port clk]
create_clock -period 10 -waveform {5 4 16 18} [get_port clk]

         类似的，在图3中，上升沿出现在t=0ns时，下降沿出现在t=7ns时，使用的命令为：

create_clock -period 10 -waveform {0 7} [get_port clk]

图3 第三个例子

        如果不指定-waveform选项，则时钟默认占空比50%，且在t=0时上升，在t=period/2 ns处下降。如下面的命令创建的时钟波形如图4所示。

create_clock -period 10  [get_port clk]

#等价于下面的命令
create_clock -period 10 -waveform {0 5} [get_port clk]

图4 第四个例子 

        现在考虑如图5所示的波形，注意到当t=0ns时，目标波形的初值即为1，而默认的初值为0，这还不是最重要的，最重要的是4ns时的下降沿无法描述，因为必须从第一个上升沿开始指定，对于这种情况，我们只能使用如下命令，描述出第一个上升沿后的波形，具体如图6所示。

create_clock -period 10 -waveform {5 14} [get_port clk]

图5 第五个例子

图6 第六个例子 

        在一些应用中，比如像脉冲消隐，需要在触发器后指定的时间范围内删除数据，为了减少射频干扰。这时需要模拟复杂的波形，它可以使用有两个以上边沿的waveform列表来实现。考虑图7所示的周期为10ns的复杂时钟，它在一个周期中有两个脉冲，第一个脉冲在t=3ns时出现上升沿，在t=5ns时出现下降沿，第二个脉冲在t=8ns时出现上升沿，在t=9ns时出现下降沿，使用下面的命令创建该时钟：

create_clock -period 10 -waveform {3 5 8 9} [get_port clk]

图7 第七个例子 

同源多时钟

        许多设计需要在一个时钟源指定多个时钟（注意区分这和一个时钟有多个时钟源的差别），从而满足多I/O速度协议的需求。考虑图8所示的电路单元。

        假设通过一个多路选择器从两个时钟中选择一个驱动，而这两个时钟特征不同，为了模拟这种情况，设计者可能需要在相同的设计源对象中创建时钟。这可以使用以下的命令：

#在同一个源对象上定义时钟，需要使用-add选项并主动命名，否则后定义的时钟会覆盖之前定义时钟
create_clock -name clk1 -period 10 [get_pin U4/Y]
create_clock -name clk2 -period 10 [get_pin U4/Y] -add


#这种在两个端口定义时钟的方式也可以，因为时钟信号可以穿过组合逻辑传播
create_clock -name clk1 -period 10 [get_port clk1]
create_clock -name clk2 -period 10 [get_port clk2] 

图8 有两个时钟驱动的电路单元 

        在同一个对象源定义多个时钟，可以让这两个时钟都参与进综合与静态时序分析中，如图9所示的报告中就包含了两个时序组。可以使用report_transitive_fanout -clock_tree -nosplit 命令报告设计中的时钟树情况，如图10所示。

图9 两个时钟时序报告

图10 报告时钟树情况

        但是需要注意的是，如果不是将两个时钟定义在一个源对象上，而是将一个时钟定义在另一个时钟的传播路径上，则这个时钟会覆盖另一个时钟，例如使用如下的命令后得到的时钟树如图11所示，可以看到clk1和clk2两个时钟源并没有传播至寄存器的时钟端。

create_clock -name clk1 -period 10 [get_port clk1]
create_clock -name clk2 -period 10 [get_port clk2] 
#覆盖时钟clk1和clk2，因为clk3所处的源对象在clk1和clk2的传播路径中
create_clock -name clk3 -period 20 [get_pin U4/Y]

图11 多个时钟的覆盖 

注释时钟

        从SDC1.9开始，包含create_clock在内的一些SDC命令增加了一个新的选项，-comment选项用一个字符串作为属性，用于显示时钟信号的文档信息，以帮助理解、复用、增强SDC的可移植性，并不影响综合与时序。例如：

create_clock -period 10 -name clk [get_port clk]\
    -comment "Clock for USB block generated by PLL"

虚拟时钟

        到目前为止，我们谈到的所有时钟信号都是有源对象的，换句话说，都是有时钟定义点的。然而在某些情况下，用户需要约束电路单元中的一些端口和引脚，这些端口和引脚在设计内并没有发射时钟与之对应，为了描述这些片外的时钟，设计者需要用到虚拟时钟的概念。虚拟时钟是指物理上不存在的时钟，没有定义时钟源，如下所示。

create_clock -period 10 -name v_clk -waveform {0 5}