FPGA設計中這兩種情形該怎么約束

在FPGA設計中，我們經(jīng)常會碰到這樣的情形：從快時鐘域到慢時鐘域完成位寬轉換，這時，這兩個時鐘是同步的。例如：源時鐘是400MHz，數(shù)據(jù)位寬為4；目的時鐘為200MHz，數(shù)據(jù)位寬為8，這樣源時鐘域和目的時鐘域的吞吐率是一致的。這種位寬轉換可直接通過寄存器采樣實現(xiàn)，時序關系如下圖所示。

圖中Source為源時鐘域（400MHz）4位數(shù)據(jù)，L0代碼0號數(shù)據(jù)的低4位，H0代表0號數(shù)據(jù)的高4位，L1代表1號數(shù)據(jù)的低4位，H1代表1號數(shù)據(jù)的高4位，依此類推。Delay1為源時鐘域經(jīng)一級流水寄存器的輸出結果。Destination為目的時鐘域（200MHz）8位數(shù)據(jù)。

我們很容易搭建此電路，如下圖所示。圖中綠色計數(shù)器為400MHz時鐘域計數(shù)器，產(chǎn)生源端4位數(shù)據(jù)，藍色模塊為源端流水寄存器，紅色模塊為目的端采樣寄存器。

在這種情況下，能否使用多周期路徑約束呢？這里我們看一下數(shù)據(jù)的發(fā)起沿和捕獲沿的位置，如下圖所示。圖中紅色方框為數(shù)據(jù)發(fā)起沿（400MHz），綠色方框（黃色標記線所在位置）為捕獲沿，兩者相差一個400MHz時鐘對應的時鐘周期。因此，并不滿足多周期規(guī)則。這時，我們只用做常規(guī)的時鐘周期約束即可，工具會自動將這里的跨時鐘域按400MHz進行約束。

那么快時鐘域到慢時鐘域在什么情況下可以用多周期路徑進行約束呢？本質(zhì)上，多周期路徑是指數(shù)據(jù)的采樣率（SampleRate）是按慢時鐘域的速率進行變化，其變化周期在慢時鐘域是單周期（一個時鐘周期變化一次），而在快時鐘域是多周期（多個時鐘周期變化一次）。滿足這種情形就可以判斷為多周期路徑。

有時在設計中會有測試模塊，或者出現(xiàn)這樣的狀況：模塊1和模塊2都工作在相同的時鐘下，該時鐘會根據(jù)設計的需要頻率會發(fā)生變化，但無論怎么變化模塊2只要滿足最低時鐘頻率的要求即可。因此，這時可對模塊2放松時序要求。只按照最低時鐘頻率約束即可。問題是只要定義了全局時鐘（通過create_clock創(chuàng)建），該時鐘就會在模塊2中發(fā)生作用。如何覆蓋這個約束呢？如果仍通過create_clock創(chuàng)建時鐘，選項-period的值為時鐘周期最大值（對應最低頻率），但以模塊2作為頂層，指定該約束針對的對象為模塊2是否可行呢？答案是否定的，因為這時時序分析工具會把BUFG作為時鐘的起點，而不是把全局時鐘管腳作為起點。

一種可行的方法是用set_max_delay，其對象是模塊2內(nèi)的所有時序單元（模塊2內(nèi)只有一個時鐘），采用如下方式約束。第一條Tcl命令用于獲取模塊2內(nèi)所有的時序單元。

這時就可以看到時鐘的起點是期望的位置了。這里可以看到set_max_delay的一個用法就是覆蓋create_clock創(chuàng)建的約束。

審核編輯：湯梓紅