• 发文
  • 评论
  • 微博
  • 空间
  • 微信

时序分析中的基本概念和术语

FPGA算法工程师 2021-03-11 09:49 发文

前言

前面通过《Xilinx FPGA/Vivado开发教程》第一讲内容,简单介绍了Vivado设计套件,这为由ISE开发环境转向Vivado的开发者提供了一个参考。具体用哪种开发平台并不重要,用哪种硬件描述语言(HDL)也不是很重要。设计思想+技术手段+逻辑设计,足以应付大部分开发场景。

信号处理+高速接口,是FPGA开发中非常重要的两部分,包含的内容十分丰富,掌握其中的一个点,足以找到一份工作。若均擅长,是全能型人才,评高工和技术专家有望。

今天主要介绍FPGA开发中的具体细节:时序分析中的基本概念和术语。非常基础,但很重要。

Xilinx FPGA Vivado开发教程

02

第二讲

时序分析中的基本概念和术语

依然结合高亚军老师的PPT,进行梳理。

静态时序分析的前提就是设计者先提出要求,然后时序分析工具才会根据特定的时序模型进行分析,给出正确的时序报告。

进行静态时序分析,主要目的就是为了提高系统工作主频以及增加系统的稳定性。对很多数字电路设计来说,提高工作频率非常重要,因为高工作频率意味着高处理能力。通过附加约束可以控制逻辑的综合、映射、布局和布线,以减小逻辑和布线延时,从而提高工作频率。

在文末的参考文献中,为大家提供可参考的资料。

主要内容:launch edge,capture edge,timing path,data arrival time,data required time,setup slack和hold slack。

首先来看,launch edge,capture edge。

在RTL设计中,数据在寄存器之间通过wire进行传递,在进行时序分析时,考虑两个寄存器之间的时钟约束。

launch edge:数据从源寄存器输出的起点时钟边沿,是静态时序分析的起点。

capture edge:数据在目的寄存器被捕获的时钟边沿。

四种时序路径:分别用红线、蓝线、黄线和绿线表示输入端到内部寄存器单元路径、寄存器之间路径、寄存器到输出端路径以及从输入端到输出端路径。

再看时序路径中,什么是源时钟路径、数据路径和目的时钟路径,如下图所示。

数据到达时间:

输入数据在有效时钟沿后到达所需要的时间。主要分为三部分:时钟到达寄存器时间(Tclka),寄存器输出延时(Tco)和数据传输延时(Tdata)。

时钟到达时间:

时钟从capture边沿到达锁存寄存器时钟输入端所消耗的时间为时钟到达时间。

数据需求时间-set up:

数据需求时间(Data Required Time):在时钟锁存的建立时间和保持时间之间数据必须稳定,从源时钟起点达到这种稳定状态需要的时间即为数据需求时间。

建立时间set up:数据被寄存器捕获所需的最短时间。

保持时间hold:数据被寄存器捕获后保持稳定状态所需的最短时间。

建立时间裕量set up slack:当数据需求时间大于数据到达时间时,就说时间有余量,Slack是表示设计是否满足时序的一个称谓。

保持时间裕量hold slack:为保证满足保持时间要求,富余的时间长度。

将建立时间裕量和保持时间裕量,放在一张图中:

建立时间裕量和保持时间裕量计算公式:

当我们在综合实现后,需要检查时序报告,对裕量的要求需为正值。若为负值,则无法满足建立于保持时间要求,引起系统不稳定甚至不能正常工作。

裕量为负,表明不满足建立时间和保持时间的需求,需进行优化和进一步约束。

若建立时间裕量set up slack不满足要求,可采用的方法有:优化时序,缩短组合逻辑延时,插入寄存器,流水线处理。

若保持时间裕量 hold slack不满足要求,可采用的方法有:增大时钟周期,降低时钟频率,但会降低电路运行速率。

根据计算公式,建立时间裕量和保持时间裕量是一对矛盾关系,顾此失彼,找到一个相对平衡点满足要求即可。

系统运行的时钟频率计算公式:

首先计算Ts,计算公式如下,从而得到fs=1/Ts

总结:

关于时序分析中的基本概念就介绍到这里,更多关于时序分析和约束的内容,参看下列文献。

参考文献

[1].斯里达尔.甘加达兰《综合与时序分析的设计约束》.

[2].Xilinx,Ally Zhou.《Vivado使用误区与进阶》.

[3]Xilinx,UG903-Using Constraints.

[4]Xilinx,UG906-设计分析与收敛技巧.


声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
2
评论

评论

    相关阅读

    暂无数据

    FPGA算法工程师

    聊无线通信技术,致力于FPGA、...

    举报文章问题

    ×
    • 营销广告
    • 重复、旧闻
    • 格式问题
    • 低俗
    • 标题夸张
    • 与事实不符
    • 疑似抄袭
    • 我有话要说
    确定 取消

    举报评论问题

    ×
    • 淫秽色情
    • 营销广告
    • 恶意攻击谩骂
    • 我要吐槽
    确定 取消

    用户登录×

    请输入用户名/手机/邮箱

    请输入密码