Switching to the TimeQuest Timing Analyzer
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Objectives
Convert a design from using the Classic timing analyzer to using the TimeQuest timing analyzer Understand the differences between the two timing analysis engines Find sources for more information
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Prerequisites
Read TimeQuest Timing Analyzer in Volume III of the Quartus? II Handbook or View TimeQuest Timing Analyzer online training Have a copy of Switching to the TimeQuest Timing Analyzer chapter of Quartus II Handbook for reference
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Agenda
Introduction to switching Differences between the Classic and TimeQuest timing analyzers
? Analysis ? I/O timing constraints ? Reporting
Converting a design to the TimeQuest analyzer References
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Introduction to Switching
“Test drive” the TimeQuest tool with an existing project before switching SDC file required for constraints
? Conversion utility helps convert QSF assignments to SDC file
Switch on a per-project basis
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Switching Options and Target Devices
Default setting is to use Classic analyzer Exceptions
? Projects targetting Arria? GX devices Must use TimeQuest analyzer Cannot switch to Classic analyzer ? New projects targetting Cyclone? III and Stratix? III devices Default is TimeQuest analyzer Can switch to Classic analyzer
Check Quartus II Handbook, Help, or newer device handbook for other exceptions
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Choosing Whether to Switch
Switch if…
? You are familiar with SDC ? You have a design that is difficult to constrain with the Classic
analyzer
DDR Complex clocking structures ? You prefer TimeQuest analysis and interface
Don’t switch if…
? Classic analyzer does everything you need
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Switching to the TimeQuest Timing Analyzer
Analysis Differences
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Classic Analyzer Settings for Switching
Setting Cut paths between unrelated clock domains Enable clock latency Enable recovery/removal analysis Default hold multicycle Classic Default ON OFF OFF Same as Multicycle Recommended for Switching OFF ON ON One
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Change Classic Settings in GUI
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Cut Paths between Unrelated Clock Domains
clkA clkB
Classic analyzer default: ON
? Worst-case behavior (matches TimeQuest behavior): OFF
Does not analyze paths between unrelated clock domains
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Cut Paths between Unrelated Clock Domains
Classic analyzer does not analyze paths between unrelated clock domains by default
? May mask design problems ? Timing Constraint Check tool helps show those paths
Turn setting OFF and constrain cross-clock domain paths
? Add cut or setup/hold relationship assignments
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TimeQuest Behavior: Cross-Domain Paths
clkA clkB
Analyzes all paths between clock domains All clocks related
? Matches turning OFF Cut paths between unrelated clock
domains ? Manually cut unrelated clock domains
set_false_path or set_clock_groups
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Enable Clock Latency
Classic analyzer default: OFF
? Treats clock path delays between base clock and derived clock
as offset instead of latency
Example: PLL compensation delays
Offset affects setup/hold relationships
? Sometimes requires multicycle assignments to correct ? Place and route changes can “break” corrections
Latency affects clock skew Always turn this setting ON
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Analysis Using Clock Offset
in
inst clk pll_clk
inst1
clk & pll_clk = 100Mhz (10 ns) PLL compensation = -2 ns Assume pll_clk inst == clk inst1clk inst inst1 = 3 ns
Using offset pll_clk clk
Offset = -2 ns Clock skew = 0 ns Setup relationship = 2 ns Slack = 2 + 0 - 3 = -1 ns Requires multicycle = 2 Setup relationship = 12 ns Slack = 12 + 0 - 3 = 9 ns
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Analysis Using Clock Latency
in
inst clk pll_clk
inst1
clk & pll_clk = 100Mhz (10 ns) PLL compensation = -2 ns Assume pll_clk inst == clk inst1clk inst inst1 = 3 ns
Using latency pll_clk clk
Latency = -2 ns Clock skew = 2 ns Setup relationship = 10 ns Slack = 10 + 2 - 3 = 9 ns
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TimeQuest Behavior: Clock Latency
TimeQuest treats clock path delays between base clock and derived clock as latency Always uses latency, not offset
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Enable Recovery/Removal Analysis
clk
Classic analyzer default: OFF
? Worst-case behavior (matches TimeQuest behavior): ON
Does not perform recovery & removal analysis on asynchronous control paths
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Enable Recovery/Removal Analysis
Classic analyzer does not analyze asynchronous control signals by default
? Similar to setup/hold check for synchronous data paths ? Tests assertion/de-assertion of asynchronous control signal near
an active clock edge
Turn this setting ON
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TimeQuest Behavior: Asynchronous Path Analysis
clk
Always performs recovery/removal analysis Analyzes asynchronous control paths
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时序分析基础与时钟约束实例（1） 文中实例配套SF-CY3开发套件。更多内容请参考《SF-CY3 FPGA套件开发指南》。 何谓静态时序分析（STA，Static Timing Analysis）？ 首先，设计者应该对FPGA内部的工作方式有一些认识。FPGA的内部结构其实就好比一块PCB板，FPGA的逻辑阵列就好比PCB板上的一些分立元器件。PCB通过导线将具有相关电气特性的信号相连接，FPGA也需要通过内部连线将相关的逻辑节点导通。PCB板上的信号通过任何一个元器件都会产生一定的延时，FPGA的信号通过逻辑门传输也会产生延时。PCB的信号走线有延时，FPGA的信号走线也有延时。这就带来了一系列问题，一个信号从FPGA的一端输入，经过一定的逻辑处理后从FPGA的另一端输出，这期间会产生多大的延时呢？有多个总线信号从FPGA的一端输入，这条总线的各个信号经过逻辑处理后从FPGA 的另一端输出，这条总线的各个信号的延时一致吗？之所以关心这些问题，是因为过长的延时或者一条总线多个信号传输时间的不一致，不仅会影响FPGA本身的性能，而且也会给FPGA之外的电路或者系统带来诸多问题。 言归正传吧，之所以引进静态时序分析的理论也正是基于上述的一些思考。它可以简单的定义为：设计者提出一些特定的时序要求（或者说是添加特定的时序约束），套用特定的时序模型，针对特定的电路进行分析。分析的最终结果当然是要求系统时序满足设计者提出的要求。 下面举一个最简单的例子来说明时序分析的基本概念。假设信号需要从输入到输出在FPGA内部经过一些逻辑延时和路径延时。系统要求这个信号在FPGA内部的延时不能超过15ns，而开发工具在执行过程中找到了如图所示的一些可能的布局布线方式。那么，怎样的布局布线能够达到系统的要求呢？仔细分析一番，发现所有路径的延时可能为14ns、15ns、16ns、17ns、18ns，有两条路径能够满足要求，那么最后的布局布线就会选择满足要求的两条路径之一。 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，即有约束才会有分析。若设计者不添加时序约束，那么时序分析就无从谈起。特权同学常常碰见一些初学者在遇到问题时不问青红皂白就认为是时序问题，实际上只有在添加了时序约束后，系统的时序问题才有可能暴露出来。 下面我们再来看一个例子，我们假设有4个输入信号，经过FPGA内部一些逻辑处理后输出。FPGA内部的布线资源有快有慢之分，好比国道和高速公路。通过高速通道所需要的路径延时假设为3ns-7ns，但只有两条可用；而通过慢速通道的路径延时则>10ns。
集成电路验证与算法知识点总结 黑盒：验证工程师不需了解设计的任何实现细节，所有的验证都必须通过接口完成，不能对内部状态进行直接访问，对内部的结构和实现不需过多了解，缺陷可观测性和可控性比较差。白盒：对待验证设计的内部结构和实现完全可见，也具有完全的可控性，优点在于能够快速的设置感兴趣的状态和输入组合，或者分离特定的功能，可以很容易的在验证过程中对结果进行观察并在输出与期望结果不一致时立即报错，但这种方法与特定的实现紧密相关，并且不能用于不同的实现或者将来的二次设计并且还需要验证工程师对设计实现的细节有相当的了解，以便正确生成有意义的条件以及合理地确定对什么结果进行观测白盒是黑盒的有益补充可以保证与实现有关的特性功能的正确性。 灰盒：介于黑盒和白盒之间的一种折中方案。黑盒可能不能验证设计的所有部分，而白盒不具备可移植性和独立性，与黑盒一样，灰盒通过最顶层接口对设计进行观测和控制，一般而已，灰盒最主要是验证与特定实现有关的重要特征。 遗传算法：5个参数的定义：Np是种群数量，Ng是每一代的数量No是产生子代的数量，Pi是通过反转产生2代的概率，Pu是通过变异产生子代的概率。基本思想：首先计算每一个个体的适应度Fitness Np(i)通过竞争选择出Ng个个体，然后根据适应度随机选择双亲，产生下一代，产生下一代的方式中Pi的概率是通过反转产生，Pu的概率通过变异产生，还有的是通过双亲交配产生，产生下一代的个体数量为No，由Ng和No选择出Np个以保持种群数量不变。一直遗传下来，直到种群的适应度足够高或不再提高为止。 验证计划：①明确的验证目标②验证策略③验证手段：基于行为级的模拟，静态时序分析还是形式化验证④结果检查手段：开发的验证环境是自检查，还是验证结果与参考模型的输出结果对比，还是验证结果直接和期望结果对比⑤建立验证环境的要求：内容有验证对象的抽象层次，验证模型的来源，包括行为模型，模拟模型等；验证环境的要素，包括结果检查，激励源等。⑥制定验证方案，即验证用例设计⑦验证结果的质量标准，内容包括验证向量数目，功能覆盖率和代码覆盖率⑧回归测试，什么时间进行回归测试，采用哪些激励进行回归测试⑨验证问题跟踪与管理，内容包括验证过程中发现的问题的记录和解决问题的情况，以及由此引发的代码更改记录⑩制定验证的进度安排和小组人员职责和分工⑾验证计划评审的节点和内容。 断言:监测设计中正确行为或错误行为的验证对象。断言将设计要求转换成了验证对象，从而可以用模拟器或形式化验证工具，评测设计要求是否被满足.断言分为3种：第一种为Assertion，用于描述设计所期望的正确行为；第二种为Constraint，用于描述设计所处环境的行为；第三种为Cover，用于描述设计及其所处环境应该会到达的状态。 SV A是SystemVerilog的断言，比较适合用Verilog编写的RTL代码，SV A是免费的，而PSL 需要购买。SV A的不太适合验证异步时钟接口。 PSL比较适合用VHDL编写的RTL代码。PSL的断言可以用于验证异步时钟接口。PSL的断言功能比SV A要强，例如，PSL支持具有Liveness功能的断言，但SV A不支持openspabc的功能验证（不包括时序和物理设计验证）①处理器体系结构设计验证②RTL设计模拟验证③DFT验证；系统级环境验证：固件操作系统和各类驱动； 使用工具：软模拟，加速器仿真，形式化验证；商业工具+定制工具 模拟：1适用于所有设计层次，2需要测试向量，3完整的模型，部分的验证，4输入驱动，施加激励，比较输出，5不完备的验证方法，只能证明设计有错而不能证明无错，6验证输入空间的点，一次检查一个输出点，7难点在于确定模拟激励是否足够。
TimeQuest快速入门 简介 本教程介绍用TimeQuest Analyzer进行时序约束和静态时序分析的必要步骤。所用示例文件在\qdesigns\fir_filter文件夹下。 TimeQuest约束步骤 下面的步骤描述了用TimeQuest对设计进行时序约束的步骤，每一步操作包含GUI和Command-line的操作方法。 第1步：在QuartusII中打开&建立工程 启动QuartusII软件，在\qdesigns\fir_filter文件夹下打开工程compile_fir_filter.qpf。 第2步：设置TimeQuest Analyzer 默认状态下，QuartusII使用Classic Timing Analyzer作为默认的时序分析工具。需要在QuatusII中进行如下设置将TimeQuest Analyzer设为当前工程的时序分析器。 在【Assignment】菜单下单击【Settings】，在【Category】列表中展开【Timing Analysis Processing】，选择【Use TimeQuest Analyzer during compilation】，然后点击【OK】即可。 第3步：进行初始的编译 在将时序约束应用到设计之前，需要为TimeQuest创建初始的数据。初始数据是通过post-map结果产生的。步骤如下： 在【Processing】菜单栏下，选择【Start】/【Start Analysis&Synthesis】。 通过运行【Analysis&Synthesis】产生post-map数据。 还可以用post-fit网表来产生初始数据。但是创建post-map数据所用时间更少，而且post-map数据对本设计示例工程来说已经够用。 第4步：启动TimeQuest Analyzer 为了创建并验证时序约束，需要启动TimeQuest Analyzer。在【Tools】菜单下，单击【TimeQuest Analyzer】启动TimeQuest Analyzer。 第5步：创建Post-Map时序网表 在指定时序要求前，需要首先创建一个时序网表。可以从post-map或post-fit 数据中创建时序网表（见第3步）。利用post-map数据创建时序网表的方法为：在【netlist】菜单下，单击【Create Timing Netlist】，在弹出的对话框中，选择【Input netlist type】下的【Post-Map】，单击【OK】。 不能通过【Task】面板下的【Create Timing Netlist】命令来创建post-map网表。在默认情况下，【Create Timing Netlist】需要post-fit数据。
ASIC时序约束、时序分析 2009-11-13 22:13 A 时序约束的概念和基本策略 时序约束主要包括周期约束（FFS到FFS，即触发器到触发器）和偏移约束（IPAD到FFS、FFS到OPAD）以及静态路径约束（IPA 综合布线工具调整映射和布局布线过程，使设计达到时序要求。例如用OFFSET_IN_BEFORE约束可以告诉综合布线工具输入信号在以根据这个约束调整与IPAD相连的Logic Circuitry的综合实现过程，使结果满足FFS的建立时间要求。 附加时序约束的一般策略是先附加全局约束，然后对快速和慢速例外路径附加专门约束。附加全局约束时，首先定义设计的所有分组附加周期约束，然后对FPGA/CPLD输入输出PAD附加偏移约束、对全组合逻辑的PAD TO PAD路径附加约束。附加专门约束时速例外路径和多周期路径，以及其他特殊路径。 B 附加约束的基本作用 1. 提高设计的工作频率 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时，从而提高工作频率。 2. 获得正确的时序分析报告 几乎所有的FPGA设计平台都包含静态时序分析工具，利用这类工具可以获得映射或布局布线后的时序分析报告，从而对束作为判断时序是否满足设计要求的标准，因此要求设计者正确输入约束，以便静态时序分析工具输出正确的时序分析 3. 指定FPGA/CPLD引脚位置与电气标准 FPGA/CPLD的可编程特性使电路板设计加工和FPGA/CPLD设计可以同时进行，而不必等FPGA/CPLD引脚位置完全确定，从成后，设计者要根据电路板的走线对FPGA/CPLD加上引脚位置约束，使FPGA/CPLD与电路板正确连接。另外通过约束还特性。为了满足日新月异的通信发展，Xilinx新型FPGA/CPLD可以通过IO引脚约束设置支持诸如 AGP、BLVDS、CTT、G LVPECL、LVDSEXT、LVTTL、 PCI、PCIX、SSTL、ULVDS等丰富的IO接口标准。另外通过区域约束还能在FPGA上规划各个成模块化设计等。 C 周期（PERIOD）的含义 周期的含义是时序中最简单也是最重要的含义，其它很多时序概念会因为软件商不同略有差异，而周期的概念确是最通用的，周期面要讲到的其它时序约束都是建立在周期约束的基础上的，很多其它时序公式，可以用周期公式推导。周期约束是一个基本时序和具根据PERIOD约束检查时钟域内所有同步元件的时序是否满足要求。PERIOD约束会自动处理寄存器时钟端的反相问题，如果相迟将被默认限制为PERIOD约束值的一半。如下图所示， 图1 周期的定义 时钟的最小周期为： TCLK = TCKO +TLOGIC +TNET +TSETUP －TCLK_SKEW TCLK_SKEW =TCD2 －TCD1
1.1 成功案例1-汤姆森路透(Thomson Reuters) 利用Oracle 大 数据解决方案实现互联网资讯和社交媒体分析 Oracle Customer: Thomson Reuters Location: USA Industry: Media and Entertainment/Newspapers and Periodicals 汤姆森路透(Thomson Reuters)成立于2008年4月17 日，是由加拿大汤姆森 公司(The Thomson Corporation)与英国路透集团(Reuters Group PLC)合并组成的商务和专 业智能信息提供商，总部位于纽约，全球拥有6万多名员工，分布在超过100 个国家和地区。 汤姆森路透是世界一流的企业及专业情报信息提供商，其将行业专门知识与创新技术相结合，在全世界最可靠的新闻机构支持下，为专业企业、金融机构和消费者提供专业财经信息服务，以及为金融、法律、税务、会计、科技和媒体市场的领先决策者提供智能信息及解决方案。 在金融市场中，投资者的心理活动和认知偏差会影响其对未来市场的观念和情绪，并由情绪最终影响市场表现。随着互联网和社交媒体的迅速发展，人们可以方便快捷的获知政治、经济和社会资讯，通过社交媒体表达自己的观点和感受，并通过网络传播形成对市场情绪的强大影响。汤姆森路透原有市场心理指数和新闻分析产品仅对路透社新闻和全球专业资讯进行处理分析，已不能涵盖市场情绪的构成因素，时效性也不能满足专业金融机构日趋实时和高频交易的需求。 因此汤姆森路透采用Oracle的大数据解决方案，使用Big Data Appliance 大 数据机、Exadata 数据库云服务器和Exalytics 商业智能云服务器搭建了互联网资讯 和社交媒体大数据分析平台，实时采集5 万个新闻网站和400 万社交媒体渠道的资 讯，汇总路透社新闻和其他专业新闻，进行自然语义处理，通过基于行为金融学模型多维度的度量标准，全面评估分析市场情绪，形成可操作的分析结论，支持其专业金融机
校外IC后端实践报告 本教程通过对synopsys公司给lab进行培训，从verilog代码到版图整个流程（固然只是基本流程，由于真正一种大型设计不是那么简朴就完毕），此教程目就是为了让人们尽快理解数字IC设计大概流程，为后来学习建立一种基本。此教程只是本人摸索实验成果，并不代表内容都是对的，只是为了阐明大概流程，里面一定尚有诸多未完善并且有错误地方，我在此后学习当中会对其逐个完善和修正。 此后端流程大体涉及一下内容： 1.逻辑综合（工具DC 逻辑综合是干吗就不用解释了把？） 2.设计形式验证（工具formality） 形式验证就是功能验证，重要验证流程中各个阶段代码功能与否一致，涉及综合前RTL代码和综合后网表验证，由于如今IC设计规模越来越大，如果对门级网表进行动态仿真话，会耗费较长时间（规模大话甚至要数星期），这对于一种对时间规定严格（设计周期短）asic 设计来说是不可容忍，而形式验证只用几小时即可完毕一种大型验证。此外，由于版图后做了时钟树综合，时钟树插入意味着进入布图工具本来网表已经被修改了，因此有必要验证与本来网表是逻辑等价。 3.静态时序分析（STA），某种限度上来说，STA是ASIC设计中最重要环节，使用primetime 对整个设计布图前静态时序分析，没有时序违规，则进入下一步，否则重新进行综合。 （PR后也需作signoff时序分析） 4.使用cadence公司SOCencounter对综合后网表进行自动布局布线（APR） 5.自动布局后来得到详细延时信息（sdf文献，由寄生RC和互联RC所构成）反标注到网 表，再做静态时序分析，与综合类似，静态时序分析是一种迭代过程，它与芯片布局布线联系非常紧密，这个操作普通是需要执行许多次才干满足时序需求，如果没违规，则进入下一步。 6.APR后门级功能仿真（如果需要）
在进行FPGA的设计时，经常会需要在综合、实现的阶段添加约束，以便能够控制综合、实现过程，使设计满足我们需要的运行速度、引脚位置等要求。通常的做法是设计编写约束文件并导入到综合实现工具，在进行FPGA/CPLD的综合、实现过程中指导逻辑的映射和布局布线。下面主要总结一下Xilinx FPGA时序约束设计和分析。 一、周期约束 周期约束是Xilinx FPGA 时序约束中最常见的约束方式。它附加在时钟网线上，时序分析工具会根据周期约束来检查时钟域内所有同步元件的时序是否满足需求。周期约束会自动的寄存器时钟端的反相。如果相邻的两个元件的时钟相位是相反的，那么它们之间的延迟将被默认的限制成周期约束的一半。 在进行周期约束之前，必须对电路的时钟周期明了，这样才不会出现约束过松或者过紧的现象。一般情况下，设计电路所能达到的最高运行频率取决于同步元件本身的Setup Time 和Hold Time，以及同步元件之间的逻辑和布线延迟。周期约束一般是使用下面的约束方法： 1、period_item PERIOD＝period {HIGH｜LOW} ［high＿or low＿item］ 其中，period＿item可以是NET或TIMEGRP，分别代表时钟线名称net name或元件分组名称group－name。用NET表示PERIOD约束作用到名为“net name”的时钟网线所驱动的同步元件上，用TIMEGRP表示PERIOD约束作用到TIMEGRP所定义的分组（包括FFS、LATCH和RAM等同步元件）上。period是目标时钟周期，单位可以是ps、ns、μS和ms 等。HIGH｜LOW指出时钟周期中的第1个脉冲是高电平还是低电平，high or low time为HIGH LOW指定的脉冲的持续时间，默认单位是ns。如果没有该参数，时钟占空比是50％。例如，NET SYS＿CLK PERIOD＝10 ns HIGH 4ns 2、NET“clock net name”TNM＿NET＝“timing group name”； TIMESPEC“TSidentifier”＝PERIOD “TNM reference”period {HIGH | LOW} ［high or low item］INPUT_JITTER value; 很多时候为了能够定义比较复杂的派生关系的时钟周期，就要使用该方法。其中TIMESPEC在时序约束中作为一个标识符表示本约束为时序规范；TSidentifier包括字母TS和一个标识符identifier共同作为一个TS属性；TNM reference指定了时序约束是附加在哪一个组上，一般情况下加在TNM＿NET定义的分组上。HIGH | LOW 指的是时钟的初始相位表明第一个时钟是上升沿还是下降沿；high or low item 表示的是时钟占空比，即就是high或者low的时间，默认为1:1, INPUT_JITTER 表示的是时钟的抖动时间，时钟会在这个时间范围内抖动，默认单元为ps。比如周期约束： NET "ex_clk200m_p" TNM_NET = TNM_clk200_p; TIMESPEC "TS_clk200_p" = PERIOD "TNM_clk200_p" 5.000 ns HIGH 50 %; 建立一个TNM_clk200_p的时序分组，包括时钟网络ex_clk200m_p驱动的所有同步
XILINX时序约束使用指南笔记 第一章 时序约束介绍 第二章 时序约束方法 第三章 时序约束原则 第四章 在XST中指定时序约束 第五章 在Synplify中指定时序约束方法 第六章 时序约束分析
第一章 时序约束介绍 基本的时序约束包括： “PERIOD Constraints” “OFFSET Constraints” “FROM:TO(Multi‐Cycle)约束”
第二章 时序约束方法 1，简介： 2，基本的约束方法 根据覆盖的路径不同，时序要求变成一些不同的全局约束。 最普通的路径类型包括： 1，输入路径 2，同步元件到同步元件路径 3，指定路径 4，输出路径 XILINX的时序约束与每一种全局约束类型都有关。最有效的方法就是一开始就指定全局约束然后再加上指定路径的约束。在很多案例中，只要全局约束就可满足需求。 FPGA器件执行工具都是由指定的时序要求驱动的。如果时序约束过头的话，就会导致内存使用增加，工具运行时间增加。更重要的是，过约束还会导致性能下降。因此，推荐使用实际设计要求的约束值。 3，输入时序约束 输入时序约束包括2种 “系统同步输入” “源同步输入” 输入时钟约束覆盖了输入数据的FPGA外部引脚到获取此数据的寄存器之间的路径。输入时钟约束经常用”OFFSET IN”约束。指定输入时钟要求的最好方法，取决于接口的类型（源/系统同步）和接口是SDR还是DDR。 OFFSET IN定义了数据和在FPGA引脚抓取此数据的时钟沿之间的关系。在分析OFFSET IN 约束时，时序分析工具自动将影响时钟和数据延迟的因素考虑进去。这些因素包括： 时钟的频率和相位转换 时钟的不确定 数据延迟调整 除了自动调整，还可以在与接口时钟相关的”PERIOD”约束中另外增加时钟不确定。 关于增加”INPUT_JITTER”的更多信息，参见第三章的”PERIOD Constraints”。 “OFFSET IN”与单输入时钟有关，默认情况下，OFFSET IN约束覆盖了从输入pad到内部同步元件之间的所有路径。用于抓取那些从pad输入的数据的同步元件由指定的OFFSET IN 时钟触发。应用OFFSET IN约束被称为”global”方法。这是指定输入时序的最有效的方法。 系统同步输入 在体统同步接口中，发送和抓取数据共用一个系统时钟。板上的布线延迟和时钟倾斜限制了接口的工作频率。更低的频率也会导致系统同步输入接口典型的采用SDR应用。 系统同步SDR应用例子，见图2‐1。系统同步SDR应用中，在时钟上升沿从源器件发送
1引言 在集成电路设计过程中，模拟方法是应用最多的验证时序正确与否的手段，然而，模拟方法在微系统芯片(SoC)时代正面临严竣的挑战。传统的逻辑模拟方法虽然比较快，但需要输入向量作为激励，给使用带来很多不便；更为严重的是其精度不够高，不能处理SoC时代越来越严重的互连线的耦合电容、电感效应。电路模拟方法虽然能非常精确地计算SoC时代的各种效应，但其速度太慢，容量也太小。静态时序分析技术通过提取整个电路的所有时序路径，计算信号沿(上升沿或下降沿)在传播过程的延时，然后检查在最坏情况下电路中是否存在建立时间和保持时间不满足要求的器件，从而确认被验证的电路是否存在时序问题。它们又分别通过对最大路径延迟和最小路径延迟的分析得到。静态时序分析不需要输入向量、运行速度快、占用内存少，因而成为SoC时代最主要的时序验证手段。延时计算和最长/最短路径分析是静态时序分析的关键。由于互连线结构 [1]对门延时的影响非常大，必须在门延时模型中充分考虑这一因素才能确保静态分析结果的正确性。 广告插播信息 维库最新热卖芯片： XC9536-15PC44C SN74F244DWR IS62C1024L-70Q SS34HT162288E6050-RJJ AQY210E H KM68V257CJ-15MUR3020PT TL082CDR 本文提出新的Π模型方法，结合了门的等效电容[3]来计算门的延时，我们的方法结合门的互连线负载的拓扑结构和门负载三阶矩求解的方法，采用[4]中提出的等效电容的求解公式，求出门延时计算模型，相比上述两种方法，在静态时序分析中更为合理。 2新的门延时模型 2.1 新的门延时模型 在[4]中，作者提出了利用Π型的RC模型来近似门的互连线输出负载，同时考虑了负载的屏蔽效应。用该模型等价地计算出门输出驱动点导纳函数前三阶系数。 图1中Y(s)表示准确的RC树的驱动点导纳函数，在s＝0的Taylor展开式表示如下： 将门的输出的RC树的互连线负载等效负载为Π模型，如图2。
用Quartus II Timequest Timing Analyzer进行时序分析：实例讲解 (一) (2012-06-21 10:25:54) 转载▼ 标签： 杂谈 一，概述 用Altera的话来讲，timequest timing analyzer是一个功能强大的，ASIC-style的时序分析工具。采用工业标准--SDC（synopsys design contraints）--的约束、分析和报告方法来验证你的设计是否满足时序设计的要求。在用户的角度，从我使用TimeQuest的经验看，它与IC设计中经常用到的比如prime time，time craft等STA软件是比较类似的。用过prime time或time craft的朋友是非常容易上手的。 在这一系列的文章里，我将会拿一个DAC7512控制器的verilog设计作为例子，详细讲解如何使用TimeQuest进行时序设计和分析。 二，TimeQuest的基本操作流程 做为altera FPGA开发流程中的一个组成部分，TimeQuest执行从验证约束到时序仿真的所有工作。Altera推荐使用下面的流程来完成TimeQuest 的操作。
1. 建立项目并加入相关设计文件 不管做什么事情，都需要有一个目标或者说对象。我们用TimeQuest 做时序分析，当然也需要一个对象，这个对象实际上就是我们的设计。所以首先是要建立一个Quartus II的项目，并把所有需要的设计文件都加入到项目中去。需要注意的一点是，这里的设计文件，不仅仅包含逻辑设计相关的文件，也包含已经存在的时序约束文件，当然，需要以synopsys Design Constraints(.sdc)的格式存在的。 2. 对项目进行预编译（initial compilation） 项目建立以后，如果从来没有对项目进行过编译的话，就需要对项目进行预编译。这里的预编译是对应于全编译（full compilation）来讲的，我们可以理解为预编译是对项目进行部分的编译，而全编译是对项目进行完整的编译。做预编译的目的是为了生成一个initial design database，
《现代SOC设计技术》学习小结 目录 一、SOC的概念 二、前端设计和后端实现 三、可测性设计 四、软硬件协同技术 五、验证技术 六、低功耗技术 七、IP复用技术 一、SOC概念 SOC（System on Chip）中文翻译为片上系统、系统级芯片等，由超大规模集成电路发展而来。从狭义上理解，SOC即把系统关键部件集成的到一张芯片上；而从广义上理解，SOC本身就是一个小型系统。 SOC的发展由市场和技术共同推动。20世纪90年代，计算机、通信、电子产品以及军事等领域需要大量高集成度的集成电路，于是集成电路向集成系统转变。这种转变的表现，一方面，IC品种增加、规模扩大、性能提高、上市时间缩短，并且IC标准化形成；另一方面，微电子技术不断发展，计算机性能提高，EDA综合开发工具性能提高，硬件描述语言公布。相比于IC，SOC具有的优势有：功耗低、体积小、速度快、功能丰富、节省成本。 IP核是SOC设计的基本单元。IP核是已经设计好经过验证的具
有特定功能的电路模块。在设计SOC时可以直接使用IP核。IP核分为软核、硬核和固核。软核指RTL级描述的核，一般是HDL代码，也就是源代码。它不依赖工艺，灵活性好，价格很贵。硬核指电路版图形式的核，不能被修改。它需要预先布局，可靠性高，价格低。固核介于软核和硬核之间，属于门级网表形式，固核需要使用者布局布线，有一定的灵活性。 SOC设计是基于核的设计，也就是将系统按功能分为若干块，组合不同的IP核，集成为特定功能的芯片的过程。但是这不意味着，简单的组合IP核就够了，还需要IP核的测试复用和结构上的精心设计。通常利用IP模块可以简化系统设计，但是对开发者理解IP模块有了更高的要求，时序一致性的问题也会凸显。这个问题推动了IP 模块的标准化。代表性的SOC标准化组织是美国的VSIA。 SOC的技术的特征有：复杂的系统功能、软硬件结合、含有一个或多个芯核（微处理器MPU、微控制器MCU、数字信号处理器DSP等）、采用深亚微米或超深亚微米工艺实现。 随着计算机、通信、手持设备等对IC的需求不断增加。IC的发展由元件到单元，再到RTL，现在为IP核。集成电路会继续朝着SOC 发展。 我国的SOC产业从20世纪90年代开始逐步发展。现在基本分为三大产业：设计、制造和封装。封装测试业占的比重约70%。在我国SOC发展的重点有高端通用芯片、网络通信、数字家电、信息安全、工业控制、生物医疗、IP核。
基本后端流程（漂流&雪拧） ----- 2010/7/3---2010/7/8 本教程将通过一个8*8的乘法器来进行一个从verilog代码到版图的整个流程（当然只是基本流程，因为真正一个大型的设计不是那么简单就完成的），此教程的目的就是为了让大家尽快了解数字IC设计的大概流程，为以后学习建立一个基础。此教程只是本人探索实验的结果，并不代表内容都是正确的，只是为了说明大概的流程，里面一定还有很多未完善并且有错误的地方，我在今后的学习当中会对其逐一完善和修正。 此后端流程大致包括一下内容： 1.逻辑综合（逻辑综合是干吗的就不用解释了把？） 2.设计的形式验证（工具formality） 形式验证就是功能验证，主要验证流程中的各个阶段的代码功能是否一致，包括综合前RTL代码和综合后网表的验证，因为如今IC设计的规模越来越大，如果对门级网表进行动态仿真的话，会花费较长的时间（规模大的话甚至要数星期），这对于一个对时间要求严格的asic设计来说是不可容忍的，而形式验证只用几小时即可完成一个大型的验证。另外，因为版图后做了时钟树综合，时钟树的插入意味着进入布图工具的原来的网表已经被修改了，所以有必要验证与原来的网表是否逻辑等价。 3.静态时序分析（STA），某种程度上来说，STA是ASIC设计中最重要的步骤，使用primetime对整个设 计布图前的静态时序分析，没有时序违规，则进入下一步，否则重新进行综合。（PR后也需作signoff 的时序分析） 4.使用cadence公司的SOCencounter对综合后的网表进行自动布局布线（APR） 5.自动布局以后得到具体的延时信息（sdf文件，由寄生RC和互联RC所组成）反标注到网表，再做静 态时序分析，与综合类似，静态时序分析是一个迭代的过程，它与芯片布局布线的联系非常紧密，这个操作通常是需要执行许多次才能满足时序需求，如果没违规，则进入下一步。 6.APR后的门级功能仿真（如果需要） 7.进行DRC和LVS，如果通过，则进入下一步。 8.用abstract对此8*8乘法器进行抽取，产生一个lef文件，相当于一个hard macro。 9.将此macro作为一个模块在另外一个top设计中进行调用。 10.设计一个新的ASIC,第二次设计，我们需要添加PAD，因为没有PAD，就不是一个完整的芯片，具体 操作下面会说。 11.重复第4到7步
第1章FPGA中IO口时序分析 作者：屋檐下的龙卷风 博客地址：https://www.doczj.com/doc/e27187921.html,/linjie-swust/ 日期：2012.3.1 1.1 概述 在高速系统中FPGA时序约束不止包括内部时钟约束，还应包括完整的IO时序约束和时序例外约束才能实现PCB板级的时序收敛。因此，FPGA时序约束中IO口时序约束也是一个重点。只有约束正确才能在高速情况下保证FPGA和外部器件通信正确。 1.2 FPGA整体概念 由于IO口时序约束分析是针对于电路板整个系统进行时序分析，所以FPGA需要作为一个整体分析，其中包括FPGA的建立时间、保持时间以及传输延时。传统的建立时间、保持时间以及传输延时都是针对寄存器形式的分析。但是针对整个系统FPGA的建立时间保持时间可以简化。 图1.1 FPGA整体时序图 如图1.1所示，为分解的FPGA内部寄存器的性能参数： （1） Tdin为从FPGA的IO口到FPGA内部寄存器输入端的延时； （2） Tclk为从FPGA的IO口到FPGA内部寄存器时钟端的延时； （3） Tus/Th为FPGA内部寄存器的建立时间和保持时间； （4） Tco为FPGA内部寄存器传输时间； （5） Tout为从FPGA寄存器输出到IO口输出的延时； 对于整个FPGA系统分析，可以重新定义这些参数：FPGA建立时间可以定义为：（1） FPGA建立时间：FTsu = Tdin + Tsu – Tclk； （2） FPGA保持时间：FTh = Th + Tclk； （3） FPGA数据传输时间：FTco = Tclk + Tco + Tout； 由上分析当FPGA成为一个系统后即可进行IO时序分析了。FPGA模型变为如图1.2所示。
组成原理实验报告 姓名学号 陈宝可 07055004 刘睿 07055013 林建财 07055040 指导老师：姜欣宁 2010年4月22日
一、总体设计思想 1.1 CPU简介 CPU是计算机的核心，其重要性好比大脑对于人一样，它负责处理、运算计算机内部的所有数据。CPU的种类决定了操作系统和相应的软件。CPU主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等构成，是PC的核心，再配上储存器、输入/输出接口和系统总线组成为完整的PC（个人电脑）。 单周期CPU 的特点是每条指令的执行只需要一个时钟周期，一条指令执行完再执行下一条指 令。再这一个周期中，完成更新地址，取指，解码，执行，内存操作以及寄存器操作。由于每个时钟上 升沿时更新地址，因此要在上升沿到来之前完成所有运算，而这所有的运算除可以利用一个下降沿外， 只能通过组合逻辑解决。这给寄存器和存储器RAM的制作带来了些许难度。且因为每个时钟周期的时 间长短必须统一，因此在确定时钟周期的时间长度时，要依照最长延迟的指令时间来定，这也限制了它 的执行效率。 下图是cpu设计的思路： 1.2系统主要框架 第一台电子计算机与1946年2月14日诞生至今，计算机的发展迅速，经历了电子管，晶体管管，集成电路，大规模集成电路，超大规模集成电路的时代，现在集成电路的设计已经接近极限，不过在发
展历程中，计算机的核心框架并没有太多的改变，仍然是由五大部件组成：存储器、运算器、控制器、I/O设备。设计过程中主要以CPU(运算器+控制器)为中心。 如图是计算机组成原理图： CPU 的功能： 设计的cpu主要是由ALU(运算器)和CU（控制器）两个核心部件构成，另外设计一些辅助器件。ALU处理整个计算机的计算，设计的ALU只能进行简单的算术运算，并不能够实现很强大的计算功能，CU是整个计算机的控制部分，它能够接收外界的响应，并控制计算机的其他部件完成特定的功能，CU 和ALU共同组成cpu的核心部件，处理整个计算机的事件。 CPU开发的进程： 设计初始时，成员讨论cpu所能实现的功能，cpu的组成部分，所需要的开发工具、语言、平台、参考资料等，明确了设计思想后，小组进行明确的分工，现在设计过程已经从最初的讨论进入初步的实践，小组成员正按照各自的分工进行cpu的设计开发。 设计成员的分工： 本小组由三名成员，林建财主要完成设计思路提出和最终的整合，陈宝可主要完成各个模块的设计，刘睿主要完成报告的编写以及提出相关的意见，设计过程中成员需要相互配合，相互支持分工没有明显的界限，成员可以扬长避短，各展所长。 CPU设计的工具： 现在存在很多的cpu开发语言，如VHDL硬件描述语言，V erilog HDL描述语言等等，它们都是非常优秀的开发工具，鉴于知识的局限性，这里只列出我们所学的工具。 Quartus® II design 是最高级和复杂的，用于system-on-a-programmable-chip (SOPC)的设计环境。QuartusII design 提供完善的timing closure 和LogicLock? 基于块的设计流程。QuartusII design是唯一一个包括以timing closure 和基于块的设计流为基本特征的programmable logic device
1.在quartus中对设计进行时序分析 2.1TimeQuest 工具 Quartus? II TimeQuest Timing Analyzer是一个功能强大的ASIC型时序分析工具，能够以工业标准方法论来约束，分析和报告用户设计中所有逻辑的时序性能。这个工具是一个严格的静态工具，使用时不需要搭建硬件环境及进行调试。本节将介绍如何使用Quartus II TimeQuest Timing Analyzer工具的图形化功能来约束，分析及报告设计中的时序结果。 使用这个工具，我们要指定初始时序信息，包括时钟，时序例外以及信号传输中的到达和要求的时间。我们通过后缀名为sdc（Synopsys Design Constraints）的文件来指定时序要求，然后The Quartus II Fitter将优化逻辑布局等来满足我们的时序要求。 在时序分析过程中，Quartus II TimeQuest Timing Analyzer分析设计中的每一条时序路径，计算每条路径的延迟，检查是否存在时序违例，并且报告时序结果。一旦发现时序违例，可以精确定位到违例路径的时序细节，然后用户约束它以纠正违例。如果时序分析没有报告违例，那么恭喜你，在这个器件中的逻辑行为将与你的设计意图一致。 使用TimeQuest分析设计时序的一般步骤为： 图使用TimeQuest分析设计时序的一般步骤第一次编译时我们需要得到没有设置约束的时序结果，有助于我们给设计添加约束。第二次编译的时序需要把包含指定时序要求的文件（后缀为sdc 的文件）添加到工程文件中执行编译，这样工具就能够按照我们的时序要求来进行映射了。 2.2timequest快速入门示例 下面我们按照altera公司所给的timequest快速入门教程示例来讲解该时序分析工具的大致用法。使用的工具是目前使用最广泛的quartusII9.1版本
入门：FPGA时序分析基础与时钟约束实例 2013-07-16 何谓静态时序分析（STA，Static Timing Analysis）？ 首先，设计者应该对FPGA内部的工作方式有一些认识。FPGA的内部结构其实就好比一块PCB 板，FPGA的逻辑阵列就好比PCB板上的一些分立元器件。PCB通过导线将具有相关电气特性的信号相连接，FPGA也需要通过内部连线将相关的逻辑节点导通。PCB板上的信号通过任何一个元器件都会产生一定的延时，FPGA的信号通过逻辑门传输也会产生延时。PCB的信号走线有延时，FPGA的信号走线也有延时。这就带来了一系列问题，一个信号从FPGA的一端输入，经过一定的逻辑处理后从FPGA的另一端输出，这期间会产生多大的延时呢？有多个总线信号从FPGA的一端输入，这条总线的各个信号经过逻辑处理后从FPGA的另一端输出，这条总线的各个信号的延时一致吗？之所以关心这些问题，是因为过长的延时或者一条总线多个信号传输时间的不一致，不仅会影响FPGA本身的性能，而且也会给FPGA之外的电路或者系统带来诸多问题。 言归正传吧，之所以引进静态时序分析的理论也正是基于上述的一些思考。它可以简单的定义为：设计者提出一些特定的时序要求（或者说是添加特定的时序约束），套用特定的时序模型，针对特定的电路进行分析。分析的最终结果当然是要求系统时序满足设计者提出的要求。 下面举一个最简单的例子来说明时序分析的基本概念。假设信号需要从输入到输出在FPGA内部经过一些逻辑延时和路径延时。系统要求这个信号在FPGA内部的延时不能超过15ns，而开发工具在执行过程中找到了如图所示的一些可能的布局布线方式。那么，怎样的布局布线能够达到系统的要求呢？仔细分析一番，发现所有路径的延时可能为14ns、15ns、16ns、17ns、18ns，有两条路径能够满足要求，那么最后的布局布线就会选择满足要求的两条路径之一。 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，即有约束才会有分析。若设计者不添加时序约束，那么时序分析就无从谈起。特权同学常常碰见一些初学者在遇到问题时不问青红皂白就认为是时序问题，实际上只有在添加了时序约束后，系统的时序问题才有可能暴露出来。 下面我们再来看一个例子，我们假设有4个输入信号，经过FPGA内部一些逻辑处理后输出。FPGA内部的布线资源有快有慢之分，好比国道和高速公路。通过高速通道所需要的路径延时假设为3ns-7ns，但只有两条可用；而通过慢速通道的路径延时则>10ns。
序 很早之前就想对这几个月工作经历写的东西，一是作为自己的总结，二是自己也很 想将自己这段时间的一些经历和大家分享一下，希望对初学者而言能使得他们能少走一 些弯路。只是公司里的事情很多，最近经常加班，所以一直拖到现在。 能来到这家公司应该是一种缘份--缘起NIOS。当初三月份altera来我们学校建立SO PC实验室的时候自己还不知道NIOS是什么东西，只是想在altera的FAE讲完NIOS后多问他几个时序约束的问题，然后拷一份PPT回去。但是想不到因为那一份NIOS的培训资料，我 认识了edacn上的cawan，他给我讲了很多NIOS的东西，之后是丁哥在SOC版帖了位NIOS大赛的通知，然后我和队友就去报了名，并去川大参加了NIOS的培训，认识了峻龙的FAE- ---也是我现在的boss。在这里要谢谢cawan、丁哥、和我一起参加NIOS竞赛的队友刘科 以及我的BOSS，是他们让我有了这一段的经历。 在公司里的几个月，做的项目其实不多，但是收获还是有一些，我觉得收获最大的是 设计理念的改变，这也是我这段时间最想总结的，我会在后面逐渐阐述。 时序是设计出来的 我的boss有在华为及峻龙工作的背景，自然就给我们讲了一些华为及altera做逻辑 的一些东西，而我们的项目规范，也基本上是按华为的那一套去做。在工作这几个月中 ，给我感触最深的是华为的那句话：时序是设计出来的，不是仿出来的，更不是湊出来 的。 在我们公司，每一个项目都有很严格的评审，只有评审通过了，才能做下一步的工 作。以做逻辑为例，并不是一上来就开始写代码，而是要先写总体设计方案和逻辑详细 设计方案，要等这些方案评审通过，认为可行了，才能进行编码，一般来说这部分工作 所占的时间要远大于编码的时间。 总体方案主要是涉及模块划分，一级模块和二级模块的接口信号和时序（我们要求 把接口信号的时序波形描述出来）以及将来如何测试设计。在这一级方案中，要保证在 今后的设计中时序要收敛到一级模块（最后是在二级模块中）。什么意思呢？我们在做 详细设计的时候，对于一些信号的时序肯定会做一些调整的，但是这种时序的调整最多 只能波及到本一级模块，而不能影响到整个设计。记得以前在学校做设计的时候，由于 不懂得设计时序，经常因为有一处信号的时序不满足，结果不得不将其它模块信号的时 序也改一下，搞得人很郁闷。 在逻辑详细设计方案这一级的时候，我们已经将各级模块的接口时序都设计出来了 ，各级模块内部是怎么实现的也基本上确定下来了。 由于做到这一点，在编码的时候自然就很快了，最重要的是这样做后可以让设计会 一直处于可控的状态，不会因为某一处的错误引起整个设计从头进行。 做逻辑的难点在于系统结构设计和仿真验证 刚去公司的时候BOSS就和我讲，做逻辑的难点不在于RTL级代码的设计，而在于系统 结构设计和仿真验证方面。目前国内对可综合的设计强调的比较多，而对系统结构设计