FPGA设计时序约束十五、Set_Bus_Skew_set bus skew

目录

一、序言

二、Set Bus Skew

2.1 基本概念

2.2 设置界面

2.3 命令语法

2.4 报告分析

三、工程示例

3.1 工程代码

3.2 时序报告

四、参考资料

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一、序言

    在时序约束中，对时钟的约束除了set clock latency,set clock uncertainty,set input jitter外，还有一条set bus skew的约束命令。该命令主要用于跨时钟域的场景中，下面将对set bus skew的使用进行详细的介绍。

二、Set Bus Skew

2.1 基本概念

   Set Bus Skew用于在多个跨时钟域路径中设置一个最大的偏斜要求，可以限制用于发送数据的源时钟沿的数目以及被目的时钟沿捕获。和普通路径上的时钟偏斜不同，bus skew对应的是约束下所有路径中最大的捕获时钟偏斜值，该值同时应用到fast corner和slow corner。

    Bus skew约束通常用于以下几种跨时钟域的拓扑结构中：

    a) 格雷码总线切换中，例如异步FIFOs

    b)带有CE，MUX或MUX hold的多比特跨时钟域电路中

    c) 配置寄存器的跨时钟域

 尽管set_bus_skew命令可以设置一个总线偏斜约束到同步跨时钟域中，但这种做法是多余的，因为setup和hold检查已经可以确保在两个时序安全的同步跨时钟域路径间安全切换。

    总线偏斜约束不属于时序例外，和set_data_check一样，它属于时序断言。因此，总线偏斜约束不会被时序例外约束，如set_clock_group,set_false_path,set_max_delay,set_multicycle_path约束影响，仅可能会被route_design优化掉。

    约束设置时建议将总线偏斜约束到没有扇出fanout的路径上，并且，每个总线偏斜约束必须覆盖最少两个起点和两个终点。

2.2 设置界面

进入Timing Constraints界面，在左侧Assertions栏中选中Set Bus Skew，右侧即显示Set Bus Skew

 

设置界面中Specify bus skew设置总线信号上最快的信号和最慢的信号间的偏斜，start points和end points分别设置起点和终点，Through points设置中间路径，也可不设。同时，也可指定只分析rise、fall或都分析

 

约束from/to的对象，只能为Cells或cell pins或clocks

 

through的对象则只能为Cells,Nets或Cell Pins

2.3 命令语法

命令格式

set_bus_skew [-from <args>] [-to <args>] [-through <args>] <value>

 

2.4 报告分析

    set_bus_skew的分析报告和普通时序报告结果查看有些不一致。可以通过tcl console使用命令或界面运行Report Bus Skew，进入Reports → Timing → Report Bus Skew

 

对报告进行显示设置

 

也命令执行report_bus_skew -delay_type max -max_paths 10 -name bus_skew_2，bus_skew_2为报告名

 

三、工程示例

3.1 工程代码

设计中跨时钟域是握手机制的一部分，当数据被采样时源时钟发送数据。目的时钟域用了一个4阶同步器来同步发送信号。在4阶同步器之后，信号驱动跨时钟域寄存器的时钟使能端口CE.在这种场景下，必须设置总线偏斜来调整包含CE端口路径上的阶段数，因为它代表了数据有效时目的时钟周期的数目。

module set_bus_skew(src_clk,dest_clk,rst,ce,d,in,out);
input src_clk,dest_clk,rst,ce;
input  d;
input [1:0] in;
output reg [1:0] out;
reg [3:0] syn_reg;
reg src_send;
reg [1:0] src_data;
always@(posedge src_clk)
    begin
    if(!rst)
        src_send<=0;
    else 
        src_send<=d;
    end
 
always@(posedge dest_clk)
    if(!rst)
        begin
            syn_reg[0]<=0;
            syn_reg[1]<=0;  
            syn_reg[2]<=0;  
            syn_reg[3]<=0;      
        end
    else
        begin
            syn_reg[0]<=src_send;
            syn_reg[1]<=syn_reg[0];  
            syn_reg[2]<=syn_reg[1];  
            syn_reg[3]<=syn_reg[2];                
        end
assign des_infer=~syn_reg[3];
always@(posedge src_clk)
    if(!rst)
        begin
        src_data[0]<=0;
        src_data[1]<=0;
        end
    else 
        begin
        src_data[0]<=in[0];
        src_data[1]<=in[1];            
        end
 
always@(posedge dest_clk)
    if(!ce)
        begin
        out[0]<=0;
        out[1]<=0;
        end
    else
        if(des_infer) 
            begin
            out[0]<=src_data[0];
            out[1]<=src_data[1];           
            end
 
endmodule

综合网表连接图如下图所示

 

约束文件，源时钟周期为5ns,目的时钟周期为2.5ns，set_bus_skew对两个起点src_data_reg[0]/src_data_reg[1]和两个终点out_reg[0]/out_reg[1]设置总线偏斜约束

create_clock -period 5.000 -name src_clk -waveform {0.000 2.500} [get_ports src_clk]
create_clock -period 2.500 -name dest_clk -waveform {0.000 1.250} [get_ports dest_clk]
set_max_delay -from [get_cells src_send_reg] -through [get_cells {{out_reg[0]} {out_reg[1]}}] 10.000
set_bus_skew -from [get_cells {{src_data_reg[0]} {src_data_reg[1]}}] -to [get_cells {{out_reg[0]} {out_reg[1]}}] 0.100

3.2 时序报告

    先对总线偏斜设置为0ns，此时路径时序违例

 

    将总线偏斜约束设置为0.5ns，违例消失，设置的0.5ns补偿违例的0.492ns，因此，结果为0.008ns

 

四、参考资料

用户手册：ug903-vivado-using-constraints-en-us-2022.2.pdf

链接：https://pan.baidu.com/s/17AK_-J4wRXiFLtLTorlrwg?pwd=mylt 

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