原创 FPGA时序约束的几种方法

对自己的设计的实现方式越了解，对自己的设计的时序要求越了解，对目标器件的资源分布和结构越了解，对EDA工具执行约束的效果越了解，那么对设计的时序约束目标就会越清晰，相应地，设计的时序收敛就会更可控。

　　从最近一段时间工作和学习的成果中，我总结了如下几种进行时序约束的方法。按照从易到难的顺序排列如下：

　　0. 核心频率约束

　　这是最基本的，所以标号为0。

　　1. 核心频率约束+时序例外约束

　　这还不是最完整的时序约束。设计者的思路还局限在FPGA芯片内部。

　　2. 核心频率约束+时序例外约束+I/O约束（包括位置、外部走线延时、上下拉电阻、驱动电流强度等等）

　　这才是最完整的时序约束。FPGA作为PCB上的一个器件，是整个PCB系统时序收敛的一部分。FPGA作为PCB设计的一部分，是需要PCB 设计工程师像对待所有COTS器件一样，阅读并分析其I/O Timing Diagram的。FPGA不同于COTS器件之处在于，其I/O Timing是可以在设计后期在一定范围内调整的；虽然如此，最好还是在PCB设计前期给与充分的考虑并归入设计文档。

　　正因为FPGA的I/O Timing会在设计期间发生变化，所以准确地对其进行约束是保证设计稳定可控的重要因素。许多FPGA外部器件在FPGA重新编译后出现不稳定的问题都有可能是由此引起的。

　　3. 核心频率约束+时序例外约束+I/O约束+LogicLock

　　LogicLock是FPGA器件内部的布局约束。从一次成功的时序收敛结果开始，把特定的一组逻辑在FPGA上实现的布局位置和范围固定下来。相应地，其布线结果和时序收敛结果也就得到了间接的保证。需要注意的是，LogicLock不同于DesignPartition中的Post- fit Netlist。LogicLock的约束是粗粒度的，并且其精度范围是可调整的；而引入Post-fit Netlist是精确到门级的细粒度约束。

　　4. 核心频率约束+时序例外约束+I/O约束+FloorPlan+LogicLock

　　FloorPlan也是FPGA器件内部的布局约束，是LogicLock的一种特例。成功的FloorPlan需要设计者对可能的时序收敛目标作出预计，并可以参考上一次时序成功收敛的结果。FloorPlan给了设计者对布局位置和范围更多的控制，不能也不可能照搬上一次时序收敛后零散的布局结果，所以对设计者的要求比简单的LogicLock要高。由于获得了更多的自主的控制权，时序收敛结果的可重现性也就越高。

　　5. 核心频率约束+时序例外约束+I/O约束+寄存器布局约束

　　寄存器布局约束是精确到寄存器或LE一级的布局约束。设计者通过对设计施加更精准的控制来获得更可靠的时序收敛过程。