ALTERA系列的FPGA时序分析

一、基本时序路径r r t1.FPGA内部来说，常见的基本时序路径（即静态时序分析对象）有以下四类：r r t r r t（1）内部寄存器之间的时序路径，即reg2regr r t r r t（2）输入引脚到内部寄存器的时序路径，即pin2regr r t r r t（3）内部寄存器到到输引脚的时序路径，即reg2pinr r t r r t（4）输入引脚到输出引脚的时序路径，即pin2pinr r t r r t其中前三类路径是和内部寄存器reg和时钟CLK有关的，因此还需关注内部数据信号与时钟锁存沿的建立时间和保存时间（具体见时序分析一），而最后一类信号的传输通常不经过时钟，因此它的约束也相对简单一些，一般直接约束pin2pin的延时值得范围即可。（另有一种说法是以上的时序分析都是针对时钟驱动的电路进行的，并且分析对象均为‘寄存器-寄存器对’，把引脚pin看作是在引脚外部虚拟一个寄存器做为分析对象，其实怎么看都行）在ALTERA系列FPGA的时序分析中，理解基本时序路径是确保系统稳定运行的关键。时序路径主要分为四类：内部寄存器之间的时序路径（reg2reg）、输入引脚到内部寄存器的时序路径（pin2reg）、内部寄存器到输出引脚的时序路径（reg2pin）以及输入引脚到输出引脚的时序路径（pin2pin）。这四类路径在设计和分析时有着不同的考虑。对于reg2reg路径，涉及的是同一时钟域内的两个寄存器之间数据传输的时序。在这一路径中，我们需要关注建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）。建立时间是指数据必须在时钟边沿到来之前到达目的地，而保持时间则是指数据必须在时钟边沿之后的一段时间内保持稳定。通常，我们会根据时钟频率设定时序约束，使得Setup Slack和Hold Slack大于0，确保时序要求得到满足。 pin2reg路径涉及到外部输入信号到内部寄存器的数据传输。这里的约束需要参照芯片数据手册提供的时序信息，如数据的输出延迟（Tco）、建立时间（Tsu）和保持时间（Th）。这些参数会影响数据到达寄存器的时间，从而影响整个路径的时序。 reg2pin路径与pin2reg类似，但方向相反，是从内部寄存器到输出引脚。约束需要考虑输出引脚的特性，确保数据在正确的时钟边沿到达并保持稳定。 pin2pin路径则较为特殊，通常涉及组合逻辑和布线延迟。由于没有固定的时钟控制，此类路径主要关注信号通过路径的总延迟，需要设置最大和最小延时值，确保信号传输的稳定性。时序分析中的关键指标包括Setup Slack和Hold Slack，它们分别代表了在时钟边沿前后数据是否能够正确到达。在进行约束计算时，比如reg2reg路径，我们可以用如下公式来计算： -建立时钟余量：Clock Setup Slack = Data Required Time – Data Arrival Time -保持时钟余量：Clock Hold Slack = Data Arrival Time – Data Required Time类似的计算方式也适用于reg2pin和其他路径。时序约束的目的是确保所有路径上的数据传输都在时钟边沿处准确无误地完成，避免出现错误。 ALTERA系列FPGA的时序分析是优化设计性能和可靠性的重要步骤。通过对不同时序路径的理解和精确约束，可以有效地提高系统的速度和稳定性。设计师需要深入理解每个路径的特点，并结合芯片手册中的具体参数，使用合适的工具进行时序约束，以确保设计的高质量实现。