静态时序分析简明教程(五)]生成时钟的sdc约束方法

一、写在前面

一个数字芯片工程师的核心竞争力是什么？不同的工程师可能给出不同的答复，有些人可能提到硬件描述语言，有些人可能会提到对于特定算法和协议的理解，有些人或许会提到对于软硬件的结合划分，作者想说，这些说法，其实对也不对，硬件描述语言，翻来覆去无非是always和assign这几个语句的反复使用，而一些基础的协议算法，深究起来其实也并不复杂，于作者而言，在常规的技能以外，有两项额外的技能颇为重要，其中之一便为sdc/STA的分析能力，它的重要之处在于作为桥梁建立了前端和后端的连接，虽然对于DE工程师而言，初版交付的sdc往往不甚准确，也没有办法通过这份sdc生成一份无误的timing report，但sdc的内容体现却是完完整整的将时序约束从行为级的描述映射到了gate level这样一个真实的电路层次上面。
写此专栏，一为学习记录，二为交流分享，以犒粉丝读者。

1.1 快速导航链接·

静态时序分析简明教程(一)绪论
静态时序分析简明教程(二)基础知识：建立保持时间，违例修复，时序分析路径
静态时序分析简明教程(三)备战秋招，如何看懂一个陌生的timing report
静态时序分析简明教程(四)时钟常约束
静态时序分析简明教程(五)生成时钟
静态时序分析简明教程(六)端口延迟
静态时序分析简明教程(七)完整端口约束
静态时序分析简明教程(八)虚假路径
静态时序分析简明教程(九)多周期路径
静态时序分析简明教程(十)组合电路路径
静态时序分析简明教程(十一)模式分析与约束管理
静态时序分析简明教程(十二)浅议tcl语言

二、生成时钟

在静态时序分析简明教程(四)时钟常约束中，我们讨论了如何创建和标识一个普通的时钟信号，按照以下的BNF（巴斯科范式）来进行。

create_clock -period period_value
			 [source_objects]
			 [-name clock_name]
			 [-waveform edge_list]
			 [-add]
			 [-comment comment_string]
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而在常规的时钟约束以外，另一个我们经常讨论的问题，则是时钟的分频和倍频问题，即“生成时钟”问题，它的BNF（巴斯科范式）如下，而生成时钟的母命令为“create_generated_clock”

create_generated_clock [source_objects]
					   -source clock_source_pin
					   [-master_clock master_clock_name]
					   [-edges edge_list]
					   [-divide_by factor]
					   [-multiple_by factor]
					   [-invert]
					   [-edge_shift shift_list]
					   [duty_cycle percent]
					   [-combinational]
					   [-add]
					   [-comment comment_string]
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2.1 标识时钟源

与时钟常规约束类似，通过类似以下的命令来进行标识，详情可见静态时序分析简明教程(四)时钟常约束中的3.2节内容，通过以下的命令，我们知道生成的时钟，是作用于何处

[get_ports A]
[get_nets N]
[get_pins FF/P]
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作用于何处知道后，我们也需要知道，生成时钟，来源于何处，通过 -souce和标识时钟源的以下组合, 我们可以明确新的时钟来源于哪一个老时钟

-source [get_ports A]
        [get_nets N]
        [get_pins FF/P]
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2.2 时钟命名

与时钟常规约束类似，详情可见静态时序分析简明教程(四)时钟常约束中的3.3节内容，通过-name的形式设定名称。

2.3 设定生成时钟的特性

生成时钟的特性，其实就是指生成的新时钟，相较于原来的老时钟的如“分频、倍频、相位变化”等内容的改变，我们有以下的三种方法来约束新时钟的相关特性

2.3.1 -edges

-edges是通过描述对应源时钟边沿（上升沿和下降沿）的整数列表，来描述生成时钟的特性，我们需要至少三个整数，才能描述新时钟的周期特性（两个上升沿，一个下降沿；或者两个下降沿，一个上升沿）假如不是三个整数，想要描述更复杂的时钟周期，我们也需要奇数个整数，来描述新时钟的周期特性

比如上面的这幅图片，加入我们想要描述GCLK1的时钟特性的话，我们可以发现，GCLK1的上升沿，对齐CLK的1号边沿，下降沿，对齐CLK的3号边沿，第二个上升沿，对应CLK的5号边沿（即一个完整周期需要三个边沿）因此我们的SDC需要约束为以下：

create_generated_clock -name GCLK1 -source [get_ports CLK]
-edges {1 3 5} [get_pins FF1/Q]
#第一个出现的-source [get_ports CLK]，是为了标识：生成的时钟来源于哪一个老时钟
#第二个出现的 [get_pins FF1/Q],是为了将生成时钟映射到具体的电路端口/引脚上
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2.3.2 -divide_by

通过-divide_by，我们可以描述分频信号，假如CLK是源时钟，GCLK1是生成时钟，我们可以通过如下的描述进行sdc约束

create_generated_clock -name GCLK1 -source [get_ports CLK]
-divide_by 2 [get_pins FF1/Q]
#通过这种形式，我们描述了相较于CLK的二分频新的信号GCLK1
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2.3.3 -invert

除此以外，我们还可以通过-invert的形式描述取反的时钟波形

create_generated_clock -name GCLK2 -source [get_ports CLK]
-invert
-divide_by 2 [get_pins FF1/Q]
#通过这种形式，我们描述了相较于CLK的同时进行二分频和反相操作的新的信号GCLK2
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2.3.4 -multiply_by

通过-multiply_by，我们可以描述倍频信号，假如GCLK1是源时钟，CLK是生成时钟，即CLK相较于GCLK1为倍频信号，我们可以通过如下的描述进行sdc约束

create_generated_clock -name CLK -source [get_ports GCLK1]
-multiply_by 2 [get_pins FF2/Q]
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2.3.5 时钟沿位移

生成时钟的时钟沿可能会受时钟的影响发生位移，在遇到这种情况的时候，我们可以通过-edge_shift的选项，选取一组浮点数，来表示在时间单元内每一个时钟沿的位移。

我们的SDC可以约束如下：

create_generated_clock -name PULSE -source [get_ports clk]
-edges {1 1 3} -edge_shift {0 2 0} [get_pins FF1/Q]
#在第一个源时钟沿产生上升沿
#在第一个源时钟沿到达2ns后产生下降沿
#在第三个源时钟沿产生上升沿
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2.4 多个同源时钟

参见静态时序分析简明教程(四)时钟常约束中3.5的内容，同样是通过-add来避免时钟信号的覆盖

2.5 使能组合电路路径

假如从源时钟到生成时钟的路径一部分是时序电路，另一部分是组合电路，为了隔绝二者之间的联系，可以使用 -combinational 来加以标识，因为这里用到的不多，因此简略介绍如上。

2.6 注释时钟

参见静态时序分析简明教程(四)时钟常约束中3.6的内容，使用-comment的尾缀增加时钟注释。

三、总结

本节中我们讲解了如何根据源时钟，产生新时钟的SDC约束方法，通过multiply的方式使时钟倍频，通过divide的方式使时钟分频，通过-source的方式标识源时钟（老时钟），也可以通过-edge的方式对齐源时钟和生成时钟的边沿，此外我们还讨论了有关时钟相位偏移的sdc相关约束方法。