STA学习记录4-输入输出路径约束

1 输入路径约束

由于STA不能检查不受约束路径上的时序约束，因此需要约束所有路径来进行时序分析

当然，如果存在一些输入控制信号，我们并不关心其信号时序，可能并不需要进行时序检查

如下图是一个待分析设计（DUA），UFF0是外部设计，其输出是UFF0的输入，并且UFF0在设计内部，二者的数据通过输入port INP1连接

UFF0和UFF1都是由时钟CLKA驱动的，了解过建立时间和保持时间的应该知道，在第一个时钟上升沿UFF0发送数据，UFF1在下一个时钟上升沿接收数据，因此CLKA的周期应该是数据从UFF0到UFF1的时间

接下来根据上面的图分析时间

对于外部设计，从UFF0到端口INP1时间的是UFF0需要的时间Tclk2q（CK端 -> Q端的时间）+ C1所需的时间Tc1

那么输入端口INP1上的延迟定义指定的是外部延迟的总和（Tclk2q + Tc1）

假设Tclk2q是0.9ns，Tc1是0.6ns，那么输入延迟约束为：

set Tclk2q 0.9
set Tc1 0.6

set_input_delay -clock CLKA -max [expr Tclk2q + Tc1] [get_ports INP1]
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根据这个约束可以知道，输入端口INP1的外部延迟是1.5ns （Tclk2q + Tc1），如果时钟CLKA的周期是2ns，那么端口INP1只剩下500ps（2ns - 1.5ns）的时间可以在设计内部传播

也就是说，UFF1要想在下一个时钟上升沿捕获UFF0发送的稳定的数据，Tc2 + UFF1 setup时间必须小于500ps

了解过setup time和hold time计算的应该留意过，电路中延迟都会给出最大时间和最小时间，用下图的例子加上最大时间和最小时间和分析

最大延迟对应的是最长路径的时间，最小时间对应的是最短路径的时间，通常我们把最大路径称为worst path，最短路径称为best path，在分析setup时，通常是分析worst path

对于这个例子，输入约束为：

created_clock -period 15 -waveform {5 12} [get_ports CLKP]

set_input_delay -clock CLKP -max 6.7 [get_ports INPA]

set_input_delay -clock CLKP -min 3.0 [get_ports INPA]
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• -max指定的是最大延迟
• -min指定的是最小延迟

如果没有指定，则认为最大延迟和最小延迟一致，比如下面这个约束

set_input_delay -clock clk_core 0.5 [get_ports bist_mode]

set_input_delay -clock clk_core 0.5 [get_pots sad_state]
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由于没有 -max 和 -min，因此最大延迟和最小延迟均为0.5ns

2 输出路径约束

与输入路径约束中第一个例子相似，同样是UFF0发送数据，UFF1捕获数据，只不过此时UFF0是内部设计，UFF1是外部设计，如下图所示

此时端口OUTB到UFF1的传播时间（Tc2 + UFF1的setup time）是输出路径的约束

假设Tc2的时间是3.9ns，UFF1的setup time是1.1ns，那么输出约束可定义为：

set Tc2 3.9
set Tsetup 1.1

set_output_delay -clock CLKQ -max [expr Tc2 + Tsetup] [get_ports OUTB]
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再来看下个例子

最大延迟路径为7.4ns（Tc2的最大值 + Tsetup），最小延迟路径为 -0.2ns（Tc2的最小值 - Thold），因此约束为：

creat_clock -period 20 -waveform {0 15} [get_ports CLKQ]

set_output_delay -clock CLKQ -max 7.4 [get_ports OUTC]

set_output_delay -clock CLKQ -min -0.2 [get_ports OUTC]
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下看一个同时具有输入约束和输出约束的例子

在这个例子中，DUA具有两个输入端口DATAIN和MCLK，以及一个输出端口DATAOUT

从图中可以看到，时钟周期是100ns

对于DATAIN的波形，红的方框框住的是当前的数据，而蓝色方框框住的是前一次的数据，因此，data2保持稳定的时间最大是25ns，最小是5ns

对于DATAOUT的波形，数据保持稳定的时间最小是 -5ns，最大是20ns，那么约束可定义如下：

creat_clock -period 100 waveform {5 55} [get_ports MCLK]

set_input_delay 25 -clock MCLK -max [get_ports MCLK]
set_input_delay 5 -clock MCLK -min [get_ports MCLK]

set_output_delay 20 -clock MCLK -max [get_ports MCLK]
set_input_delay -5 -clock MCLK -max [get_ports MCLK]
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参考

Static Timing Analysis for Nanometer Designs: A Practical Approach