静态时序分析STA——7.2 STA环境的配置（输入输出路径约束）

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参考文献
[1]Static Timing Analysis for Nanometer Designs A Practical Approach

三、约束输入路径

  在一些示例中我们可能并不关心某些逻辑，因而这些输入路径可能可以不用约束。例如，设计人员可能并不在乎一些输入控制信号的时序，因此可能并不需要进行本节中将要介绍的时序检查。但是，目前假定我们要约束全部的输入路径。

  图 7-21 中为待分析设计（DUA）的输入路径。触发器 UFF0 在设计的外部，并向设计内部的触发器 UFF1 提供数据。数据通过输入端口INP1 连接两个触发器。

  CLKA 的时钟定义指定了时钟周期，这是两个触发器 UFF0 和 UFF1 之间可用的总时间。外部逻辑所需的时间为 Tclk2q（数据发起触发器UFF0 的 CK 至 Q 延迟）加上 Tc1（通过外部组合逻辑的延迟），因此输入引脚 INP1 上的延迟定义指定了 Tclk2q 加上 Tc1 的外部延迟。并且这个外部延迟是相对于一个时钟指定的，在本示例中为时钟CLKA。
  以下是输入延迟的约束

set Tclk2q 0.9
set Tc1 0.6
set_input_delay -clock CLKA -max [expr Tclk2q + Tc1] [get_ports INP1]

  该约束指定输入端口 INP1 的外部延迟为 1.5ns，且这是相对于时钟CLKA 而言的。假设 CLKA 的时钟周期为 2ns，则 INP1 引脚的逻辑只有 500ps（= 2ns-1.5ns）可以在设计内部中传播。此输入延迟定义意味着输入约束为： Tc2 加上触发器 UFF1 的 Tsetup 必须小于 500ps，才可以确保可靠地捕获到触发器 UFF0 发起的数据。请注意，上述外部延迟值被指定为了最大值（max）。

  如果同时考虑最大和最小延迟情况，如图 7-22 所示。以下是此示例的约束：

create_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]

  INPA 的最大和最小延迟是从 CLKP 到 INPA 的延迟中得出的，最大和最小延迟分别是最长和最短路径延迟，这些通常也可以对应于最坏情况（worst-case）下的慢速（最大时序工艺角）和最佳情况（bestcase）下的快速（最小时序工艺角）。因此，最大延迟对应于最大时序工艺角下的最长路径延迟，最小延迟对应于最小时序工艺角下的最短路径延迟。在我们的示例中， 1.1ns 和 0.8ns 是 Tck2q 的最大和最小延迟值。组合逻辑路径延迟 Tc1 的最大延迟为 5.6ns，最小延迟为2.2ns。 INPA 上的波形显示了数据到达设计输入端的时间窗口，以及预计达到稳定状态的时间。从 CLKP 到 INPA 的最大延迟为 6.7ns（=1.1ns + 5.6ns），最小延迟为 3ns（= 0.8ns + 2.2ns），这些延迟是相对于时钟有效沿指定的。在给定外部输入延迟的情况下，设计内部的可用建立时间是慢角（slow corner）下的 8.3ns（= 15ns-6.7ns）和快角（fast corner）下的 12ns（= 15ns-3.0ns）中的最小值。因此， 8.3ns 是用来可靠地捕获 DUA 内部数据的可用时间。
  注意，未指定 max 或 min 选项，因此 500ps 这个值将同时用于最大延迟和最小延迟。此外部输入延迟是相对于时钟 clk_core 的上升沿指定的（如果输入延迟是相对于时钟的下降沿指定的，则必须使用-clock_fall 选项）。

四、约束输出路径

  以下通过三个例子来介绍输出路径的约束。

例子A

  图 7-23 为一条通过待分析设计输出端口的路径示例，其中 Tc1 和 Tc2 是通过组合逻辑的延迟。

  时钟 CLKQ 的周期定义了触发器 UFF0 和 UFF1 之间的总可用时间。外部逻辑的总延迟为 Tc2 加上 Tsetup，此总延迟 Tc2 + Tsetup 必须作为输出延迟约束的一部分来指定。注意，输出延迟是相对于捕获时钟指定的，数据必须及时到达外部触发器 UFF1 才能满足其建立时间要求。

set Tc2 3.9
set Tsetup 1.1
set_output_delay -clock CLKQ -max [expr Tc2 + Tsetup] [get_ports OUTB]

  这指定了相对于时钟边沿的最大外部延迟为 Tc2 加上 Tsetup，即 5ns 的延迟。最小延迟可以类似地指定。最大输出延迟为Tc2_max+Tsetup。

例子B

  图 7-24 给出了同时具有最小和最大延迟的示例。最大路径延迟为7.4ns（=Tc2 最大值加上 Tsetup = 7 + 0.4），最小路径延迟为-0.2ns（=Tc2 最小值减去 Thold = 0-0.2）。因此，输出约束为：

create_clock -period 20 -waveform {0 15} [get_ports CLKQ]
set_output_delay -clock CLKQ -min -0.2 [get_ports OUTC]
set_output_delay -clock CLKQ -max 7.4 [get_ports OUTC]

  图 7-24 中的波形显示了 OUTC 必须保持稳定状态的时间，以确保外部触发器能够可靠地捕获它。这说明在所需的稳定区域开始之前，数据就必须在输出端口准备就绪，并且必须保持稳定，直到稳定区域结束为止。这同样反映了 DUA 内部对输出端口 OUTC 逻辑的时序要求。最大输出延迟为Tc2_max+Tsetup，最小输出延迟为tc2_min-thold。

例子C

  该模块具有两个输入端口DATAIN 和 MCLK，以及一个输出端口 DATAOUT。图 7-25 显示了预期的波形。

create_clock -period 100 -waveform {5 55} [get_ports MCLK]
set_input_delay 25 -max -clock MCLK [get_ports DATAIN]
set_input_delay 5 -min -clock MCLK [get_ports DATAIN]
set_output_delay 20 -max -clock MCLK [get_ports DATAOUT]
set_output_delay -5 -min -clock MCLK [get_ports DATAOUT]