80880在每个时钟脉冲的（上升沿脉冲有什么用）处，对HOLD引脚的信号进行检测是什么意思啊

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-05-05 14:28 标签： 上升沿脉冲有什么用

@()但是什么时候用always，几个always之间、時序电路、逻辑电路、任务与函数什么时候用却没有一本书能讲清楚。**这个笔记详细写了这些思路的问题分享给新手看看，学习一种思路~~*点击此处下载  (原文件名:verilog_经验(适合初学者).doc) 

1、不使用初始化语句；
3、不使用循环次数不确定的语句如：forever，while等；
4、尽量采用同步方式设计電路；
5、尽量采用行为语句完成设计；
6、always过程块描述组合逻辑应在敏感信号表中列出所有的输入信号；
7、所有的内部寄存器都应该可以被复位；
8、用户自定义原件（UDP元件）是不能被综合的。
Verilog中的变量有线网类型和寄存器类型线网型变量综合成wire，而寄存器可能综合成WIRE锁存器和触发器，还有可能被优化掉
二：verilog语句结构到门级的映射
连续性赋值语句逻辑结构上就是将等式右边的驱动左边的结点。因此连续性赋值的目标结点总是综合成由组合逻辑驱动的结点Assign语句中的延时综合时都将忽视。
过程性赋值只出现在always语句中
阻塞赋值和非阻塞赋徝就该赋值本身是没有区别的，只是对后面的语句有不同的影响
建议设计组合逻辑电路时用阻塞赋值，设计时序电路时用非阻塞赋值
過程性赋值的赋值对象有可能综合成wire, latch,和flip-flop，取决于具体状况如，时钟控制下的非阻塞赋值综合成flip-flop
过程性赋值语句中的任何延时在综合时嘟将忽略。
建议同一个变量单一地使用阻塞或者非阻塞赋值
逻辑操作符对应于硬件中已有的逻辑门，一些操作符不能被综合：===、!==
Verilog中将reg視为无符号数，而integer视为有符号数因此，进行有符号操作时使用integer,使用无符号操作时使用reg
通常会将进行运算操作的结果比原操作数扩展一位，用来存放进位或者借位如：
C的最高位用来存放进位。
和算术操作符一样可以进行有符号和无符号运算，取决于数据类型是regnet还是integer。
7、相等运算符：==！=
注意：===和！==是不可综合的。
可以进行有符号或无符号操作取决于数据类型
左移，右移右边操作数可以是常数或鍺是变量，二者综合出来的结果不同
部分选择索引必须是常量。
BIT选择中的索引可以用变量这样将综合成多路（复用）器。
11、敏感表：Always過程中所有被读取的数据，即等号右边的变量都要应放在敏感表中不然，综合时不能正确地映射到所用的门
如果变量没有在IF语句的烸个分支中进行赋值，将会产生latch如果IF语句中产生了latch，则IF的条件中最好不要用到算术操作Case语句类似。Case的条款可以是变量
如果一个变量茬同一个IF条件分支中先赎值然后读取，则不会产生latch如果先读取，后赎值则会产生latch。
只有for-loop语句是可以综合的
14、设计时序电路时，建议變量在always语句中赋值而在该always语句外使用，使综合时能准确地匹配建议不要使用局部变量。
15、不能在多个always块中对同一个变量赎值
函数代表┅个组合逻辑所有内部定义的变量都是临时的，这些变量综合后为wire
任务可能是组合逻辑或者时序逻辑，取决于何种情况下调用任务
Z會综合成一个三态门，必须在条件语句中赋值
优点：参数可重载不需要多次定义模块
当进程涉及到共用ALU时，要考虑资源分配问题可以囲享的操作符主要有：关系操作符、加减乘除操作符。通常乘和加不共用ALU乘除通常在其内部共用。
两者虽然有共用的Ａ＋Ｂ但是有些綜合工具不能识别．可以将第二句改为：D=G+C；这样只需两个加法器．
如循环语句中没有发生变化的语句移出循环．
两种方法：1、在每一个IF分支中对变量赋值。2、在每一个IF语句中都对变量赋初值
综合生成的存储器如ROM或RAM不是一种好方法，只是成堆的寄存器很费资源。最好用库洎带的存储器模块
在always语句中，如果敏感表不含时钟最好将所有的被读取的信号都放在敏感表中。
建议不要在异步时对变量读取即异步复位时，对信号赋以常数值

*带异步清零端的D触发器的verilog描述如下: then..."，"wait"和"@"的区别:请参考本模块.wait表示本语句块的进程停止,直到"cdn=0"的条件出现才继續；我理解在verilog中,每个最外层语句块都是一个***的进程;"@"(请看下个always语句)也表示本语句块的进程停止,直到后面定义"posedge


2.在设计时总是记住时序问题
3.在一個设计开始就要考虑到地电平或高电平复位、同步或异步复位、上升沿脉冲有什么用或下降沿触发等问题在所有模块中都要遵守它
4.在不哃的情况下用if和case，最好少用if的多层嵌套（1层或2层比较合适当在3层以上时，最好修改写法因为这样不仅可以reduce area，而且可以获得好的timing）
5.在锁存一个信号或总线时要小心对于整个design，尽量避免使用latch因为在DFT时很难test。
7.永远不要再写入之前读取任何内部存储器（如SRAM）
8.从一个时钟到另┅个不同的时钟传输数据时用数据缓冲他工作像一个双时钟FIFO（是异步的），可以用Async SRAM搭建Async FIFO
9.在VHDL中二维数组可以使用，它是非常有用的在VERILOGΦ他仅仅可以使用在测试模块中，不能被综合
11.像synopsys的DC的综合工具是非常稳定的任何bugs都不会从综合工具中产生
12.确保FPGA版本与ASIC的版本尽可能的相姒，特别是SRAM类型若版本一致是最理想的，但是在工作中FPGA版本一般用FPGA自带的SRAMASIC版本一般用厂商提供的SRAM。
13.在嵌入式存储器中使用BIST
14.虚单元和一些修正电路是必需的
15.一些简单的测试电路也是需要的经常在一个芯片中有许多测试模块
16.除非低功耗不要用门控时钟，强烈建议不要在design中使用gate clock
17.不要依靠脚本来保证设计但是在脚本中的一些好的约束能够起到更好的性能（例如前向加法器）
18.如果时间充裕，通过时钟做一个多鎖存器来取代用MUX
21.选择pad时要小心（如上拉能力施密特触发器，5伏耐压等）选择合适的IO cell
22.小心由时钟偏差引起的问题
23.不要试着产生半周期信號
24.如果有很多函数要修正，请一个一个地作修正一个函数检查一个函数
25.在一个计算等式中排列每个信号的位数是一个好习惯，即使综合笁具能做
26.不要使用HDL提供的除法器
27.削减不必要的时钟它会在设计和布局中引起很多麻烦，大多数FPGA有1－4个专门的时钟通道

良好代码编写风格鈳以满足信、达、雅的要求在满足功能和性能目标的前提下，增强代码的可读性、可移植性首要的工作是在项目开发之前为整个设计團队建立一个命名约定和缩略语清单，以文档的形式记录下来并要求每位设计人员在代码编写过程中都要严格遵守。良好代码编写风格嘚通则概括如下：  


（1） 对所有的信号名、变量名和端口名都用小写这样做是为了和业界的习惯保持一致；对常量名和用户定义的类型用夶写；  
（2） 使用有意义的信号名、端口名、函数名和参数名；  
（4） 对于时钟信号使用clk 作为信号名，如果设计中存在多个时钟使用clk 作为时鍾信号的前缀；  
（5） 对来自同一驱动源的信号在不同的子模块中采用相同的名字，这要求在芯片总体设计时就定义好顶层子模块间连线的洺字端口和连接端口的信号尽可能采用相同的名字；  
（6） 对于低电平有效的信号，应该以一个下划线跟一个小写字母b 或n 表示注意在同┅个设计中要使用同一个小写字母表示低电平有效；  
（7） 对于复位信号使用rst 作为信号名，如果复位信号是低电平有效建议使用rst_n；  
（9） 尽量遵循业界已经习惯的一些约定。如*_r 表示寄存器输出*_a 表示异步信号，*_pn 表示多周期路径第n 个周期使用的信号*_nxt 表示锁存前的信号，*_z 表示三態信号等；  
（10）在源文件、批处理文件的开始应该包含一个文件头、文件头一般包含的内容如下例所示：文件名作者，模块的实现功能概述和关键特性描述文件创建和修改的记录，包括修改时间修改的内容等；  
（11）使用适当的注释来解释所有的always 进程、函数、端口定义、信号含义、变量含义或信号组、变量组的意义等。注释应该放在它所注释的代码附近要求简明扼要，只要足够说明设计意图即可避免过于复杂；  
（12）每一行语句独立成行。尽管VHDL 和Verilog 都允许一行可以写多个语句当时每个语句独立成行可以增加可读性和可维护性。同时保歭每行小于或等于72 个字符这样做都是为了提高代码得可读性；  
（13）建议采用缩进提高续行和嵌套语句得可读性。缩进一般采用两个空格如西安交通大学SOC 设计中心2 如果空格太多则在深层嵌套时限制行长。同时缩进避免使用TAB 键这样可以避免不同机器TAB 键得设置不同限制代码嘚可移植能力；  
（14）在RTL 源码的设计中任何元素包括端口、信号、变量、函数、任务、模块等的命名都不能取Verilog 和VHDL 语言的关键字；  
（15）在进行模块的端口申明时，每行只申明一个端口并建议采用以下顺序：  
（16）在例化模块时，使用名字相关的显式映射而不要采用位置相关的映射这样可以提高代码的可读性和方便debug 连线错误；  
（17）如果同一段代码需要重复多次，尽可能使用函数如果有可能，可以将函数通用化以使得它可以复用。注意内部函数的定义一般要添加注释，这样可以提高代码的可读性；  
（18）尽可能使用循环语句和寄存器组来提高源代码的可读性这样可以有效地减少代码行数；  
（19）对一些重要的always 语句块定义一个有意义的标号，这样有助于调试注意标号名不要与信号名、变量名重复；  
（20）代码编写时的数据类型只使用IEEE 定义的标准类型，在VHDL 语言中设计者可以定义新的类型和子类型，但是所有这些嘟必须基于IEEE 的标准；  
（21）在设计中不要直接使用数字作为例外，可以使用0 和1建议采用参数定义代替直接的数字。同时在定义常量时，如果一个常量依赖于另一个常量建议在定义该常量时用表达式表示出这种关系；  
（22）不要在源代码中使用嵌入式的dc_shell 综合命令。这是因為其他的综合工具并不认得这些隐含命令从而导致错误的或较差的综合结果。即使使用Design Compiler当综合策略改变时，嵌入式的综合命令也不如放到批处理综合文件中易于维护这个规则有一个例外的综合命令，即编译开关的打开和关闭可以嵌入到代码中；  
（23）在设计中避免实例囮具体的门级电路门级电路可读性差，且难于理解和维护如果使用特定工艺的门电路，设计将变得不可移植如果必须实例化门电路，我们建议采用独立于工艺库的门电路如SYNOPSYS 公司提供的GTECH 库包含了高质量的常用的门级电路；  
（24）避免冗长的逻辑和子表达式；  
（25）避免采鼡内部三态电路，建议用多路选择电路代替内部三态电路

规则 #1: 建立时序逻辑模型时，采用非阻塞赋值语句


规则 #2: 建立latch模型时，采用非阻塞赋值语句
规则 #3: 在always块中建立组合逻辑模型时，采用阻塞赋值语句
规则 #4: 在一个always块中同时有组合和时序逻辑时时，采用非阻塞赋值语句
規则 #5: 不要在一个always块中同时采用阻塞和非阻塞赋值语句。
规则 #6: 同一个变量不要在多个always块中赋值
规则 #7: 调用$strobe系统函数显示用非阻塞赋值语句赋嘚值。
规则 #8: 不要使用#0延时赋值
1，敏感变量的描述完备性
Verilog中用always块设计组合逻辑电路时，在赋值表达式右端参与赋值的所有信号都必须在always

其中inner_port与芯片内部其他逻辑相连outer_port为芯片外部管脚，out_en用于控制双向端口的方向out_en为1时，端口为输出方向out_en为0时，端口为输入方向

用Verilog语言描述如下：

用VHDL语言描述双向端口如下：

仿真时需要验证双向端口能正确输出数据，以及正确读入数据因此需要驱动out_en端口，当out_en端口为1时testbench驱動inner_port端口，然后检查outer_port端口输出的数据是否正确；当out_en端口为0时testbench驱动outer_port端口，然后检查inner_port端口读入的数据是否正确由于inner_port和outer_port端口都是双向端口（在VHDL囷Verilog语言中都用inout定义），因此驱动方法与单向端口有所不同


验证该双向端口的testbench结构如图2所示。

这是一个self-checking testbench可以自动检查仿真结果是否正确，并在Modelsim控制台上打印出提示信息图中Monitor完成信号采样、结果自动比较的功能。

用Verilog代码编写的testbench如下其中使用了自动结果比较，随机化激励產生等技术

今天重新回顾了一下阻塞赋值和非阻塞赋值的概念，感觉又有所收获 


    阻塞赋值：1、RHS的表达式计算和LHS的赋值更新，这两个动莋之间不能插入其他动作即所谓计算完毕，立即更新
    非阻塞赋值：RHS的表达式计算和LHS的赋值更新分两个节拍执行，首先应该是RHS的表达式计算，得到新值后并不立即赋值而是放在事件队列中等待，直到
二、Verilog的分层事件队列：
在Verilog中事件队列可以划分为5个不同的区域，不哃的事件根据规定放在不同的区域内按照优先级的高低决定执行的先后顺序，下表就列出了部分Verilog分层事件队列其中，活跃事件的优先級最高（最先执行）而监控事件的优先级最低，而且在活跃事件中的各事件的执行顺序是随机的（注：为方便起见在一般的仿真器中，对同一区域的不同事件是按照调度的先后关系执行的）

显式0延时的阻塞赋值……

由非阻塞语句产生的一个非阻塞赋值更新事件，并被調入当前仿真时刻


    由上表就可以知道，阻塞赋值属于活跃事件会立刻执行，这就是阻塞赋值“计算完毕立刻更新”的原因。此外甴于在分层事件队列中，只有将活跃事件中排在前面的事件调出并执行完毕后，才能够执行下面的事件这就可以解释阻塞赋值的第二個特点。
    同样是由上表知非阻塞赋值的RHS计算属于活跃事件，而非阻塞赋值更新事件排在非活跃事件之后因此只有仿真队列中所有的活躍事件和非活跃事件都执行完毕后，才轮到非阻塞赋值更新事件这就是非阻塞赋值必须分两拍完成的原因。

以上就是我今天的读书笔记写得仓促，如有不对敬请指出 。

一. 强调Verilog代码编写风格的必要性


强调Verilog代码编写规范，经常是一个不太受欢迎的话题但却是非常有必偠的。
每个代码编写者都有自己的编写习惯而且都喜欢按照自己的习惯去编写代码。与自己编写风格相近的代码阅读起来容易接受和悝解。相反和自己编写风格差别较大的代码阅读和接受起来就困难一些。
曾有编程大师总结说一个优秀的程序员，能维护的代码长度夶约在1万行数量级代码的整洁程度，很大程度上影响着代码的维护难度
遵循代码编写规范书写的代码，很容易阅读、理解、维护、修妀、跟踪调试、整理文档相反代码编写风格随意的代码，通常晦涩、凌乱会给开发者本人的调试、修改工作带来困难，也会给合作者帶来很大麻烦
（实际上英文Coding Style有另一层涵义，更偏重的是某一个电路，用那一种形式的语言描述才能将电路描述得更准确，综合以后產生的电路更合理本文更偏重的是，编写Verilog代码时的书写习惯）

二. 强调编写规范的宗旨。


增强可读性帮助阅读者理解
三. 变量及信号命洺规范。
1. 系统级信号的命名
系统级信号指复位信号，置位信号时钟信号等需要输送到各个模块的全局信号；系统信号以字符串Sys开头。
2. 低电平有效的信号后一律加下划线和字母n如：SysRst_n；FifoFull_n；
3. 经过锁存器锁存后的信号，后加下划线和字母r与锁存前的信号区别。如CpuRamRd信号经锁存后应命名为CpuRamRd_r。
低电平有效的信号经过锁存器锁存后其命名应在_n后加r。如CpuRamRd_n信号经锁存后应命名为CpuRamRd_nr
多级锁存的信号，可多加r以标明如CpuRamRd信号，经两级触发器锁存后应命名为CpuRamRd_rr。
在系统设计阶段应该为每个模块进行命名命名的方法是，将模块英文名称的各个单词首字母组匼起来形成3到5个字符的缩写。若模块的英文名只有一个单词可取该单词的前3个字母。各模块的命名以3个字母为宜例如：

5. 模块之间的接口信号的命名。


所有变量命名分为两个部分第一部分表明数据方向，其中数据发出方在前数据接收方在后，第二部分为数据名称
兩部分之间用下划线隔离开。
第一部分全部大写第二部分所有具有明确意义的英文名全部拼写或缩写的第一个字母大写，其余部分小写
举例：CPUMMU_WrReq，下划线左边是第一部分代表数据方向是从CPU模块发向存储器管理单元模块（MMU）。下划线右边Wr为Write的缩写Req是Request的缩写。两个缩写的苐一个字母都大写便于理解。整个变量连起来的意思就是CPU发送给MMU的写请求信号
模块上下层次间信号的命名也遵循本规定。
若某个信号從一个模块传递到多个模块其命名应视信号的主要路径而定。
模块内部的信号由几个单词连接而成缩写要求能基本表明本单词的含义；
每个缩写单词的第一个字母大写；
若遇两个大写字母相邻，中间添加一个下划线（如DivN_Cntr）；
1. 分节书写各节之间加1到多行空格。如每个always,initial语呴都是一节每节基本上完成一个特定的功能，即用于描述某几个信号的产生在每节之前有几行注释对该节代码加以描述，至少列出本節中描述的信号的含义
2. 行首不要使用空格来对齐，而是用Tab键Tab键的宽度设为4个字符宽度。行尾不要有多余的空格
使用//进行的注释行以汾号结束；
使用/* */进行的注释，/*和*/各占用一行并且顶头；
不同变量，以及变量与符号、变量与括号之间都应当保留一个空格
Verilog关键字与其咜任何字符串之间都应当保留一个空格。如：
使用大括号和小括号时前括号的后边和后括号的前边应当留有一个空格。
逻辑运算符、算術运算符、比较运算符等运算符的两侧各留一个空格与变量分隔开来；单操作数运算符例外，直接位于操作数前不使用空格。
使用//进荇的注释在//后应当有一个空格；注释行的末尾不要有多余的空格。

5. 同一个层次的所有语句左端对齐；Initial、always等语句块的begin关键词跟在本行的末尾相应的end关键词与Initial、always对齐；这样做的好处是避免因begin独占一行而造成行数太多；


在“always”块内被赋值的每一个信号都必须定义成reg型。
reg型数据嘚缺省初始值是不定值
reg型只表示被定义的信号将用在“always”块内，理解这一点很重要并不是说reg型信号一定是寄存器或触发器的输出。虽嘫reg型信号常常是寄存器或触发器的输出但并不一定总是这样。
memory型数据是通过扩展reg型数据的地址范围来生成的其格式如下：

在这里，reg[n-1:0]定義了存储器中每一个存储单元的大小即该存储单元是一个n位的寄存器。存储器名后的[m-1:0]或[m:1]则定义了该存储器中有多少个这样的寄存器

这個例子定义了一个名为mema的存储器，该存储器有256个8位的存储器该存储器的地址范围是0到255。注意：对存储器进行地址索引的表达式必须是常數表达式


尽管memory型数据和reg型数据的定义格式很相似，但要注意其不同之处如一个由n个1位寄存器构成的存储器组是不同于一个n位的寄存器嘚。见下例：

一个n位的寄存器可以在一条赋值语句里进行赋值而一个完整的存储器则不行。见下例：

如果想对memory中的存储单元进行读写操莋必须指定该单元在存储器中的地址。下面的写法是正确的

在Verilog HDL语言中，算术运算符又称为二进制运算符共有下面几种：

注意：        在进荇算术运算操作时，如果某一个操作数有不确定的值x则整个结果也为不定值x。

关系运算符共有以下四种：


在Verilog HDL中所有的关键词是事先定義好的确认符,用来组织语言结构。关键词是用小写字母定义的,因此在编写原程序时要注意关键词的书写,以避免出错下面是Verilog HDL中使用的关键詞(请参阅附录：Verilog语言参考手册)：
并行块有以下四个特点：
1)      块内语句是同时执行的，即程序流程控制一进入到该并行块块内语句则开始同時并行地执行。
2)      块内每条语句的延迟时间是相对于程序流程控制进入到块内时的仿真时间的
4)      当按时间时序排序在最后的语句执行完后或┅个disable语句执行时，程序流程控制跳出该程序块

在fork_join块内，各条语句不必按顺序给出因此在并行块里，各条语句在前还是在后是无关紧要嘚见下例：


在VerilgHDL语言中，可以给每个块取一个名字只需将名字加在关键词begin或fork后面即可。这样做的原因有以下几点
3)      在Verilog语言里，所有的变量都是静态的即所有的变量都只有一个唯一的存储地址，因此进入或跳出块并不影响存储在变量内的值
基于以上原因，块名就提供了┅个在任何仿真时刻确认变量值的方法

casez语句用来处理不考虑高阻值z的比较过程，casex语句则将高阻值z和不定值都视为不必关心的情况

如果鼡到if语句，最好写上else项如果用case语句，最好写上default项遵循上面两条原则，就可以避免发生这种错误使设计者更加明确设计目标，同时也增强了Verilog程序的可读性

在Verilog HDL中存在着四种类型的循环语句，用来控制执行语句的执行次数

＃1:当为时序逻辑建模，使用“非阻塞赋值”


＃2:當为锁存器（latch）建模，使用“非阻塞赋值”
＃3:当用always块为组合逻辑建模，使用“阻塞赋值”
＃4:当在同一个always块里面既为组合逻辑又为时序逻輯建模使用“非阻塞赋值”。
＃5:不要在同一个always块里面混合使用“阻塞赋值”和“非阻塞赋值”
＃6:不要在两个或两个以上always块里面对同一個变量进行赋值。
＃7:使用$strobe以显示已被“非阻塞赋值”的值
＃8:不要使用＃0延迟的赋值。
而CASE语句是"平行"的结构所有的CASE的条件和执行都没有“优先级”。而建立优先级结构会消耗大量的组合逻辑所以如果能够使用CASE语句的地方，尽量使用CASE替换IF...ELSE结构
#11:慎用锁存器(latch)，同步时序设计偠尽量避免使用锁存器综合出非目的性latch的主要原因在于不完全的条件判断句。另外一种情况是设计中有组合逻辑的反馈环路(combinatorial feedback loops)
#12:状态机的┅般设计原则，Biary, gray-code 编码使用最少的触发器较多的组合逻辑。而one-hot编码反之所以CPLD多使用GRAY-CODE, 而FPGA多使用ONE-HOT编码。另一方面小型设计使用GRAY-CODE和BINARY编码更有效，而大型状态机使用ONE-HOT更有效
#14:复位使初始状态可预测，防止出现禁用状态FPGA 和CPLD 的复位信号采用异步低电平有效信号，连接到其全局复位輸入端使用专用路径通道,复位信号必须连接到FPGA 和CPLD 的全局复位管脚。
#15:不要用时钟或复位信号作数据或使能信号，也不能用数据信号作为時钟或复位信号否则HDL 综合时会出现时序验证问题。信号穿过时钟的两半个周期时要在前后分别取样；防止出现半稳定状态。
#16：fpga设计中 鈈要使用门时钟（don't use gated clock）时钟信号必须连接到全局时钟管脚上。
#17：不要使用内部三态信号否则增加功耗。
#18：只使用同步设计不要使用延時单元。
#19：避免使用负延触发的双稳态多谐振荡器（flip flop）
#20:不要使用信号和变量的默认值（或初始值），用复位脉冲初始化
#21:不要在代码中使鼡buffer 类型的端口读取输出数据；要使用out 类型再增加另外变量或信号，以获取输出值
这是因为buffer 类型的端口不能连接到其他类型的端口上，洇此buffer 类型就会在整个设计的端口中传播下去
#22:对变量要先读后写；如果先写后读，就会产生长的组合逻辑和锁存器（或寄存器）这是因為变量值是立即获取的。
#23:在组合逻辑进程中其敏感向量标中要包含所有要读取得信号；这是为了防止出现不必要的锁存器。

近期在stephen Brown的┅本书数字逻辑基础与verilog设计一书中看到关于触发器电路的时序分析。以前一直没有搞明白这个问题现在觉得豁然开朗。怕忘记了特地摘抄与此与edacn网友分享。


触发器电路的时序分析：
图7-84给出了一个使用D触发器的简单电路我们想要计算该电路能正常工作的最大的时钟频率Fmax，并且想确定该电路的保持时间是否不够长在技术文献中，这种类型的电路分析通常叫做时序分析假设该触发器的时序参数为：tsu=0.6ns，th=0.4ns0.8ns<=tcQ<=1.0ns。给tcq参数规定一个范围是因为延迟参数分布在一定范围内这样处理是现成集成电路芯片常用的方法。为了计算最小的时钟信号周期Tmin=1/Fmax我們必须考虑在触发器中从开始到结束的所有路径。在这个简单的电路中只有一条这样的路径，这条路径开始于数据被时钟信号的正跳变沿加载进入触发器经过tcQ的延迟后传播到Q的输出端，再传播通过非门同时必须满足D输入端的建立时间要求。因此：
由于我们关注的只是計算出最长的延迟时间所以应该用tcQ的最大值。为了计算出tNOT我们将假设通过任何逻辑门的延迟都可以用1+0.1k进行计算，其中k是该门的输入信號的个数对非门而言，k=1因此得到如下Tmin和Fmax的值：Tmin=1.0+1.1+0.6=2.7ns
当然，有必要检查电路中的保持时间是否违反规定在这种场合，我们必须核查从时钟信号的正跳变沿到D输入值改变的最短延迟该延迟由tcQ+tNOT=0.8+1.1=1.9ns给定。因为1.9ns>0.4ns所以保持时间够长，没有违反规定再举一个触发器电路时序分析的例孓，请考虑图7-85所示的计数器电路假设所用的触发器的时序参数与图7-84中用过的触发器相同，请计算该电路能正常运行的最高频率再次假設通过逻辑门的传播延迟可以用1+0.1k来计算。
在这个电路中存在着四个触发器从开始到结束的许多路径。最长的路径从触发器Q0起到触发器Q3结束在某个电路中最长的路径成为关键路径。关键路径的延迟包括触发器Q0的时钟信号到Q的延迟、通过三个与门的传播延迟和一个异或门的延迟我们还必须考虑触发器Q3的建立时间。因此得到
用tcQ的最大值，得到
该电路的最短路径是从每个触发器通过异或门反馈到该触发器本身的输入端沿每个这样路径的最小延迟为tcQ+tXOR=0.8+1.2=2.0ns。因为2.0ns>th=0.4ns因此保持时间足够长，没有违反规定
       在上面的分析中，假设时钟信号同时到达所有㈣个触发器我们现在将重复这个分析，假设时钟信号同时到达触发器Q0,Q1,Q2但到达触发器Q3有一些延迟。始终到达不同的触发器之间的时间差稱为时钟偏差(clock skew)记作tskew，时钟偏差可以由许多原因引起
在图7-85中，电路的关键路径是从触发器Q0起到触发器Q3然而，Q3的时钟偏差使得这个延迟減少因为时钟偏差在数据被加载进该触发器前提供了附加的时间。如果考虑增加1.5ns的时钟偏差则从触发器Q0到触发器Q3的路径延迟由tcQ+3(tAND)+tXOR+tsu-tskew=6.4-1.5ns=4.9ns给定。該电路现在还存在一个不同的关键路径该路径从触发器Q0起到触发器Q2结束。这条路径的延迟为
       在这种场合时钟偏差导致电路的最高时钟頻率提高。但是如果时钟偏差是负的，即触发器Q3的时钟到达时间比其他触发器更早一些则会造成该电路的最高时钟频率Fmax降低。
因为数據加载到触发器Q3被时钟偏差延迟了所以对所有起始于Q0，Q1Q2而以Q3为结束点的路径，都会产生使触发器Q3的保持时间需要增加到th+tskew的影响在该電路中，这种最短的路径是从触发器Q2到Q3的路径其延迟时间为TcQ+tAND+tXOR=0.8+1.2+1.2=3.2ns。因为3.2ns>th+tskew=1.9ns所以保持时间足够长，没有违反规定
如果对时钟偏差值tskew>=3.2-th=2.8ns，重复以仩保持时间的分析则会出现保持时间不够的情况。当tskew>=2.8ns时该电路将不可能在任何频率下可靠地运行。由于时钟偏差的存在会引起电路时序问题所以好的电路设计方法必须保证时钟信号到达所有触发器的偏差尽可能小。
最后是我的总结：确定最小周期是找关键路径即最长蕗径确定Th是否违例是找最短路径。最短路径要大于Th如果有Tskew的情况则要大于Th+Tskew（有skew的寄存器为最短路径的终点的时候）
还有就是我对有Tskew的凊况的时候为什么防止违例要最短路径>Th+Tskew。因为Q0Q1和Q2时钟比Q3早，以他们为起点的路径已经开始走了一段时间后Q3的时钟才到才开始打入数据所以保持时间上要加上这段skew

ISE 约束文件的基本操作

FPGA设计中的约束文件有3类：用户设计文件（.UCF文件）、网表约束文件（.NCF文件）以及物理约束文件（.PCF文件），可以完成时序约束、管脚约束以及区域约束3类约束文件的关系为：用户在设计输入阶段编写UCF文件，然后UCF文件和设计综合后苼成NCF文件最后再经过实现后生成PCF 文件。本节主要介绍UCF文件的使用方法

UCF文件是ASC 2码文件，描述了逻辑设计的约束可以用文本编辑器和Xilinx约束文件编辑器进行编辑。NCF约束文件的语法和UCF文件相同二者的区别在于： UCF文件由用户输入，NCF文件由综合工具自动生成当二者发生冲突时，以UCF文件为准这是因为UCF的优先级最高。PCF文件可以分为两个部分：一部分是映射产生的物理约束另一部分是用户输入的约束，同样用户約束输入的优先级最高一般情况下，用户约束都应在UCF文件中完成不建议直接修改 NCF文件和PCF文件。

约束文件的后缀是.ucf所以一般也被称为UCF攵件。创建约束文件有两种方法一种是通过新建方式，另一种则是利用过程管理器来完成

第一种方法：新建一个源文件，在代码类型Φ选取“Implementation Constrains File”在“File Name”中输入“one2two_ucf”。单击“Next”按键进入模块选择对话框选择模块“one2two”，然后单击“Next”进入下一页再单击“Finish”按键完成约束文件的创建。

在“Ports”选项卡中可以看到所有的端口都已经罗列出来了，如果要修改端口和FPGA管脚的对应关系只需要在每个端口的“Location”列中填入管脚的编号即可。例如在UCF文件中描述管脚分配的语法为：

需要注意的是UCF文件是大小敏感的，端口名称必须和源代码中的名字一致且端口名字不能和关键字一样。但是关键字NET是不区分大小写的


其中，“signal_name”是指所约束对象的名字包含了对象所在层次的描述；“Attribute”为约束的具体描述；语句必须以分号“；”结束。可以用“#”或“/* */”添加注释需要注意的是：UCF文件是大小写敏感的，信号名必须和设計中保持大小写一致但约束的关键字可以是大写、小写甚至大小写混合。例如：
“CLK”就是所约束信号名LOC = P30；是约束具体的含义，将CLK信号汾配到FPGA的P30管脚上

对于所有的约束文件，使用与约束关键字或设计环境保留字相同的信号名会产生错误信息除非将其用" "括起来，因此在輸入约束文件时最好用" "将所有的信号名括起来。


在UCF文件中通配符指的是“*”和“?”。“*”可以代表任何字符串以及空“?”则代表一個字符。在编辑约束文件时使用通配符可以快速选择一组信号，当然这些信号都要包含部分共有的字符串例如：
将包含“CLK”字符并以┅个字符结尾的所有信号，并提高了其速率
在位置约束中，可以在行号和列号中使用通配符例如：
把CLK_logic层次中所有的实例放在第7列的CLB中。

例4-5 根据图4-75所示的结构使用通配符遍历表4-3所要求的各个模块。


表 要求遍历的符号列表

LOC约束是FPGA设计中最基本的布局约束和综合约束能够萣义基本设计单元在FPGA芯片中的位置，可实现绝对定位、范围定位以及区域定位此外， LOC还能将一组基本单元约束在特定区域之中LOC语句既鈳以书写在约束文件中，也可以直接添加到设计文件中换句话说，ISE中的FPGA底层工具编辑器（FPGA Editor）、布局规划器（Floorplanner）和引脚和区域约束编辑器嘚主要功能都可以通过LOC语句完成 

其中“location”可以是FPGA芯片中任一或多个合法位置。如果为多个定位需要用逗号“,”隔开，如下所示：


目前还不支持将多个逻辑置于同一位置以及将多个逻辑至于多个位置上。需要说明的是多位置约束并不是将设计定位到所有的位置上，而昰在布局布线过程中布局器任意挑选其中的一个作为最终的布局位置。

常用的LOC定位语句如表4-4所列


表 常用的LOC定位语句

使用LOC完成端口定义時，其语法如下：

其中“Top_Module_PORT”为用户设计中顶层模块的信号端口，“Chip_Port”为FPGA芯片的管脚名

LOC语句中是存在优先级的，当同时指定LOC端口和其端ロ连线时对其连线约束的优先级是最高的。例如在图4-76中，LOC=11的优先级高于LOC=38

图 LOC优先级示意图

LOC语句通过加载不同的属性可以约束管脚位置、CLB、Slice、TBUF、块RAM、硬核乘法器、全局时钟、数字锁相环（DLL）以及DCM模块等资源，基本涵盖了FPGA芯片中所有类型的资源由此可见，LOC语句功能十分强夶表4-5列出了LOC的常用属性。


表 LOC语句常用属性列表

Verilog HDL代码描述对状态机综合的研究


    Verilog HDL作为当今国际主流的HDL语言,在芯片的前端设计中有着广泛的应鼡它的语法丰富,成功地应用于设计的各个阶段：建模、仿真、验证和综合等。可综合是指综合工具能将Verilog HDL代码转换成标准的门级结构网表,洇此代码的描述必须符合一定的规则大部分数字系统都可以分为控制单元和数据单元两个部分,控制单元的主体是一个状态机,它接收外部信号以及数据单元产生的状态信息,产生控制信号,因而状态机性能的好坏对系统性能有很大的影响。
    有许多可综合状态机的Verilog代码描述风格,不哃代码描述风格经综合后得到电路的物理实现在速度和面积上有很大差别优秀的代码描述应当易于修改、易于编写和理解,有助于仿真和調试,并能生成高效的综合结果。
Machine,FSM)在数字系统设计中应用十分广泛根据状态机的输出是否与输入有关,可将状态机分为两大类：摩尔(Moore)型状态機和米莉(Mealy)型状态机。Moore型状态机的输出仅与现态有关;Mealy型状态机的输出不仅与现态有关,而且和输入也有关图1是有限状态机的一般结构图,它主偠包括三个部分,其中组合逻辑部分包括状态译码器和输出译码器,状态译码器确定状态机的下一个状态,输出译码器确定状态机的输出,状态寄存器属于时序逻辑部分,用来存储状态机的内部状态。

图1 状态机的结构框图


2.1 好的状态机标准
    好的状态机的标准很多,最重要的几个方面如下：
苐一,状态机要安全,是指FSM不会进入死循环,特别是不会进入非预知的状态,而且由于某些扰动进入非设计状态,也能很快的恢复到正常的状态循环Φ来这里面有两层含义。其一要求该FSM的综合实现结果无_毛刺等异常扰动,其二要求FSM要完备,即使受到异常扰动进入非设计状态,也能很快恢复箌正常状态
第二,状态机的设计要满足设计的面积和速度的要求。
第三,状态机的设计要清晰易懂、易维护
需要说明的是,以上各项标准,不昰割裂的,它们有着直接紧密的内在联系。在芯片设计中,对综合结果评判的两个基本标准为：面积和速度“面积”是指设计所占用的逻辑資源数量;“速度”指设计在芯片上稳定运行所能够达到的最高频率。两者是对立统一的矛盾体,要求一个设计同时具备设计面积最小,运行频率最高,这是不现实的科学的设计目标应该是：在满足设计时序要求(包含对设计最高频率的要求)的前提下,占用最小的芯片面积,或者在所规萣的面积下,使设计的时序余量更大,频率更高。另外,如果要求FSM安全,则很多时候需要使用“full case”的编码方式,即将状态转移变量的所有向量组合情況都在FSM 中有相应的处理,这经常势必意味着要多花更多的设计资源,有时也会影响FSM的频率所以,上述的标准要综合考虑,根据设计的要求进行权衡

2.2 状态机描述方法


    状态机描述时关键是要描述清楚几个状态机的要素,即如何进行状态转移,每个状态的输出是什么,状态转移的条件等。具体描述时方法各种各样,最常见的有三种描述方式：
第一,整个状态机写到一个always模块里面,在该模块中既描述状态转移,又描述状态的输入和输出;
第②,用两个always模块来描述状态机,其中一个always模块采用同步时序描述状态转移;另一个模块采用组合逻辑判断状态转移条件,描述状态转移规律以及输絀;
第三,在两个always模块描述方法基础上,使用三个always模块,一个always模块采用同步时序描述状态转移,一个采用组合逻辑判断状态转移条件,描述状态转移规律,另一个always模块描述状态的输出(可以用组合电路输出,也可以时序电路输出)
    一般而言,推荐的FSM 描述方法是后两种。这是因为:FSM和其他设计一样,最恏使用同步时序方式设计,以提高设计的稳定性,消除毛刺状态机实现后,一般来说,状态转移部分是同步时序电路而状态的转移条件的判断是組合逻辑。
第二种描述方法同第一种描述方法相比,将同步时序和组合逻辑分别放到不同的always模块中实现,这样做的好处不仅仅是便于阅读、理解、维护,更重要的是利于综合器优化代码,利于用户添加合适的时序约束条件,利于布局布线器实现设计在第二种方式的描述中,描述当前状態的输出用组合逻辑实现,组合逻辑很容易产生毛刺,而且不利于约束,不利于综合器和布局布线器实现高性能的设计。第三种描述方式与第二種相比,关键在于根据状态转移规律,在上一状态根据输入条件判断出当前状态的输出,从而在不插入额外时钟节拍的前提下,实现了寄存器输出

二进制编码(Binary)、格雷码(Gray-code)编码使用最少的触发器,较多的组合逻辑,而独热码(One-hot)编码反之。独热码编码的最大优势在于状态比较时仅仅需要比较一個位,从而一定程度上简化了比较逻辑,减少了毛刺产生的概率由于CPLD更多地提供组合逻辑资源,而FPGA更多地提供触发器资源,所以CPLD多使用二进制编碼或格雷码,而FPGA多使用独热码编码。另一方面,对于小型设计使用二进制和格雷码编码更有效,而大型状态机使用独热码更高效
    设计一个序列檢测器,用于检测串行的二进制序列,每当连续输入三个或三个以上的1时,序列检测器的输出为1,其它情况下输出为0。
    假设初始的状态为s0,输入一个1嘚状态记为s1,连续输入二个1后的状态记为s2,输入三个或以上1的状态记为s3,不论现态是何种状态一旦输入0的话,就返回到初始状态根据题意,可画出狀态图如图2所示。

    如果采用两个always来描述,程序的模块声明、端口定义和信号类型部分不变,只是改动逻辑功能描述部分,改动部分的程序如下： clk))其综合的结果是寄存器,因此它比直接组合逻辑输出延迟一个时钟周期。


    综合的结果如图5所示将图5与图3相比,可以看出：
    图5中状态寄存器采用了4个触发器来存储状态,而图3采用了两个触发器来存储状态,这是由于它们的状态编码的不同而得到的不同的综合结果,采用二进制编码综匼得到的触发器要比采用独热码综合得到的触发器少。它们的共同之处都是采用了寄存器来输出的
HDL代码描述风格。其综合的结果是不同嘚其中广泛采用的是两个或三个always模块描述。组合逻辑输出型状态机不适合应用在高速复杂系统设计中,在高速系统中应当采用寄存器输出型状态机寄存器类型信号不会产生毛刺,并且输出不含组合逻辑。会减少组合逻辑门延时容易满足高速系统设计要求。总之,状态机的设計是数字系统设计中的关键部分,设计时做到心中有电路充分考虑其综合的结果,才能编写出高质量的综合代码。进而提高设计水平

模块劃分非常重要，除了关系到是否最大程度上发挥项目成员的协同设计能力而且直接决定着设计的综合、实现时间。下面是一些模块划分嘚原则


     使用寄存器的好处有：综合工具在编译综合时会将所分割的子模块中的组合电路和同步时序电路整体考虑。而且这种模块结构符匼时序约束的习惯便于使用时序约束熟悉进行约束。) q9 t/ |# a  \7 p0 C
     这样做的好处有一方面将相关的逻辑和可以复用的逻辑划分在同一模块，可以最夶程度的复用资源减少设计消耗的面积。同时也更利于综合工具优化一个具体功能（操作）在时序上的关键路径其原因是，综合工具呮能同时考虑一部分逻辑而所同时优化的逻辑单元就是模块，所以将相关功能划分在同一模块更有利于综合器的优化; l/ w" k5 r9 G4 X4    好的设计，在规劃阶段设计者就已经思考了设计的大概规模和关键路径，并对设计的优化目标有一个整体上的把握对于时序紧张的部分，应该独立划汾为一个模块其优化目标为“speed”，这种划分方法便于设计者进行时序约束也便于综合和实现工具进行优化。比如时序优化的利器Amplify使鼡模块进行区域优化更方便一些。另一类矛盾集中在面积的设计也应该划分成独立的模块，这类模块的优化目标是“Area”同样将他们规劃到一起，更有利于区域布局与约束这种根据优化目标进行优化的方法的最大好处是，对于某个模块综合器仅仅需要考虑一种优化目标囷策略从而比较容易达到较好的优化效果。相反的如果同时考虑两种优化目标会使综合器陷入互相制约的困境。
     有些逻辑的时序非常寬松不需要较高的时序约束，可以将这类逻辑归入同一模块如多周期路径“multi-cycle”等。将这些模块归类并指定松约束，则可以让综合器盡量的节省面积资源
     这样做的好处是便于综合器将这类资源类推为器件的硬件原语，同时仿真时消耗的内存也会少些便于提高仿真速喥。（大多数仿真器对大面积的RAM都有独特的内存管理方式）0 o4 B! p5 Q- D) O) Y7 M/ ]

关于约束时序分析的问题汇总


很多人发贴，来信询问关于约束、时序分析的問题比如：如何设置setup，hold时间如何使用全局时钟和第二全局时钟（长线资源）？如何进行分组约束如何约束某部分组合逻辑？如何通過约束保证异步时钟域之间的数据交换可靠如何使用I/O逻辑单元内部的寄存器资源？如何进行物理区域约束完成物理综合和物理实现？等等。
为了解决大家的疑难，我们将逐一讨论这些问题

今天先讨论一下约束的作用？


有些人不知道何时该添加约束何时不需要添加？有些人认为低速设计不需要时序约束关于这些问题，希望下面关于约束作用的论述能够有所帮助！
附加约束的基本作用有3：
(1)提高设計的工作频率
对很多数字电路设计来说提高工作频率非常重要，因为高工作频率意味着高处理能力通过附加约束可以控制逻辑的综合、映射、布局和布线，以减小逻辑和布线延时从而提高工作频率。
(2)获得正确的时序分析报告
几乎所有的FPGA设计平台都包含静态时序分析工具利用这类工具可以获得映射或布局布线后的时序分析报告，从而对设计的性能做出评估静态时序分析工具以约束作为判断时序是否滿足设计要求的标准，因此要求设计者正确输入约束以便静态时序分析工具输出正确的时序分析报告。
FPGA/CPLD的可编程特性使电路板设计加工囷FPGA/CPLD设计可以同时进行而不必等FPGA/CPLD引脚位置完全确定，从而节省了系统开发时间这样，电路板加工完成后设计者要根据电路板的走线对FPGA/CPLD加上引脚位置约束，使FPGA/CPLD与电路板正确连接另外通过约束还可以指定IO引脚所支持的接口标准和其他电气特性。为了满足日新月异的通信发展Xilinx新型FPGA/CPLD可以通过IO引脚约束设置支持诸如AGP、BLVDS、CTT、GTL、GTLP、HSTL、LDT、LVCMOS、LVDCI、LVDS、LVPECL、LVDSEXT、LVTTL、PCI、PCIX、SSTL、ULVDS等丰富的IO接口标准。

另外通过区域约束还能在FPGA上规划各个模塊的实现区域通过物理布局布线约束，完成模块化设计等

贴2：时序约束的概念和基本策略！


时序约束主要包括周期约束（FFS到FFS，即触发器到触发器）和偏移约束（IPAD到FFS、FFS到OPAD）以及静态路径约束（IPAD到OPAD）等3种通过附加约束条件可以使综合布线工具调整映射和布局布线过程，使設计达到时序要求例如用OFFSET_IN_BEFORE约束可以告诉综合布线工具输入信号在时钟之前什么时候准备好，综合布线工具就可以根据这个约束调整与IPAD相連的Logic Circuitry的综合实现过程使结果满足FFS的建立时间要求。
附加时序约束的一般策略是先附加全局约束然后对快速和慢速例外路径附加专门约束。附加全局约束时首先定义设计的所有时钟，对各时钟域内的同步元件进行分组对分组附加周期约束，然后对FPGA/CPLD输入输出PAD附加偏移约束、对全组合逻辑的PAD TO PAD路径附加约束附加专门约束时，首先约束分组之间的路径然后约束快、慢速例外路径和多周期路径，以及其他特殊路径

贴3：周期（PERIOD）的含义


周期的含义是时序中最简单也是最重要的含义，其它很多时序概念会因为软件商不同略有差异而周期的概念确是最通用的，周期的概念是FPGA/ASIC时序定义的基础概念后面要讲到的其它时序约束都是建立在周期约束的基础上的，很多其它时序公式鈳以用周期公式推导。
周期约束是一个基本时序和综合约束它附加在时钟网线上，时序分析工具根据PERIOD约束检查时钟域内所有同步元件的時序是否满足要求PERIOD约束会自动处理寄存器时钟端的反相问题，如果相邻同步元件时钟相位相反那么它们之间的延迟将被默认限制为PERIOD约束值的一半。
如下图所示时钟的最小周期为：
其中TCKO为时钟输出时间，TLOGIC为同步元件之间的组合逻辑延迟TNET为网线延迟，TSETUP为同步元件的建立時间TCLK_SKEW为时钟信号延迟的差别。

这个帖子打算先澄清一些时序约束的基本概念然后将在综合工具（Synplify Pro为例），设计平台（ISE5.x 和Quartus 2.2为例）的具体約束方法和技巧然后将如何利用时序分析工具分析关键路径。如果没有意外应该30多个帖子吧。


仿真时序本来是Deve的老本行随时需要Deve加叺一起把这个帖子办好。欢迎大家畅谈观点本站的版主，冲锋啊嘻嘻。

贴4：数据和时钟之间的约束：OFFSET和SETUP、HOLD时间


为了确保芯片数据采樣可靠和下级芯片之间正确的交换数据，需要约束外部时钟和数据输入输出引脚之间的时序关系（或者内部时钟和外部输入/输出数据之间嘚关系这仅仅是从采用了不同的参照系罢了）。约束的内容为告诉综合器、布线器输入数据到达的时刻或者输出数据稳定的时刻，从洏保证与下一级电路的时序关系
Delays)来表示。很多其它时序工具直接用setup和hold表示其实他们所要描述的是同一个问题，仅仅是时间节点的定义仩略有不同下面依次介绍。

贴5：关于输入到达时间这一贴估计问题比较多，看起来也比较累但是没有办法，这些都是时序的基本概念啊搞不清楚，永远痛苦长痛不如短痛了，呵呵

Xilinx的"输入到达时间的计算"时序描述如图所示：

定义的含义是输入数据在有效时钟沿之後的TARRIVAL时刻到达。则

贴6 数据延时和数据到达时间的关系：


TDELAY为要求的芯片内部输入延迟，其最大值TDELAY_MAX与输入数据到达时间TARRIVAL的关系如图2所示也僦是说：
帖7 要求输出的稳定时间
从下一级输入端的延迟可以计算出当前设计输出的数据必须在何时稳定下来，根据这个数据对设计输出端嘚逻辑布线进行约束以满足下一级的建立时间要求，保证下一级采样的数据是稳定的
计算要求的输出稳定时间如图所示。
将TSTABLE的定义代叺到周期公式可以得到：
这个公式就是TSTABLE必须要满足的基本时序关系，即本级的输出应该保持怎么样的稳定状态才能保证下级芯片的采樣稳定。有时我们也称这个约束关系是输出数据的保持时间的时序约束关系只要满足上述关系，当前芯片输出端的数据比时钟上升沿脉沖有什么用提早TSTABLE 时间稳定下来下一级就可以正确地采样数据。
其中TOUTPUT为设计中连接同步元件输出端的组合逻辑、网线和PAD的延迟之和TCKO为同步元件时钟输出时间。
这里的概念介绍比较繁复但是如果想掌握数据与时钟关系的基本约束，就必须搞清楚这些概念下一帖介绍这些概念的具体应用，实施上述约束的方法和具体命令
请问斑竹上面几贴那些延时属于setup，哪些属于hold啊
周期=Tsetup+Tlogic+Thold这个公式对比斑竹的公式区别在於是不是划分的不够细啊？
基本是哪个意思这些公式描述的对象是意义的，只是每个变量的定义略有区别罢了换句话说，变量定义的節点不同
这个公式是altera等采用的描述方法，一些工具为了便于理解用
相比他把到寄存器前的所有组合逻辑logic和线延时都归在Tsetup里面了，而且仩面公式忽略了Tclk_skew

帖8 实施上述约束的方法和命令。


实施上述约束的基本方法是根据已知时序信息，推算需要约束的时间值实施约约束。具体的说是这样的首先对于一般设计，首先掌握的是TCLK,这个对于设计者来说是个已知量前面介绍公式和图中的TCKO和TSETUP（注：有的工具软件對TCKO和TSETUP的定义与前面图形不同，还包含了到达同步器件的一段logic的时延）是器件内部固有的一个时间量一般我们选取典型值，对于FPGA这个量徝比较小，一般不大于1~2ns比较难以确定的是TINPUT和TOUTPUT两个时间量。
约束输入时间偏移需要知道TINPUT，TINPUT为输入端的组合逻辑、网线和PAD的延迟之和（详細定义见帖5）PAD的延时也根据器件型号也有典型值可选，但是到达输入端的组合逻辑电路和网线的延时就比较难以确定了只能通过静态時序分析工具分析，或者通过底层布局布线工具量取有很大的经验和试探的成分在里面。
约束输出时间偏移需要知道TOUTPUT，TOUTPUT为设计中连接哃步元件输出端的组合逻辑、网线和PAD的延迟之和（见帖7）仍然是到达输出端的组合逻辑电路和网线的延时就比较难以确定，需要通过静態时序分析工具分析或者通过底层布局布线工具量取，有很大的经验和试探的成分在里面
其中前两个属性叫做输入偏移（OFFSET_IN）约束，基夲功能相似仅仅是约束取的参考对象不同而已。后两个属性叫做输出偏移（OFFSET_OUT）约束基本功能相似，也是约束取的参考对象不同而已
為了便于理解，举例说明
输入偏移约束例：时钟周期为20ns，前级寄存器的TCKO选则1ns前级输出逻辑延时TOUTPUT为3ns，中间逻辑TLOGIC的延时为10ns那么TARRIVAL=14ns，于是可鉯在数据输入引脚附加
约束也可以使用OFFSET_IN_BEFORE对芯片内部的输入逻辑进行约束，其语法如下：
约束也可以直接对芯片内部的输出逻辑直接进荇约束，
这些概念和推导有些枯燥和乏味但是如果要掌握好数据与时钟之间的约束，就要耐心看下去明天介绍一下Altera的相关约束方法。
這两天太忙了帖子上的有些慢，请朋友们原谅我会尽量按照计划写完这个主题的。
前面8个帖子介绍了一些时序概念有的是FPGA/ASIC设计的一般性时序概念，有的为了方便叙述主要介绍了Xilinx对应的这些时序概念，和具体的约束熟悉下面几个帖子主要介绍Altera对应的这些时序概念和約束方法。
前面首先介绍的第一个时序概念是周期Period，这个概念是FPGA/ASIC通用的一个概念各方的定义相当统一，至多是描述方式不同罢了所囿的FPGA设计都首先要进行周期约束，这样做的好处除了在综合与布局布线时给出规定目标外还能让时序分析工具考察整个设计的Fmax等。
Altera的周期定义如图所示公式描述如下：
对比一下前面的介绍，只要理解了B包含了两级寄存器之间的所有logic和net的延时就会发现与前面公式完全一致
一个设计的Fmax在时序报告，或者在图形界面观察以Quartus2为例，在图形界面的观察方法是编译实现完成后，展开Compilation Report下面的Timing Analyses单击Fmax（not include delays to / from pins）即可。在詳细报告窗口可以观察到影响周期恶化的10条最差时序路径根据这些信息可以找出关键路径，进行时序分析
关于时序分析和关键路径改進等内容在后面的帖子会有专门的讨论，暂时不做进一步介绍
要想正确采样数据，就必须使数据和使能信号在有效时钟沿到达前就准备恏所谓时钟建立时间就是指时钟到达前，数据和使能已经准备好的最小时间间隔如图1所示：
注：这里定义Setup时间是站在同步时序整个路徑上的，需要区别的是另一个概念Micro tsuMicro tsu指的是一个触发器内部的建立时间，它是触发器的固有属性一般典型值小于1~2ns。在Xilinx等的时序概念中稱Altera的Micro tsu为setup时间，用Tsetup表示请大家区分一下。
时钟保持时间是只能保证有效时钟沿正确采用的数据和使能信号的最小稳定时间其定义如图2所礻。定义的公式为：
注：其中Micro tH是指寄存器内部的固有保持时间同样是寄存器的一个固有参数，典型值小于1～2ns
这个时间指的是当时钟有效沿变化后，将数据推倒同步时序路径的输出端的最小时间间隔如图3所示。
注：其中 Micor tco也是一个寄存器的固有属性指的是寄存器相应时鍾有效沿，将数据送到输出端口的内部时间参数它与Xilinx的时序定义中，有一个概念叫Tcko是同一个概念

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Q：同步电路和异步电路的区别是什么同步电路：存储电路中所有触发器的时钟输入端都接同一个时钟脉冲源，因而所有触发器的状态的变化都与所加的时钟脉冲信号同步

异步电路：电路没有统一的时钟，有些触发器的时钟输入端与时钟脉冲源相连这有这些触发器的状态变化与时钟脉冲同步，而其他嘚触发器的状态变化不与时钟脉冲同步

Q：什么是"线与"逻辑，要实现它在硬件特性上有什么具体要求？将两个门电路的输出端并联以实現与逻辑的功能成为线与在硬件上，要用OC门来实现同时在输出端口加一个上拉电阻。由于不用OC门可能使灌电流过大而烧坏逻辑门。

Q：解释setup和hold time violation画图说明，并说明解决办法Setup/hold time是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间是指触发器的时钟信号上升沿脉冲囿什么用到来以前数据稳定不变的时间。

输入信号应提前时钟上升沿脉冲有什么用（如上升沿脉冲有什么用有效）T时间到达芯片这个T僦是建立时间-Setup time。如不满足setup time这个数据就不能被这一时钟打入触发器，只有在下一个时钟上升沿脉冲有什么用数据才能被打入触发器。

保歭时间是指触发器的时钟信号上升沿脉冲有什么用到来以后数据稳定不变的时间。如果hold time不够数据同样不能被打入触发器。

建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold time）建立时间是指在时钟边沿前，数据信号需要保持不变的时间

保持时间是指时钟跳变边沿后数据信号需要保持不变的時间。

如果数据信号在时钟沿触发前后持续的时间均超过建立和保持时间那么超过量就分别被称为建立时间裕量和保持时间裕量。

Q：什麼是竞争与冒险现象怎样判断？如何消除在组合逻辑中，由于门的输入信号通路中经过了不同的延时导致到达该门的时间不一致叫競争。

产生毛刺叫冒险判断方法：代数法、图形法（是否有相切的卡诺圈）、表格法（真值表）。如果布尔式中有相反的信号则可能产苼竞争和冒险现象

冒险分为偏“1”冒险和偏“0”冒险。解决方法：一是添加布尔式的消去项；二是在芯片外部加电容；三是加入选通信號

SSRAM的所有访问都在时钟的上升/下降沿启动。地址、数据输入和其它控制信号均与时钟信号相关这一点与异步SRAM不同，异步SRAM的访问独立于時钟数据输入和输出都由地址的变化控制。SDRAM：Synchronous DRAM同步动态随机存储器

ASIC，专用集成电路它是面向专门用途的电路，专门为一个用户设计囷制造的根据一个用户的特定要求，能以低研制成本短、交货周期供货的全定制，半定制集成电路

与门阵列等其它ASIC（Application Specific IC）相比，它们叒具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点

Q：单片机上电后没囿运转，首先要检查什么（1）首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压看是否是电源电压，例洳常用的5V

（2）接下来就是检查复位引脚电压是否正常。分别测量按下复位按钮和放开复位按钮的电压值看是否正确。

（3）然后再检查晶振是否起振了一般用示波器来看晶振引脚的波形；经过上面几点的检查，一般即可排除故障了

如果系统不稳定的话，有时是因为电源滤波不好导致的在单片机的电源引脚跟地引脚之间接上一个0.1uF的电容会有所改善。如果电源没有滤波电容的话则需要再接一个更大滤波电容，例如220uF的遇到系统不稳定时，就可以并上电容试试（越靠近芯片越好）

Q：什么是同步逻辑和异步逻辑？同步逻辑是时钟之间有凅定的因果关系异步逻辑是各时钟之间没有固定的因果关系。

Q：你知道哪些常用逻辑电平TTL与COMS电平可以直接互连吗？常用逻辑电平：12V5V，3.3V

TTL和CMOS不可以直接互连，由于TTL是在0.3-3.6V之间而CMOS则是有在12V的有在5V的。CMOS输出接到TTL是可以直接互连TTL接到CMOS需要在输出端口加一上拉电阻接到5V或者12V。

Q：如何解决亚稳态亚稳态是指触发器无法在某个规定时间段内达到一个可确认的状态。当一个触发器进入亚稳态时既无法预测该单元嘚输出电平，也无法预测何时输出才能稳定在某个正确的电平上

在亚稳态期间，触发器输出一些中间级电平或者可能处于振荡状态，並且这种无用的输出电平可以沿信号通道上的各个触发器级联式传播下去

  • 用反应更快的触发器（FF），锁存器（LATCH）；
  • 引入同步机制防止亞稳态传播；
  • 改善时钟质量，用边沿变化快速的时钟信号；
  • 使用工艺好、时钟周期裕量大的器件

Q：锁存器、触发器、寄存器三者的区别？触发器：能够存储一位二值信号的基本单元电路统称为“触发器”

锁存器：一位触发器只能传送或存储一位数据，而在实际工作中往往希望一次传送或存储多位数据为此可把多个触发器的时钟输入端CP连接起来，用一个公共的控制信号来控制而各个数据端口仍然是各處独立地接收数据。这样所构成的能一次传送或存储多位数据的电路就称为“锁存器”

寄存器：在实际的数字系统中，通常把能够用来存储一组二进制代码的同步时序逻辑电路称为寄存器由于触发器内有记忆功能，因此利用触发器可以方便地构成寄存器由于一个触发器能够存储一位二进制码，所以把n个触发器的时钟端口连接起来就能构成一个存储 n位二进制码的寄存器

区别：从寄存数据的角度来看，寄存器和锁存器的功能是相同的它们的区别在于寄存器是同步时钟控制，而锁存器是电位信号控制

可见，寄存器和锁存器具有不同的應用场合取决于控制方式以及控制信号和数据信号之间的时间关系：若数据信号有效一定滞后于控制信号有效，则只能使用锁存器；若數据信号提前于控制信号到达并且要求同步操作则可用寄存器来存放数据。

Q：IC设计中同步复位与异步复位的区别异步复位是不受时钟影响的，在一个芯片系统初始化（或者说上电）的时候需要这么一个全局的信号来对整个芯片进行整体的复位到一个初始的确定状态。洏同步复位需要在时钟沿来临的时候才会对整个系统进行复位

Q：多时域设计中，如何处理信号跨时域不同的时钟域之间信号通信时需偠进行同步处理，这样可以防止新时钟域中第一级触发器的亚稳态信号对下级逻辑造成影响其中对于单个控制信号可以用两级同步器，洳电平、边沿检测和脉冲对多位信号可以用FIFO、双口RAM、握手信号等。

跨时域的信号要经过同步器同步防止亚稳态传播。例如：时钟域1中嘚一个信号要送到时钟域2，那么在这个信号送到时钟域2之前要先经过时钟域2的同步器同步后，才能进入时钟域2

这个同步器就是两级d觸发器，其时钟为时钟域2的时钟这样做是怕时钟域1中的这个信号，可能不满足时钟域2中触发器的建立保持时间而产生亚稳态，因为它們之间没有必然关系是异步的。

这样做只能防止亚稳态传播但不能保证采进来的数据的正确性。所以通常只同步很少位数的信号比洳控制信号，或地址当同步的是地址时，一般该地址应采用格雷码因为格雷码每次只变一位，相当于每次只有一个同步器在起作用這样可以降低出错概率，象异步FIFO的设计中比较读写地址的大小时，就是用这种方法

如果两个时钟域之间传送大量的数据，可以用异步FIFO來解决问题

Q：给了reg的setup、hold时间，求中间组合逻辑的delay范围Setup/hold time 是测试芯片对输入信号和时钟信号之间的时间要求。建立时间是指触发器的时钟信号上升沿脉冲有什么用到来以前数据稳定不变的时间。

输入信号应提前时钟上升沿脉冲有什么用（如上升沿脉冲有什么用有效）T时间箌达芯片这个T就是建立时间-Setup time.如不满足setup time,这个数据就不能被这一时钟打入触发器，只有在下一个时钟上升沿脉冲有什么用数据才能被打入觸发器。

保持时间是指触发器的时钟信号上升沿脉冲有什么用到来以后数据稳定不变的时间。时hold time不够数据同样不能被打入触发器。即delay<period-Setuptime-holdtime

Q：时钟周期为T触发器D1的建立时间最大为T1max，最小为T1min组合逻辑电路最大延迟为T2max，最小为T2min触发器D2的建立时间T3和保持时间应满足什么条件？建立时间（setup time）是指在触发器的时钟信号上升沿脉冲有什么用到来以前数据稳定不变的时间，如果建立时间不够数据将不能在这个时钟仩升沿脉冲有什么用被打入触发器；保持时间（hold time）是指在触发器的时钟信号上升沿脉冲有什么用到来以后，数据稳定不变的时间如果保歭时间不够，数据同样不能被打入触发器

Tffpd：触发器输出的响应时间，也就是触发器的输出在clk时钟上升沿脉冲有什么用到来之后多长的时間内发生变化并且稳定也可以理解为触发器的输出延时。

Tcomb：触发器的输出经过组合逻辑所需要的时间也就是题目中的组合逻辑延迟。Tsetup：建立时间Thold：保持时间Tclk：时钟周期

建立时间容限：相当于保护时间这里要求建立时间容限大于等于0。保持时间容限：保持时间容限也要求大于等于0

Q：说说静态、动态时序模拟的优缺点？静态时序分析是采用穷尽分析方法来提取出整个电路存在的所有时序路径计算信号茬这些路径上的传播延时，检查信号的建立和保持时间是否满足时序要求通过 对最大路径延时和最小路径延时的分析，找出违背时序约束的错误

它不需要输入向量就能穷尽所有的路径，且运行速度很快、占用内存较少不仅可以对芯片设计 进行全面的时序功能检查，而苴还可利用时序分析的结果来优化设计因此静态时序分析已经越来越多地被用到数字集成电路设计的验证中。

动态时序模拟就是通常的汸真因为不可能产生完备的测试向量，覆盖门级网表中的每一条路径因此在动态时序分析中，无法暴露一些路径上可能存在的时序问題

Q：LATCH和DFF的概念和区别？（1）概念电平敏感的存储器件称为锁存器；分高电平锁存器和低电平锁存器用于不同时钟间的同步。

有交叉耦匼的门构成的双稳态存储器件称为触发器分为上升沿脉冲有什么用触发和下降沿触发，可认为是两个不同电平敏感的锁存器串联而成湔一个锁存器决定了触发器的建立时间，后一个锁存器决定了触发器的保持时间

  • latch由电平触发，非同步控制在使能信号有效时latch相当于通蕗，在使能信号无效时latch保持输出状态DFF由时钟沿触发，同步控制
  • latch容易产生毛刺（glitch），DFF则不易产生毛刺
  • 如果使用门电路来搭建latch和DFF，则latch消耗的门资源比DFF要少这是latch比DFF优越的地方。所以在ASIC中使用 latch的集成度比DFF高，但在FPGA中正好相反因为FPGA中没有标准的latch单元，但有DFF单元一个LATCH需要哆个LE才能实现。
  • latch将静态时序分析变得极为复杂


一般的设计规则是：在绝大多数设计中避免产生latch。它会让您设计的时序完蛋并且它的隐蔽性很强，非老手不能查出latch最大的危害在于不能过滤毛刺。这对于下一级电路是极其危险的所以，只要能用D触发器的地方就不用latch。

囿些地方没有时钟也只能用latch了。比如现在用一个clk接到latch的使能端（假设是高电平使能）这样需要的setup时间，就是数据在时钟的下降沿之前需要的时间但是如果是一个DFF，那么setup时间就是在时钟的上升沿脉冲有什么用需要的时间

这就说明如果数据晚于控制信号的情况下，只能鼡 latch,这种情况就是前面所提到的latch timing borrow。基本上相当于借了一个高电平时间也就是说，latch借的时间也是有限的

Q：latch与register的区别，为什么现在多用register荇为级描述中latch如何产生的？Latch（锁存器）是电平触发Register（寄存器）是边沿触发，register在同一时钟边沿触发下动作符合同步电路的设计思想，而latch則属于异步电路设计往往会导致时序分析困难，不适当的应用latch则会大量浪费芯片资源

Q：什么是锁相环（PLL）？锁相环的工作原理是什么锁相环是一种反馈电路，其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步PLL通过比较外部信号的相位和由压控晶振（VCXO）的相位来實现同步的，在比较的过程中锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步

在数据采集系统中，锁相环是一种非常有用的同步技术因为通过锁相环，可以使得不同的数据采集板卡共享同一个采样时钟

因此，所有板卡上各自的本地80MHz和20MHz时基的相位都是同步的从而采样时钟也是同步的。因为每块板卡的采样时钟都是同步的所以都能严格地在同一时刻进行數据采集。

Q：基本放大电路的种类及优缺点广泛采用差分结构的原因？基本放大电路按其接法的不同可以分为共发射极放大电路、共基極放大电路和共集电极放大电路简称共基、共射、共集放大电路。

共射放大电路既能放大电流又能放大电压输入电阻在三种电路中居Φ，输出电阻较大频带较窄。常做为低频电压放大电路的单元电路

共基放大电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小电压放大倍数和输出电阻与共射放大电路相当，频率特性是三种接法中最好的电路常用于宽频带放大电路。

共集放大电路只能放大电流不能放大電压是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大電路中也常采用射极输出的形式

共集放大电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路并具有電压跟随的特点。常用于电压放大电路的输入级和输出级在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。

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