时序分析的基本概念及常规时序路径的组成

1、发起沿和捕获沿（Launch edge & Capture edge）

①

② Launch edge是发送数据的时钟边沿，通常选择上升沿。

③ Capture edge是捕获段捕获到该数据的时钟边沿。

④ 通常情况下这两个边沿会有一个时钟周期的差别。

2、时序路径（Timing path典型时序路径有四种）

①

② 第一类时序路径（红色）
    -  从device A的时钟到FPGA的第一级寄存器的输入端口。

③ 第二类时序路径
    -  两个同步元件之间的路径（rega到regb蓝色）

④ 第三类时序路径
    -  最后一集寄存器到device B数据端口的路径（黄色）

⑤ 第四类时序路径
    -  端口到端口的路径（dinb到dinb绿色）

⑥ 我们要关注的是这些路径的
    -  起始点（start point）记作S
    -  终止点（end point）记作E
    -  

    -  前三条路径的起始点，都是发送寄存器的时钟端口，终止点都是接收寄存器的数据端口。

⑦ 常规时序路径的组成
    -  我们给出基本模型（可看出rega 和 regb时钟是不同的）
    -  

    -  源端时钟路径（红色） 数据路径（蓝色） 和目的段时钟路径（黄色）
    -  

3、数据到达时间和数据需求时间

① 数据到达时间
    -  

    -  数据在发送沿发送之后，经过多长时间会到达接收寄存器的数据端口，即到达regb的D端口的时刻，这个时刻就是数据到达时间。
    -  我们需要选择一个参考（基准）时间点。通常选择launch edge作为零时刻基准点。
    -  数据经过Tco时间，到达Q端口。
    -  数据从Q端口，要经过组合逻辑，以及布线的线延时才能到达接收短的D端口（Tdata）。
    -  故有公式如下：
    -  

    -  选择launch edge作为零时刻基准点。

② 时钟到达时间（clock Arrival Time）
    -  观察捕获寄存器的时钟。
    -  

    -  选择launch edge作为零时刻基准点。其实是launch edge加上一个时钟周期。

4、建立时间的裕量和保持时间的裕量（Setup slack & Hold Slack）

① 建立时间（数据需求时间：Tsu）
    -  

    -  数据可以被稳定的捕获到的最小时间。
    -  我们仍然关注捕获寄存器。
    -  数据需要在时钟捕获沿到达之前的一段时间，必须到达。相当于是数据到达regb的时钟端口 和 regb的时钟处于capture edge这两个情况同时满足的时候，才可以进行接收数据。
    -  换句话就是说，数据至少提前时钟Tsu的时间到达捕获寄存器的数据端口。
    -  数据所需要的时间是
    -  

    -  其中Set up Uncertainty（一般是时间抖动造成的Uncertainty时间）。

② 保持时间情况下的数据需求时间（Data Request Time-Hold）
    -  

    -  当我们捕获到数据之后，数据还应该稳定的存在一定时间。
    -  除了有Tlckb的时钟延时之外，还要看到捕获寄存器本身的保持时间需求。
    -  Tclkb时钟延时，然后数据到达后，至少还需要Th的保持时间。
    -  

③ Tsu和Th确定了数据的有效窗口。
    -  数据有效窗口的起始沿就是Tsu
    -  终止端口就是Th。

④ 建立时间裕量（Setup Slack）
    -  在做时序分析时，我们的建立时间的需求可以满足，那么这条路径上发送的数据，就可以被目的寄存器稳定的捕获到。
    -  我们来看一下我们的模型：
        -  

        -  Tclka
        -  Tco
        -  Tdata
        -  Tclkb
        -  Tsu
        -  数据需求时间（Tsu）-当前数据到达时间
        -  

        -  

⑤ 保持时间的裕量（Hold Slack）新的数据不能太早的到达，否则就破坏了原来的数据
        -  

        -  Tclka
        -  Tco
        -  Tdata
        -  Tclkb
        -  Th
        -  新的数据到达时间-数据需求时间（Th）
        -  

        -  

⑥ 如果Slack为正，说明我们的时序是满足的。

⑦ 为什么会出现Slack为负的情况？
    -  对于Set up Slack为负的情况
        -  数据延时太大，导致数据建立时间Tsu不够了，见下图：
        -  

    -  Hold Slack为负
        -  时钟的延迟太大，导致当前data的Capture time到来的时候，已经在传下一个data了。
        -  

⑧ Tdata = Tlogic（组合逻辑，逻辑门的延时）+Tnet（布线，线的延时）
    -  Tlogic：主要和我们的代码风格有关。
    -  Tnet：可能跟我们的布局布线的策略有关。

⑨ 系统的时钟频率Ts >= Tco + Tdata + Tsu这三者决定了系统的时钟的最高频率。

5、总结：

① 通常我们都是以Launch edge作为零时刻点（参考时刻点）

② 通常Capture edge time = Launch edge time + 1 clock  cycle

③ Tsu和Th是芯片决定的。

编辑：hfy