四、I/O约束理论与实践

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

前言：上一讲完成了基本时钟和生成时钟的约束，确定了整个工程的时钟频率，本次内容要添加合理的 input 和 output delay， 把接口时序调整到一个最佳状态。

一、 I/O常用约束分类：

IO约束包括引脚分配位置、空闲引脚驱动方式、外部走线延时(InputDelay 、OutputDelay)、上下拉电阻、驱动电流强度等。

1.input delay

–set_input_delay ：设置管脚输入延迟

set_input_delay -clock clk0 5 [get_ports din]
含义：是din 端口与 clk0 关联，输入延迟约束为 5ns。

一般分为两类（MAX MIN）：

set_input_delay -max -clock sysClk 5.4 [get_ports DIN]
含义:设定最大建立时间为5.4ns，即设计工具将确保数据在时钟边沿到来之前的 5.4 ns 期间保持稳定。
set_input_delay -min -clock sysClk 2.1 [get_ports DIN]
含义：设定最小保持时间为2.1ns，即设计工具将确保数据在时钟边沿到来之后的 2.1 ns 期间继续保持稳定。

2.output delay

set_output_delay ：设置管脚输出延迟

set_output_delay -min -0.5 -clock CLK [get_ports DOUT]
含义：表示设计内部直到DOUT 管脚的延迟必须至少超过0.5ns，才能满足保持时间
的需要。

一般分为两类（MAX MIN）：

set_output_delay -max -clock sysClk 2.4 [get_ports
DOUT] 含义:设定最大建立时间为2.4ns，即设计工具将确保输出信号 DOUT 从时钟边沿起，最多延迟 2.4 ns
才变为有效。

set_output_delay -min -clock sysClk -1.1 [get_ports DOUT]
含义:设定最小保持时间为1.1ns，-1.1 ns 表示数据可能在时钟边沿之前最多 1.1 ns 就变为有效。

一、项目回顾

本次使用的项目案例中，时钟关系如下：
150Mhz的主时钟，采用DDR双沿采样的方式进行数据传输。

二、input delay 约束

1.基础理论

Input delay 需要约束的是发射沿 lunch 沿到数据有效的延迟

计算公式如下:

2.实操方法一：输入时钟经过PLL后调整相位。

关于input delay约束，有两种操作方式：
1.输入时钟经过PLL后调整相位。
2.输入数据延时
且：本项目中是DDR双沿采样方式，因此需要双沿（上升沿，下降沿都需要）进行约束设置。
上面得到参数设置： max = 2.1 min =1.9

1.上升沿设置:

• 先设置上升沿的 max delay 用于建立时间分析
  （这里要设置时钟和数据源端口，时钟为 PLL 移相之后的时钟 rx_clk_90.）
  
• 再设置上升沿的 min delay 用于保持时间分析
  （同样这里要设置时钟和数据源端口，时钟为 PLL 移相之后的时钟 rx_clk_90.）
  

2.下降沿设置:

将上升沿改为下降沿即可，其余操作与上述一致。

3.查看效果

• 完成设置后要保存设置文件，自动更新到XDC文件，效果如下：
  （这里需要注意：打开 xdc 文件看看是否把之前的管脚约束覆盖了，如果覆盖了需要手动补充上之前的管脚约束）
  

时序分析报告如下：

• 需要重新综合工程和布局布线工程，分析时序分析报告。（此处忘记保存图了）
  分析目前的时序特点是：建立时间余量较大，但保持时间余量较小，有时序违例的风险。
  

问： 那如何进一步进行优化呢？

答：目前我们是通过输入时钟 PLL 调整相位达到的时序要求，此外，我们还可以进行数据延时（input
delay control）。 需要用到IDELAYE2原语。 IDELAYE2原语有两种配置模式：1.动态（自动调整匹配）2.静态（固定的延迟值）

3.实操方法二：数据延时

注意：每单位增加的延时值需要具体查看手册

本项目的F(REF) =200mHZ，则每单位增加78.125ps
对比不同value值的时序报告：

结论：可以看到IDELAY_VALUE增大，建立时间余量减小，保持时间余量增大

二、output delay 约束

1.基础理论

首先回顾之前讲的output delay一些关键参数的计算方式：

注意：这里设置的 bskew 和 askew 和 input delay 是不一样的思想。 input delay 是根据上游器件的参数决定的。 而 output delay 是我们设置约束使得我们的时钟不要落到 skew的区间内，这样我们可以通过调整skew 的值使时钟在一个中心位置。

2.实操方法一：输入时钟经过PLL后调整相位。

和input delay一样，output delay也包括PLL时钟相移和数据延迟两种。
PLL时钟相移的具体操作和input delay一致，关键在于找对output delay的源时钟。
这里对比一下0相位时钟和90°相位时钟的时序报告

3.实操方法二：数据延迟

但output delay使用数据延迟的方式需要看具体使用的bank类型，例如下图中ARTIX-7没有output delay的原语，而Kintex UltraScale就有。