第十章 时序与延迟

• 真实硬件中具有延迟，所以需要检查时序。
• 检查时序的两种方式：时序检查、静态时序验证。
• 时序检查：仿真过程中计算与该模块相关的延迟值。
• 静态时序验证
  • 怎么用：先进行纯功能验证，再用静态时序验证工具单独验证时序。
  • 优点：快。能以时序仿真快几个数量级的速度验证时序。
• 本章主要讨论如何定义延迟及时序检查。

定义延迟

延迟模型

• 三种延迟模型：分布延迟、集总延迟、引脚到引脚（路径）的延迟

分布延迟

• 在每个独立元件的基础上定义的。
• 延迟值赋给电路中独立的元件。
• 两种方式建模
  • 一、将延迟值赋给独立的门；
  • 二、在单独的assign语句中指定延迟值；
• 如下，门元件中分布延迟
  
• Verilog描述
  
• 分布延迟，每个元件都要指定延迟值。

集总延迟

• 在每个独立模块的基础上定义。
• 集总，顾名思义，将所有累积的延迟汇总于输出门。
• 如图
  
• Verilog描述
  
• 集总延迟建模与分布延迟建模，更加简便。

路径延迟

• 定义引脚到引脚的时序说明，分别把延迟赋给模块中每个输入到每个输出之间的所有路径。
• 可以针对每条输入/输出路径分别指定延迟。
  
• 怎么用：可以从数据手册中直接获取标准组件的引脚到引脚的延迟；通过用spice之类的低层次仿真器进行电路描述的仿真，可以获得数字电路模块的引脚到引脚的延迟。

路径延迟

• 单独讨论下路径延迟，引脚与端口，可以替代使用。

specify块

• 模块路径延迟：模块的输入或输出引脚和目标输入或输出引脚之间的延迟。
• 关键字：specify ... endspecify，关键字之间的语句组成specify块。
• specify块包含以下操作语句：
  • 给穿过模块的所有路径指定引脚到引脚的时序延迟；
  • 在电路中设置时序检查；
  • 定义specparam常量；
• 引脚到引脚的延迟
  

specify块内部

并行连接

• 每个路径延迟语句都有一个源域和目标域。
  
• 并行连接符号：=>
• 如下图：a是源域，out是目标域。
  
• 注意点：
  • 源域的每一位与目标域中相应的位连接。
  • 如果源域和目标域是向量，必须有相同的位数，否则不匹配。
• 并行连接说明了源域的每一位到目标域的每一位之间的延迟。

全连接

• 符号*>
  
• 如下例
  
• 注意点：
  • 源域的每一位与目标域中的每一位相连接（并行连接：是相应的位）。
  • 如果源和目标是向量，则它们不必位数相同。
  • 当位宽很大时，如果每一位延迟值一致，则全连接就很简便。

• 全连接描述源中的每一位和目标中的每一位之间的延迟。

边沿敏感路径

• 用于输入到输出延迟的时序建模，仅当源信号上出现特定边沿时才有用。

  // 在时钟信号clock的正跳变时刻，从时钟信号到输出信号用去上升延迟10，下降延迟8
  // 数据路径：in到out，输入信号in没有反相就送到out
  (posedge clock => (out +: in)) = (10 : 8);
  

specparam声明语句

• 用于声明特殊的参数，一般情况下，不直接根据数值定义引脚到引脚的延迟，而是使用specparam定义specify参数，然后在specify块中使用这些参数。
• 常用于给非仿真工具存储值，如延迟计算器、综合工具和布线评估器。
  
• 注：仅用于specify块内部。

条件延迟路径

• 又称状态依赖路径延迟（SDPD）
• 有条件的给路径延迟赋值，用if条件语句。
  

上升、下降和关断延迟

• 之前有讨论过，直接上例子
  

最大、最小和典型值

• 之前讨论过逻辑门的最大、最小和典型值。它们也可以用于引脚到引脚的延迟。
• 用min:typ:max的形式表示。
  

处理x状态转换

• Verilog使用保守的方法计算x状态转换的延迟。
• 其方法规定：
  • 从x到已知状态的转换应当消耗可能的最大时间。
  • 从已知状态到x的转换应当消耗可能的最小时间。
• 如下：
  
• 上图所示的计算方法，若下表
  

时序检查

• 三种通用的时序检查任务：$setup、$hold、$width
• 所有的检查时序只能用在specify块内。

setup和hold任务

• $setup、$hold用来检查设计中时序元件的建立和保持约束。
• 在时序元件（如边沿触发器）中，建立时间是数据必须在有效时钟边沿之前达到的最小时间。保持时间是数据在有效边沿之后保持不变的最小时间。
  
• $setup任务用法
  
• 实例
  
• $hold任务
  
• 实例
  

width检查

• 检查脉冲宽度是否满足最小宽度要求
  
• 用法：
  
• 实例