input_delay

0 前言

时序分析基础，底层原则：
时序要满足latch的setup&hold时间。在要求的稳定窗口内数据不能变化。
基本时序模型
Stack(setup)= T-Tsu-Tco-Tdata 相邻2个时钟
Stack(hold )= Tco + Tdata - Thd 同1个时钟
如果 Tco 和 Tdata 延迟变大，保持时间 Stack (hold) 裕度越大
当出现hold违例，可以增加Tdata走线长度来消除。
如果 Tco 和 Tdata 延迟变大，建立时间 Stack (setup) 裕度越小

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1 input delay分析

FPGA管脚上的视角来看

input delay 描述数据port在latch时钟沿来看，数据延后了多久才稳定。
max_delay(分析setup)
min_delay(分析hold )

1.1 input delay的分类

系统同步分为3种：(SDR上升沿、SDR下降沿、DDR)x(边沿对齐)
源同步分为6种 ：(SDR上升沿、SDR下降沿、DDR)x(中心对齐、边沿对齐)
外部器件可能会提供 Tco\setup\hold\shew
需要注意的隐含点：

1. 源同步边沿对齐默认在接收侧(FPGA)内存在PLL进行移相180度。
2. 系统同步只有边沿对齐，没有中心对齐。

1.2 Tdly 的定义

在进行intput delay计算的时候需要考虑时钟路径的延时和数据路径的延时，
而FPGA来看，只需要知道数据相对于时钟的延时，那么可以将时钟延时看做0，
并且将时钟路径延时补偿到数据路径延时中得到Tdly，Tdly=数据路径-时钟路径。这样能够减少分析的变量。

1.3 总结

1. 上升沿不添加-clock_fall ，默认就是上升沿。下降沿与上升沿的区别就在于添加-clock_fall 。
2. DDR约束就多了-clock_fall -add_delay
3. 描述的是坐标时间，二部是绝对差值。以latch为0时刻。

2 具体内容

2.1 系统同步

系统同步的数据都是出现在launch沿之后，latch是下一个沿

2.1.1 SDR上升沿

已知：
时钟名   : clk_in
数据port : din
T   =10ns
Tco =1~2ns
Tdly=0.3~0.4ns
得到：
set_input_delay  -clock clk_in  -max  2.4  [get_ports  din]
set_input_delay  -clock clk_in  -min  1.3  [get_ports  din]
需要注意是 -max 2.4 而不是  -max_delay 2.4

2.1.2 SDR下降沿

已知：
时钟名   : clk_in
数据port : din
T   =10ns
Tco =1.5~2ns
Tdly=0.3~0.4ns
得到：
set_input_delay  -clock clk_in  -max 2.4  [get_ports  din] -clock_fall 
set_input_delay  -clock clk_in  -min 1.8  [get_ports  din] -clock_fall 

2.1.2 DDR

已知：
时钟名 : clk_in
数据port : din
T =10ns
Tco =1.0~2ns 上升沿
Tco =1.5~2ns 下降沿
Tdly=0.3~0.4ns
得到：
set_input_delay -clock clk_in -max 2.4 [get_ports din]
set_input_delay -clock clk_in -min 1.3 [get_ports din]
set_input_delay -clock clk_in -max 2.4 [get_ports din] -clock_fall -add_delay
set_input_delay -clock clk_in -min 1.8 [get_ports din] -clock_fall -add_delay
//有个知识点：下降沿发起的数据是在下个上升沿采样。所以data path是从5开始。

2.2 源同步

2.2.1 源同步 中心对齐

中心对齐的latch沿是是图中的上升沿的下一个上升沿。可以看到input_delay的范围是[dv_are,T-dv_bre],由于时钟是周期的。

2.2.1.1 上升沿

set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay 1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 9.0 [get_ports din]

2.2.1.2 下降沿

set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -min -add_delay 1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -max -add_delay 9.0 [get_ports din]

2.2.1.3 DDR

set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -min -add_delay 1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -max -add_delay 4.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay 1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 4.0 [get_ports din]

2.3.2 源同步 边沿MMCM对齐

MMCM具有调整时钟相位的功能。latch沿就是图中的上升沿，ltach的数据是上升沿之后的数据。

2.3.2.1 上升沿

set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay -1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 1.0 [get_ports din]

2.3.2.2 下降沿

-clock_fall

2.3.2.3 DDR

set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -min -add_delay -1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -max -add_delay 1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay -1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 1.0 [get_ports din]

2.3.3 源同步 边沿直接对齐

2.3.3.1 上升沿

set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay 9.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 11.0 [get_ports din]

2.3.3.2 下降沿

-fall_clock

2.3.3.3 DDR

set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -min -add_delay 4.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -clock_fall -max -add_delay 6.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay 4.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 6.0 [get_ports din]

实验

未约束input_delay 的编译结果

未添加约束，slack =无穷，也就是无法分析。

添加DDR input delay 约束

vivado分析最差路径(上升沿和下降沿的hold都能满足)也就是下降沿发送数据，上升沿采样。
data path的起点launch沿是5.0ns表示分析的是下降沿发起的数据。进过3.091ns到达reg.D
从destination clock path 窗口看到，latch沿是10.0ns，正好符合下降沿发送数据，上升沿采样。
时钟从clk_in port 经过bufg等延时，再减去setup就能得到required time。可以看到setup很小只有0.007ns。

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对比
use MMCM 边沿 源同步
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay -1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 1.0 [get_ports din]
直接 边沿 源同步
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay 9.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 11.0 [get_ports din]
两者的区别是什么？感觉相差一个周期。
使用下面约束，不添加MMCM 会报错hold见下面截图，看到是时钟路径过长
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay -1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 1.0 [get_ports din]


当使用下面约束，有setup报错
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay 9.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay 11.0 [get_ports din]

对比

## 约束1：
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay -1.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay  1.0 [get_ports din]
## 约束2：
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -min -add_delay  9.0 [get_ports din]
set_input_delay -clock [get_clocks clk_in] -max -add_delay  11.0 [get_ports din]

约束1和约束2比较，两者的区别是什么？感觉就相差一个周期10ns。

结论：
使用约束1，vivado的默认latch沿的时钟是0ns的，时钟路径从0ns开始累积。当前launch就是当前latch，
使用约束2，vivado的默认latch沿的时钟是10ns的，时钟路径从10ns开始累积。
两者的latch时钟相差一个周期T=10ns。

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参考

https://my.oschina.net/msxbo/blog/3122304