一、背景

Vivado中時(shí)序分析工具默認(rèn)會(huì)分析設(shè)計(jì)中所有時(shí)鐘相關(guān)的時(shí)序路徑，除非時(shí)序約束中設(shè)置了時(shí)鐘組或false路徑。使用set_clock_groups命令可以使時(shí)序分析工具不分析時(shí)鐘組中時(shí)鐘的時(shí)序路徑，使用set_false_path約束則會(huì)雙向忽略時(shí)鐘間的時(shí)序路徑

使用-group參數(shù)可以將一個(gè)時(shí)鐘設(shè)置到多個(gè)時(shí)鐘組中，如果時(shí)鐘組中沒有時(shí)鐘，則時(shí)鐘組為空組。只有至少兩個(gè)組都是非空組，為有效組時(shí)set_clock_groups約束才有效。如果只有一個(gè)組有效，其他組是空的，流程將會(huì)報(bào)錯(cuò)。

二、時(shí)鐘間關(guān)系

2.1 時(shí)鐘關(guān)系分類

兩個(gè)時(shí)鐘的關(guān)系可以是同步時(shí)鐘，異步時(shí)鐘，非擴(kuò)展時(shí)鐘。

同步時(shí)鐘： 兩個(gè)時(shí)鐘的相位關(guān)系是可預(yù)知的，常見的是兩個(gè)時(shí)鐘來源于相同的根時(shí)鐘或者共同的周期，如生成時(shí)鐘和主時(shí)鐘。

異步時(shí)鐘：當(dāng)兩個(gè)是時(shí)鐘的相位關(guān)系不可預(yù)知時(shí)，則為異步時(shí)鐘，例如來源兩個(gè)晶振的時(shí)鐘，通過不同的輸入端口進(jìn)入到FPGA內(nèi)部，無法知道兩者的相位關(guān)系。

非擴(kuò)展時(shí)鐘：當(dāng)兩個(gè)時(shí)鐘在1000個(gè)周期內(nèi)仍無無法找到共同的邊沿，在這種情況下，最差的setup關(guān)系在超過1000個(gè)周期上，但是時(shí)序分析工具將無法確認(rèn)這是最差的情況。典型的例子是兩個(gè)奇數(shù)倍分頻的時(shí)鐘，如clk0和clk1都是由MMCMs產(chǎn)生的生成時(shí)鐘，周期分別為5.125ns和6.666ns。它們的上升沿在1000個(gè)周期內(nèi)不存在重合。時(shí)序分析工具有一個(gè)0.01ns的setup路徑裕量，盡管兩個(gè)時(shí)鐘有已知的相位關(guān)系，但它們的波形使得無法進(jìn)行正確的時(shí)序分析。

異步時(shí)鐘中，slack值可以按常規(guī)方法計(jì)算，但計(jì)算出的值不一定正確。因此，非擴(kuò)展時(shí)鐘通常作為異步時(shí)鐘。

2.2 時(shí)鐘關(guān)系查看

時(shí)鐘Vivado中Report Clock Interaction可以查看時(shí)鐘間的關(guān)系

下圖顏色方塊中，橫坐標(biāo)表示目的時(shí)鐘，縱坐標(biāo)表示源時(shí)鐘，黑色No path表示不存在時(shí)序路徑，藍(lán)色User ignored Paths為用戶設(shè)置了不分析的約束，紅色Timed(Unsafe)表示異步時(shí)鐘或非擴(kuò)展的時(shí)鐘，顏色塊下方的列表也顯示了時(shí)序的詳細(xì)信息。

三、異步時(shí)鐘組

3.1 優(yōu)先級(jí)

異步時(shí)鐘和非擴(kuò)展時(shí)鐘是沒法正確地進(jìn)行時(shí)序分析， 在它們之間的時(shí)序路徑在分析時(shí)應(yīng)該使用set_clock_groups進(jìn)行忽略。相比于其他時(shí)序例外的命令，set_clock_groups的優(yōu)先級(jí)最高，如果需要對(duì)異步時(shí)鐘進(jìn)行分析，則不能對(duì)該時(shí)鐘使用set_clock_groups命令。

3.2 使用格式

在Timing Constraints窗口中，Clocks列下選擇Set Clock Groups

進(jìn)入Set Clock Groups界面

Group name：設(shè)置時(shí)鐘組的名稱

Group 1: 添加屬于Group 1中的時(shí)鐘，點(diǎn)擊最右側(cè)的“+”可以設(shè)置多個(gè)組

The specified clocks are: 設(shè)置時(shí)鐘組里的時(shí)鐘與其他時(shí)鐘的關(guān)系，可為asynchronous，logically exclusive，physically exclusive。

-asynchronous：約束為異步時(shí)鐘組

-logically_exclusive：約束為邏輯互斥的時(shí)鐘組

-physically_exclusive：約束為物理線路互斥的時(shí)鐘組，設(shè)計(jì)中不能同時(shí)存在，最終表現(xiàn)的效果和-logically_exclusive是相同的。

約束命令示例：

set_clock_groups -name clk_group -asynchronous -group[get_clocks{create_clk1 gen_clk_2}]

3.3 asynchronous和exclusive

參數(shù)asynchronous表示創(chuàng)建異步時(shí)鐘組，使用場景如數(shù)據(jù)在不同速率的時(shí)鐘間通過FIFO進(jìn)行傳輸時(shí)，使用異步時(shí)鐘組隔離時(shí)序關(guān)系。

參數(shù)exclusive表示時(shí)鐘組里的時(shí)鐘為互斥關(guān)系，例如，同一個(gè)節(jié)點(diǎn)中存在多個(gè)時(shí)鐘，當(dāng)同一時(shí)間內(nèi)只能一個(gè)時(shí)鐘生效，常用在時(shí)鐘多路復(fù)用上。

3.4 結(jié)果示例

以設(shè)計(jì)中存在4個(gè)時(shí)鐘clk1,clk2,clk3,clk4為例，時(shí)鐘之間均存在可分析的時(shí)序路徑。對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行不同的時(shí)鐘組約束，約束后的分析結(jié)果如下，Y表示進(jìn)行時(shí)序分析，N表示不進(jìn)行時(shí)序分析，參數(shù)使用asynchronous。

a)場景1：

set_clock_groups -name clk_group -asynchronous -group[get_clocksclk1]

b)場景2

set_clock_groups -name clk_group -asynchronous -group[get_clocks{clk1 clk2}]

時(shí)鐘組內(nèi)部的時(shí)鐘間進(jìn)行時(shí)序分析，和外部的時(shí)鐘不會(huì)進(jìn)行時(shí)序分析

c)場景3

set_clock_groups -name clk_group -asynchronous -group[get_clocksclk1] -group[get_clocksclk2]

設(shè)置多個(gè)groups時(shí)，groups之間的clk不會(huì)進(jìn)行時(shí)序分析

d)場景4

set_clock_groups -name clk_group -asynchronous -group[get_clocks{clk1 clk2}] -group[get_clocks{clk3 clk4}]

設(shè)置多個(gè)group時(shí)，group內(nèi)部的時(shí)鐘間會(huì)進(jìn)行時(shí)序分析，group間不會(huì)進(jìn)行時(shí)序分析

總結(jié)：set_clock_group中g(shù)roup內(nèi)部的時(shí)鐘只能組內(nèi)間進(jìn)行分析，不能跨組或與非約束中的時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)序分析