Quartus时序约束与时序分析剖析教学提纲
QuartusII时序约束
03
动态时序分析的优点是准确度 高，适用于精确分析和优化电 路性能。
时序分析的步骤
01
02
03
04
建立时序模型
根据电路的逻辑功能和结 构，建立相应的时序模型 ，包括建立时间、保持时 间和时钟周期等参数。
时序约束设置
根据时序模型，设置相应 的时序约束，包括时钟源 、时钟网络、触发边沿、 建立时间和保持时间等。
时钟策略优化
选择适当的时钟策略，如多源 时钟、时钟分频等，以满足时 序要求。
参数调整
调整编译器的参数设置，如设 置更严格的时序约束或调整时
序例外等。
优化工具
Quartus II 软件
Altera（现Intel）提供的集成开发环境（IDE），包含多种时序约束 和优化的工具和功能。
逻辑合成工具
如Yosys、ABC等开源逻辑合成工具，可以用于优化设计的逻辑结构 。
时序约束的分类
建立时间（Setup Time）：指信号在时钟边沿前应该 稳定的时间。
时钟周期（Clock Period）：指时钟信号的周期性时间 间隔。
保持时间（Hold Time）：指信号在时钟边沿后应该保 持稳定的时间。
偏斜（Skew）：指时钟信号或数据信号在不同路径上 的延迟差异。
02
CATALOGUE
时序约束是数字逻辑设计和 FPGA编程中的重要概念，它确 保了电路在时序上的正确性。
时序约束的重要性
1
时序约束是确保数字电路正常工作的关键因素。
2
在FPGA设计中，如果不进行正确的时序约束， 可能会导致时序违规、数据传输错误等问题。
3
通过合理的时序约束，可以优化设计，提高电路 的工作效率，降低功耗和减小面积。
Quartus时序约束与时序分析剖析
保持时间
保持时间：在触发器的时钟信号有效沿到来以后，数据 和使能信号必须保持稳定不变的最小时间。如果保持时 间不够，数据同样不能被正确打入触发器。 tH = Clock Delay – Data Delay + MicrotH
Tips
tH (clock hold time) : The minimum length of time for which data that feeds a register via its data or enable input(s) must be retained at an input pin after the clock signal that clocks the register is asserted at the clock pin. tH = <clock to destination register delay> + <micro hold delay of destination register> - <pin to register delay> minimum tH slack = <required th> - <actual th>
设计中常用的时序概念
时钟偏斜 周期与最高频率 建立时间 保持时间 时钟到输出延时 管脚到管脚延时 Slack
时钟偏斜
时钟偏斜：指一个同源时钟到达两个不同的寄存器时钟端 的时间差别。 clock skew：The difference in the arrival time of a clock signal at two different registers, which can be caused by path length differences between two clock paths, or by using gated or rippled clocks. Clock skew is the most common cause of internal hold violations.
基于quartusii时序约束
关于quartus ii时序约束（1）2012-06-17 09:46:07| 分类：默认分类|举报|字号订阅一直以来都只是简单地理解了一下关于时序约束的内容，而工具也有默认classic的约束，加上目前的设计对时序没有很高的要求，所以就一直都没真正地自己做过一次约束，但是我知道，这部分是不可以跳过的，这部分也算是搞FPGA必须掌握的内容。
今天下午对这部分进行了初次探究，收获有如下：常用的约束有三种：1.时序约束2.区域约束3.位置约束时序约束的作用有：1.提高设计的工作频率2.获得正确的时序分析报告需要复习前面博文《FPGA学习之时序分析基础（7）》记住，堵塞原则是HDL语言的精髓，也就是说触发器是有延时作用的，虽然两个触发器使用的是同一个时钟，但是当第二个触发器接收第一帧数据的时候第一个触发器在发第二帧数据，而当第二个触发器接收第二帧数据的时候第一个触发器在发第三帧数据，依此类推，也就是说每一帧数据在两个触发器之间都有一个clk的时间前进，如果前进的时间太长，也即是系统给的时钟太快，就会出现无法满足第二个触发器setup的时间。
setup time 就是第二个触发器在接收到由第一个触发器上一个时钟发送的数据之前应空闲的时间。
公式：CLK+TCLK2-Tsu > Tclk1 + Tcd + Tdata所以系统CLK是和Tsu息息相关的，所以看时序报告的时候也是从Clock Setup‘clk’看最差路径等信息。
在FPGA设计工具中包含有4种路径：从输入端口到寄存器，从寄存器到寄存器，从寄存器到输出，从输入到输出的纯组合逻辑。
通常，需要对这几种路径分别进行约束，以便使设计工具能够得到最优化的结果。
下面对这几种路径分别进行讨论。
1. 从输入端口到寄存器：这种路径的约束是为了让FPGA设计工具能够尽可能的优化从输入端口到第一级寄存器之间的路径延迟，使其能够保证系统时钟可靠的采到从外部芯片到FPGA的信号。
quartus i2c时序约束
quartus i2c时序约束
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种常见的串行通信协议，用于在数字集成电路（IC）之间进行通信。
在Quartus软件中，对
于I2C通信时序的约束，需要考虑到I2C总线的时钟频率、数据传
输的时序要求以及外部器件的特性等方面。
首先，我们需要考虑I2C总线的时钟频率。
根据I2C标准，标
准模式下的时钟频率为100 kHz，快速模式下的时钟频率为400 kHz，高速模式可达到3.4 MHz。
在Quartus中，我们需要根据所使用的
I2C设备的时钟频率要求来约束I2C时钟的频率，以确保通信的稳
定性和可靠性。
其次，对于I2C通信的时序要求，需要考虑起始条件、数据传
输和停止条件的时序约束。
起始条件包括START信号的保持时间和
起始条件到第一个数据位的延迟时间；数据传输包括时钟脉冲的高
电平和低电平时间、数据线上数据稳定的时间等；停止条件包括STOP信号的保持时间和停止条件到下一个START条件的延迟时间。
这些时序约束需要根据I2C设备的规格书和Quartus支持的约束语
法来进行设置。
此外，还需要考虑外部器件的特性，例如I2C设备的上升沿和下降沿的时序要求、数据线的负载能力等。
这些特性也需要在Quartus中进行时序约束的设置，以确保I2C通信的稳定性和可靠性。
总的来说，针对I2C通信时序的约束，在Quartus中需要考虑时钟频率、起始条件、数据传输、停止条件以及外部器件的特性等多个方面，通过合理的约束设置来保证I2C通信的正常进行。
希望这些信息能够对你有所帮助。
QuartusII时序约束方法演示文稿
Slack SDC terminology
第八页，8 共222页。
Async Path
PRE
D
Q
Data Path
PRE
D
Q
CLR
Clock Paths
CLR
Async Path
Three types of Paths:
1. Clock Paths
2. Data Path
Q CLR
μTsu/μTh
Tclk2
Latch Edge
Clock Arrival Time = latch edge + Tclk2
第十四页144，共222页。
Data Required Time - Setup
Time signal must arrive at destination register to be properly sampled
Constrains Registered Output Path (Max. tco)
CLK
Altera Device tco
B
PCB Delay
External Device tsu
CLK
Output Maximum
tco
Delay
tcoB ≤ tCLK - Output Maximum Delay
Data Required Time - Hold
Earliest time signal can arrive at destination register and not interfere with data sampled on previous clock edge
使用Quartus II Timequest时序分析器约束分析设计PPT精选文档
© 2009 Altera Corporation Altera, Stratix, Arria, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 8
Perform full compilation (run Fitter)
Verify timing in TimeQuest TA
© 2009 Altera Corporation Altera, Stratix, Arria, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 9
Basic Steps to Using TimeQuest TA
1. Generate timing netlist 2. Enter SDC constraints
a. Create and/or read in SDC file (recommended method)
or
b. Constrain design directly in console
Using TimeQuest TA in Quartus II Flow
Synthesize Quartus II project
Use TimeQuest TA to specify timing requirements
Enable TimeQuest TA in Quartus II project
时序分析与时序约束
时序分析与时序约束（基于TimeQuest Timing Analyzer）一、基础篇：常用的约束（Assignment/Constraints）分类：时序约束、区域与位置约束和其他约束。
主要用途：1、时序约束：规范设计的时序行为，表达设计者期望满足的时序条件，指导综合和布局不同阶段的优化算法等。
简而言之就是规范和指导的作用。
倘若合适的话，它在综合、影射、布局布线的整个流程中都会起指导作用，综合器，布线器都会按照你的约束尽量去努力实现，并在静态时序分析报告中给出结果。
2、区域与位置约束：指定芯片I/O引脚位置以及指导实现工具在芯片中特定的物理区域进行布局布线。
3、其他约束：主要作用：1、提高设计的工作频率：通过附加时序约束可以控制逻辑的综合、映射、布局和布线，以减少逻辑和布线的延时。
其实，综合后的结果只是给出你的设计一个大概的速度范围，布线后的速度比综合后给出的结果要低，这是因为综合后只有器件的延时，而布线后除了器件的延时还要加上布线上的延时。
至于低多少就看设计者的约束能不能很好的指导布线器进行优化了。
2、获得正确的时序分析报告:在QuartusII 中，内嵌的是静态时序分析工具（STA, Static Timing Analysis）,他的作用就是设计进行评估，只有在正确的输入时序约束的情况下，才能得到可靠的报告。
同时也是做FPGA设计时是必须的一个步骤，事实上大家一般都已经做了这一步，我们在FPGA加约束、综合、布局布线后，会生成时序分析报告，设计人员会检查时序报告、根据工具的提示找出不满足setup/hold time的路径，以及不符合约束的路径，这个过程就是STA。
此外，STA是相对于动态时序仿真而言的，它通过对每个时序路径的延时分析，计算出最高的设计频率（fmax），发现时序违规（Timing Violation）。
注意：静态时序分析仅仅聚焦于设计时序性能的分析，而不会涉及逻辑性能。
在STA中主要分析的路径有：时钟路径，异步路径，数据路径。
集成电路设计中的时序约束分析
集成电路设计中的时序约束分析随着科技的不断发展，集成电路在许多领域得到广泛应用。
集成电路设计中的时序约束分析是保证电路正确运行的关键之一。
本文将从什么是时序约束，时序约束的分析方法和时序约束优化三个方面进行阐述。
一、什么是时序约束时序约束是指在完成集成电路设计之前对其进行的规定性的要求，用来保证在实际应用中电路的正确性和性能稳定性。
这些要求包括输入和输出电平的稳定性、时钟频率和同步信号的稳定性等。
在集成电路设计中，时序约束是非常重要的，它可以保证电路的正常运行和避免潜在的故障。
此外，合理的时序约束可以帮助设计人员在尽量缩短电路设计时间的情况下实现高性能的电路。
二、时序约束的分析方法在集成电路设计中时序约束的分析包括单个时序分析和时序路由分析两种类型。
单个时序分析主要是通过分析电路中的各个信号之间的时间关系，并根据这些关系来确定电路中的时序约束。
这种方法可以帮助设计人员在保证电路稳定性的前提下尽量提高电路性能。
另外，单个时序分析还可以检测电路的故障，并对电路进行排查和修复。
时序路由分析又称为时序优化，它是在单个时序分析的基础上，通过对电路的布局和路由进行优化，进一步提高电路的性能。
时序路由分析主要是通过改变电路中的信号路径，以满足不同的时序约束要求。
三、时序约束优化在集成电路设计中，时序约束优化是提高电路性能的关键之一。
合理的时序约束优化可以最大程度地利用电路资源，提高电路的工作效率和性能，降低电路的功耗。
对于时序约束的优化，主要需要考虑以下几个方面：1、资源利用率：合理的时序约束可以充分利用电路中的资源，避免浪费，提高电路的资源利用率。
2、功耗：合理的时序约束可以降低电路的功耗，提高电路的效率。
3、可靠性：合理的时序约束可以保证电路的正常运行，并降低电路故障率。
总之，时序约束分析是集成电路设计中的重要环节，它直接影响到电路的性能和可靠性。
通过对时序约束的分析和优化，可以最大程度地利用电路资源，提高电路的性能和稳定性，同时也可以提高电路的可靠性。
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Tips
tH (clock hold time) : The minimum length of time for which data that feeds a register via its data or enable input(s) must be retained at an input pin after the clock signal that clocks the register is asserted at the clock pin.
tSU = <pin to register delay> + <micro setup delay> - <clock to destination register delay>
tSU slack = <required tsu> - <actual tsu>
保持时间
保持时间：在触发器的时钟信号有效沿到来以后，数据 和使能信号必须保持稳定不变的最小时间。如果保持时 间不够，数据同样不能被正确打入触发器。 tH = Clock Delay – Data Delay + MicrotH
静态时序分析与动态时序仿真的区别
动态时序仿真是针对给定的仿真输入信号波形，模拟设计 在器件实际工作时的功能和延时情况，给出相应的仿真输 出信号波形。它主要用于验证设计在器件实际延时情况下 的逻辑功能。由动态时序仿真报告无法得到设计的各项时 序性能指标，如最高时钟频率等。
静态时序分析则是通过分析每个时序路径的延时，计算出 设计的各项时序性能指标，如最高时钟频率、建立保持时 间等，发现时序违规。它仅仅聚焦于时序性能的分析，并 不涉及设计的逻辑功能，逻辑功能验证仍需通过仿真或其 他手段（如形式验证等）进行。静态时序分析是最常用的 分析、调试时序性能的方法和工具。
QuartusII中的时序分析报告
Timing analyzer： Timing analyzer settings：时序分析设置，包括目标器件、
时序分析报告中报告的内容、时序约束。 Timing analyzer summary：时序分析概要 Clock setup：时间建立关系 tsu：输入建立时间 th：输入保持时间 tco：时钟到输出延时 tpd：管脚到管脚延时 Minimum tpd & tco：最小tpd & tco
时钟到输出延时
时钟到输出延时：从时钟信号有效沿到数据有效的时间 间隔。 tCO = Clock Delay + MicrotCO + Data Delay
setup slack = (<setup relationship>) - (<maximum clock pin to source register delay> + <tCO of source register> + <register-to-register delay> + <tSU of destination register> <minimum clock pin to destination register delay>)
建立时间
建立时间：在触发器的时钟信号有效沿到来以前，数据 和使能信号必须保持稳定不变的最小时间。如果建立时 间不够，数据将不能在该时钟沿被正确打入触发器。 tSU = Data Delay + MicrotSU －Clock Delay
Tips
tSU (clock setup time) : The length of time for which data that feeds a register via its data or enable input(s) must be present at an input pin before the clock signal that clocks the register is asserted at the clock pin.
tH = <clock to destination register delay> + <micro hold delay of destination register> - <pin to register delay>
minimum tH slack = <required th> - <actual th>
设计中常用的时序概念
时钟偏斜 周期与最高频率 建立时间 保持时间 时钟到输出延时 管脚到管脚延时 Slack
时钟偏斜
时钟偏斜：指一个同源时钟到达两个不同的寄存器时钟端 的时间差别。
clock skew：The difference in the arrival time of a clock signal at two different registers, which can be caused by path length differences between two clock paths, or by using gated or rippled clocks. Clock skew is the most common cause of internal hold violations.
最小时钟周期与最高时钟频率
同步电路数据传输模型
最小时钟周期： tCLK = Microtco + tLOGIC + tNET + MicrotSU－ tCLK_SKEW tCLK_SKEW = tCD2 － tCD1
最高时钟频率： fmax = 1 / tCLK
Tips
同步系统的运行速度 即同步时钟的速度。同步时钟愈快， 电路处理数据的时间间隔越短，电路在单位时间处理的数 据量就愈大。
Quartus时序约束与时序分析剖 析
时序约束的主要作用
提高设计的工作频率
通过附加时序约束可以控制逻辑的综合、映射、布局和布线， 以减小逻辑和布线延时，从而提高工作频率。
获得正确的时序分析报告
QuartusII的静态时序分析（STA）工具以约束作为判断时序 是否满足设计要求的标准，因此要求ห้องสมุดไป่ตู้计者正确输入时序约 束，以便STA工具能输出正确的时序分析结果。