FPGA时序约束理论篇之IO约束
I/O约束
I/O约束是必须要用的约束，又包括管脚约束和延迟约束。
管脚约束
管脚约束就是指管脚分配，我们要指定管脚的PACKAGE_PIN和IOSTANDARD两个属性的值,前者指定了管脚的位置,后者指定了管脚对应的电平标准。
在vivado中，使用如下方式在xdc中对管脚进行约束。
set_property -dict {PACKAGE_PIN AJ16 IOSTANDARD LVCMOS18} [get_ports "led[0]" ]
在Vivado规定，必须要指定管脚电平，不然在最后一步生成比特流时会出错。
除了管脚位置和电平，还有一个大家容易忽略但很容易引起错误的就是端接，当我们使用差分电平时比如LVDS，在在V6中我们使用IBUFDS来处理输入的差分信号时，可以指定端接为TRUE。
IBUFDS #(
.DIFF_TERM("TRUE"), // Differential Termination
.IOSTANDARD("DEFAULT") // Specify the input I/O standard
) IBUFDS_inst (
.O(O), // Buffer output
.I(I), // Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
.IB(IB) // Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
);
但在Ultrascale中的IBUFDS，却把端接这个选项去掉了
IBUFDS #(
.DQS_BIAS("FALSE") // (FALSE, TRUE)
)
IBUFDS_inst (
.O(O), // 1-bit output: Buffer output
.I(I), // 1-bit input: Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
.IB(IB) // 1-bit input: Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
);
我们必须要在xdc或I/O Pors界面中，手动指定，否则可能会出错。
笔者之前就采过一个坑，差分端口输入，当连续输入的数据为11101111这种时，中间那个0拉不下来，还是1，同样也会发生在000010000，这样就导致数据传输错误，后来才发现是端接忘记加。因为端接会影响信号的实际电平，导致FPGA判断错误。
当综合完成后，我们可以点击DRC，进行设计规则检查，这一步可以报出一些关键问题，比如时钟端口未分配在时钟引脚上等。
延迟约束
延迟约束用的是set_input_delay和set_output_delay，分别用于input端和output端，其时钟源可以是时钟输入管脚，也可以是虚拟时钟。但需要注意的是，这个两个约束并不是起延迟的作用，具体原因下面分析。
- set_input_delay
这个约束跟ISE中的OFFSET=IN功能相同，但设置方式不同。下图所示即为input delay的约束说明图。
从图中很容易理解，
T_inputdelay = Tco + TD
当满足图中的时序时，最大延迟为2ns，最小延迟为1ns。
因此，需要加的时序约束为：
create_clock -name sysclk -period 10 [get_ports clkin]
set_input_delay 2 -max -clock sysclk [get_ports Datain]
set_input_delay 1 -min -clock sysclk [get_ports Datain]
- set_output_delay
set_output_delay的用法跟set_input_delay十分相似，这里就不再展开讲了。我们上面讲set_input_delay的描述中，大家可以看到，这个约束是告诉vivado我们的输入信号和输入时钟之间的延迟关系，跟下面要讲的时钟周期约束是一个原理，让vivado在这个前提下去Place and Route。并不是调节输入信号的延迟，因为身边有不少的FPGA工程师在没用过这个约束指令之前，都以为这是调节延迟的约束。
如果要调整输入信号的延迟，只能使用IDELAY，在V6中，IDELAY模块有32个tap值，每个tap可延迟78ps，这样总共差不多是2.5ns。