SDC约束

本文主要内容为时序分析的设计约束（SDC）

创建时钟

使用SDC命令create_clock创建时钟，时钟周期20，占空比50%的时钟信号；

create_clock -name CLK -period 20  [get_ports CLK] -waveform{0 7}

• -waveform 时钟占空比，不指定该选项，则时钟默认占空比为50%

生成时钟

生成时钟：是基于一个主时钟并通过相关逻辑转换后，在相位，频率，占空比等方面和主时钟有一定变化的分支时钟；

生成时钟的时钟源来自主时钟，其相位参考主时钟；

生成时钟可以通过以下方式生成：

• 时钟分频
• 时钟倍频
• 时钟门控

通过SDC命令 create_generated_clock 来定义生成时钟：

create_generated_clock  -name  clk_gen  -source   [get_ports CLK] [get_pins {DFF/Q}]  -divide_by 3

• -source 设定生成时钟的源引脚
• divide_by 3 :3分频
• divide_by:表示生成时钟通过分频生成；
• multiply_by :表示生成时钟通过倍频生成；
• edges: 占空比设置

生成时钟

可对生成时钟占空比进行设置：

占空比进行设置

create_generated_clock  -name  CLK_LSB -source    [get_ports CLK] [get_pins {DFF/Q}]  -edges {1 3 5}
create_generated_clock  -name  CLK_LSB -source    [get_ports CLK] [get_pins {DFF/Q}]  -edges {1 5 9}

分频器由源时钟下降沿触发：

源时钟下降沿触发

create_generated_clock  -name  GCLK3 -source   [get_ports CLK] [get_pins {DFF/Q}]   -edges {2 4 6}
create_generated_clock  -name  GCLK4 -source   [get_ports CLK] [get_pins {DFF/Q}]   -edges { 4 6 8 }

虚拟时钟

虚拟时钟即设计中不存在的时钟，定义虚拟时钟应满足：

• 设计中的某个时钟实际存在，但其时钟源不是来自设计中任何引脚和端口；
• 由于虚拟时钟和设计中的任何引脚和端口无直接关系，故定义虚拟时钟时并不指定时钟端口；
• 虚拟时钟用于作为输入输出端口延时约束的时钟源；

通过SDC命令创建虚拟时钟：

create_clock -name VIRTUAL_CLK -period 10 -waveform {0 5}

IO端口延迟

输入延迟：在一个时钟周期内，外部逻辑的输出数据到达设计输入端口所需的时间；

输出延迟：在一个时钟周期内，设计输出端口数据到达外部逻辑所需的时间；

通过SDC命令set_input_delay在输入端口指定延迟；

set_input_delay -clock CLK 1.2  [get_ports {IO}]

set_input_delay -max  -add_delay  -clock [get_clocks {CLK}] 15   [get_ports {IO}]
set_input_delay -min  -add_delay  -clock [get_clocks {CLK}]   15  [get_ports {IO}]

• -add_delay:通知工具除了现存的约束外，这是一个额外的约束，不会覆盖前一个约束；如果没有-add_delay，那么后面的约束会覆盖前面的约束。

通过SDC命令set_output_delay在输出端口指定延迟；

set_output_delay -max  -add_delay   -clock [get_clocks {CLK}] 15  [get_ports {IO}]
set_output_delay -min  -add_delay  -clock [get_clocks {CLK}] 15  [get_ports {IO}]

负延迟：

下面值可能是负值：set_input_delay -max set_input_delay -min set_output_delay -max set_output_delay -min

时钟分组

同步时钟：时钟存在固定的相位关系，来自同一个时钟源；异步时钟：不存在固定的相位关系；

为了让时序工具忽略异步时钟之间的时序路径或串扰分析，SDC提供了set_clock_groups命令，表明时钟组之间的时序路径不必考虑；

set_clock_groups   -name {clk_group1}   -group {GCCK}   -group {RCLK}  

• -asynchronous:时钟彼此不共享相位关系时可使用；

例：

set_clock_groups   -name {clk_group1}   -group [get_clocks{CCK1 CLK2 CLK3} ]  -group [get_clocks{CCK4 CLK5 CLK6} ] 

表示：CLK1,CLK2,CLK3分别异步于CLK4,CLK5,CLK6;

伪路径

不需要做时序分析的时序路径，可以通过伪路径忽略该路径，使得工具对该路径不进行时序分析；

set_false_path -from [get_clocks CLK1] -to [get_clocks CLK2]

定义两个时钟域CLK1和CLK2之间的路径为伪路径；

set_false_path -through  [get_pins X1] -through  [get_pins X2]

定义按X1->X2的顺序通过X1 X2引脚的路径为伪路径；

• -from，-to，-through指定false的路径；
• -from X1 -to X2：表示从起点X1到终点X2的路径；

多周期路径

多周期路径，存在时序路径较长或者信号在延时等于几个时钟周期的时间，如果仍然按照单周期进行约束，可能会出现时序违例，如下图所示：

通过SDC命令set_multicycle_path：

set_multicycle_path -from [get_pins DFF1/Q] -to  [get_clocks DFF2/D] -setup 5
set_multicycle_path -from [get_pins DFF1/Q]  -to [get_clocks DFF2/D]  -hold 4

• -setup和-hold成对出现；
• 保持时间比建立时间少一个周期；

最大最小延迟

当需要点对点对某些路径进行约束时，可通过最大最小延迟实现；

• 异步电路之间
• 输入信号直接通过组合逻辑后输出

当约束定义的是时序路径中的节点时，则约束的仅在两个节点之间；

set_max_delay -from [get_ports A1] -to [get_ports A2] 8
set_min_delay -from [get_ports A1] -to [get_ports A2] 5

上述定义A1到A2之间的时序路径的约束最大延时8ns最小延时6ns；

当约束定义是时钟时，最大最小延时将应用于该时钟源所控制的所有路径；

set_max_delay -from [get_clocks CLK1] -to [get_clocks CLK2] 8
set_min_delay -from[get_clocks CLK1] -to [get_clocks CLK2] 5

上述定义从时钟域CLK1到CLK2之间的所有时序路径的约束最大延时为8ns，最小延时为6ns；

IO环境建模

输入驱动建模：默认情况下，如果没有设置外部输入驱动，时序分析工具则默认外部输入驱动为无穷大；

推荐查看：综合对象及环境属性

1.set_drive

设置外部输入驱动信息，通过该命令定义驱动该引脚的输入驱动电阻值，通过该驱动电阻值计算出驱动端的转换时间，并计入时序路径延时信息；

当定义为0时，代表输入端驱动力为无穷大；

set_drive 0              [get_ports CLK]

上述定义CLK输入的驱动值为无穷大；

set_drive  -rise 0.4 [all_inputs]
set_drive  -fall 0.3 [all_inputs]

上述命令定义所有输入的驱动值，上拉驱动电阻为0.4，下拉驱动电阻为0.3；

• -min指定最小电阻，用于保持时间分析；
• -max指定最大电阻，用于建立时间分析；
• 如果不指定-max和-min，那么指定的值既用于建立时间分析，也用于保持时间分析；

2.set_driving_cell

指定驱动单元

set_driving_cell     -lib_cell INVX1M [all_inputs]

上述命令定义设计所有驱动力等价于单元库中INVX1M单元的驱动力；

• -lib_cell：指定驱动引脚的单元；

3.set_input_transition

通过set_input_transition 定义驱动该引脚的输入驱动端转换时间，设置的转换时间越大驱动力越小，当定义为0时，其代表输入端驱动力无穷大；

输出负载建模：默认情况下，如果没有设置外部输出负载，时序分析工具则默认外部输出负载为0；

1.输出负载可通过SDC命令set_load，定义外部负载为一个等效电容，其电容值即为负载值（指定的是负载的实际电容值）；

set_load         10             [all_outputs]
set_load           [expr [load_of $LIB_NAME/AND2X1M/A]*3]               [all_outputs]

上述命令定义所有输出负载等效为库中与门AND2X1M的引脚A的电容值的3倍；

• 负载类型：-pin_load,-wire_load可以指定负载类型是引脚负载还是线负载；

2.set_port_fanout_number value port_list

指定输出的扇出数（如果已知外部寄生负载并且已经通过set_load指定了外部寄生负载，则这个命令没有具体含义）

3.set_fanout_load value port_list

指定扇出负载（根据标准负载指定负载值）

其他时钟特性

1.时钟转换时间：

时钟在高低电平状态下切换所需要的延时；

通过SCD命令 set_clock_transition 来定义时钟转换延时；

• -rise 提供时钟上升沿的转换时间；
• -fall 提供时钟下降沿的转换时间；
• -max和-min 设置转换时间的最大最小条件；

 set_clock_transition -rise 0.2 [get_clocks CLK]
 set_clock_transition -fall -min 0.2 [get_clocks CLK]
 set_clock_transition -fall -max 0.4 [get_clocks CLK]

该命令仅用于预布局阶段，即时钟树综合完成之前，再时钟树生成之后，该命令不应用于任何的后布局时序分析；

2.时钟不确定性

实际时钟本身与理想时钟存在一定的差异，比如时钟抖动，时钟偏斜等因素；

• 时钟偏斜：时钟到达不同触发器时间差异；
• 时钟抖动：时钟周期的不良偏差；

如上图，时钟到达P4时间为1.3ns，到达P3时间为1.2ns，那么不确定性延时为1.3-1.2=0.1ns；

通过SDC命令set_clock_uncertainty 可将时钟偏斜和抖动模型化；

 set_clock_uncertainty 0.5 [get_clocks CLK1]
 set_clock_uncertainty -setup 0.5 [get_clocks CLK2]
 set_clock_uncertainty -hold 0.2 [get_clocks CLK2]

以上时钟不确定性为建立时间0.5ns，保持时间0.2ns；如下图所示：

不同时钟的不确定性

对于不同时钟不确定度建模时，源时钟可用-form，目的时钟可用-to；

#C1到C2的建立时间和保持时间不确定度
set_clock_uncertainty -from C1 to C2 -setup 0.5
set_clock_uncertainty -from C1 to C2 -hold 0.5
 
#C1上升沿到C2下降沿的不确定度
set_clock_uncertainty -rise_from C1 fall_to C2  0.5
 
#C1和C2之间的不确定度
set_clock_uncertainty -from C1 to C2  0.5
set_clock_uncertainty -from C2 to C1  0.5

3.时钟延迟

时钟信号从时钟源输出端到达时序单元时钟输入端（如触发器）所需要的时间，称为时钟延迟；

时钟延迟包括源延迟和网络延迟，源延迟是指源时钟到达时钟定义的端口的延迟；

网路延迟是指时钟定义的端口到时序单元时钟输入端的延迟；

通过SDC命令set_clock_latency来定义时钟延迟信息：

• -source 设定源延迟：

set_clock_latency -source 0.5 [get_clocks C1]

set_clock_latency -source -early 0.5 [get_clocks C1]
set_clock_latency -source  -late 1.0 [get_clocks C1]

最长路径的延迟可用-late，最短路径的延迟可用-early。

或者：

set_clock_latency -source -min 0.5 [get_clocks C1]
set_clock_latency -source  -max 1.0 [get_clocks C1]

当未设定-source时，表示网路延迟；

#上下降沿网路延迟
set_clock_latency  0.5 -rise [get_clocks C1]
set_clock_latency 0.3  -fall [get_clocks C1]

时钟网路延迟和时钟源延迟区别:

时钟网络延迟是时钟树生成前的设置，当实际时钟树生成后，时钟网络延迟将通过set_propagated_clock被时钟树的实际结果所替代；而时钟源延迟则会一直存在。

模式分析

恒定状态约束：

根据设计中不同模式的需要，通过设置恒定状态约束来定义时钟选择端口的对应状态值，

在多个模式中选择的时候，设定指定单一模式（相当于mux选择器）；

通过SDC命令set_case_analysis定义恒定状态约束；

如上图，假如CLK_SEL为0时，选择PLLdiv6_input,CLK_SEL为1时，选择PLLdiv2_input,则可设

set_case_analysis 0 [get_pins {mux.CLK_SEL}]

上述定义模式端口mux.CLK_SEL恒定状态为0；

• 可以是0,1，rising，falling

其他SDC命令

指定工作条件和要执行分析类型：

set_operaing_conditions -max ss_1v62_125c -library ss_1v62_125c

指定相应工作条件的库（根据PVT温度，电压，工艺决定）

线负载模型：

set_wire_load_model -name smic18_wl10 -library ss_1v62_125c

屏蔽时序弧：

set_disable_timing -from S -to Z [get_cells MUX ]

上述命令屏蔽选择器单元MUX中从S端到Z端的时序弧；

最大转换时间：

set_max_transition 0.8 [all _outputs]

上述命令定义所有输出驱动最大转换时间为0.8ns；

最大电容负载：

set_max_capacitance 0.6 [all_outputs]

上述命令定义所有输出驱动最大电容负载为0.6pF；

最大扇出：

set_max_fanout 15   [all_outputs]

上述命令定义所有输出驱动最大扇出为15；

附：SDC命令

SDC约束分为：

• 时序约束
• 面积与功率约束
• 设计规则约束
• 接口约束
• 特定模式和配置约束
• 设计要求的异常
• 其他命令

时序约束命令包括指定时钟特性，端口延迟，引脚和路径命令； create_clock create_generated_clock set_clock_groups set_clock_uncertainty set_clock_latency set_clock_transition set_input_delay set_output_delay set_propagated_clock set_clock_gating_check set_ideal_latency set_ideal_network set_ideal_transition set_max_time_borrow set_resistance set_time_derate set_data_check group_path set_load set_drive set_input_transiton set_fanout_load

面积与功率约束 set_max_area create_valtage_area set_level_shifter_threshold set_level_shifter_strategy set_max_dynamic_power set_max_leakage_power

设计规则约束 set_max_transition set_max_capacitance set_min_capacitance set_max_fanout

接口约束 set_load set_drive set_driving_cell set_fanout_load set_port_fanout_number set_input_transition set_input_delay set_output_delay

特定模式和配置约束 set_case_analysis set_logic_dc set_logic_zero set_logic_one

时序例外 set_false_path set_multicycle_path set_max_delay set_min_delay set_disable_timing

其他命令 set_wire_load_model set_wire_load_mode set_wire_load_selection_group set_wire_load_min_block_size set_units set_operating_condition sdc_version

SDC查询命令 get_cells get_ports get_pins get_nets get_clocks all_inputs all_output all_registers all_clocks get_libs get_lib_cells get_lib_pins current_design