FPGA主时钟约束详解 Vivado添加时序约束方法

在FPGA设计中，时序约束的设置对于电路性能和可靠性都至关重要。在上一篇的文章中，已经详细介绍了FPGA时序约束的基础知识。

本文将重点讲解主时钟约束设置，给出详细的约束命令，并介绍了在Vivado中如何写入主时钟约束。

一、主时钟约束

主时钟是FPGA电路中最基础的时钟，其稳定性和精确性对电路的稳定运行有着至关重要的作用。在时序约束中，我们需要准确地定义主时钟的时钟约束，以确保电路的时序约束得以实现。

在Vivado中，我们可以使用create_clock命令来定义主时钟的时钟约束，其语法如下：

create_clock -name < clock_name > -period < clk_period > [ -waveform {< rise_time > < fall_tim

参数	含义
-name	用于给时钟命名
-period	用于定义时钟周期
-waveform	波形参数，可以理解为占空比，一个周期时间内，rise_time表示第一个上升沿时刻，fall_time表示第一个下降沿时刻。不设置，则表示默认为50%的占空比
get_ports	指定工程里的模块时钟信号名

这里需要注意的是使用create_clock创建的时钟必须是主时钟primary clock。

FPGA中的主时钟通常有两种来源：

• 由外部时钟源（晶振）提供，通过引脚进入。
• 带高速收发器(GT)FPGA芯片型号，有GT时钟RXOUTCLK或TXOUTCLK。

对于Xilinx 7系列FPGA，需要对GT的两个时钟都添加约束，但对于UltraScale以及以上系列FPGA，只需对GT的输入时钟约束即可。

1、外部输入的单端主时钟信号

设定从引脚clk输入外部时钟，时钟周期为12ns，占空比50%，相移为0，则主时钟约束如下所示：

create_clock -period 12 [get_ports clk] 

如果存在相移为90，则主时钟约束变为

create_clock -period 12 -waveform {3 9} [get_ports clk]

2、外部输入的差分时钟信号

PGA差分时钟是指通过时钟管脚的P端和N端共同进来的时钟信号。通常应用于高频或精度要求较高的场合，它的作用是消除共模噪声，从而提高系统性能。

只需要约束差分时钟的P端即可，不能同时约束P端和N端，N端可以被软件自动识别到。

比如差分时钟sys_clk_p和sys_clk_n，时钟周期为6.667ns，则约束为：

create_clock -name sys_clk -period 6.667 [get_ports sys_clk_p]

3、高速收发器GT时钟信号

FPGA高速收发器GT时钟信号，是指在FPGA中使用高速收发器GT（Gigabit Transceiver）进行信号收发时，需要使用与其速率相匹配的时钟信号进行同步传输。这样做可以确保信号稳定地传输，避免了数据传输中可能出现的误码情况。

比如时钟源由高速收发器gt0提供，则时序约束为：

create_clock -name rx0_outclk -period 3.333 [get_pins gt0/RXOUTCLK]
 create_clock -name tx0_outclk -period 3.333 [get_pins gt0/TXOUTCLK]

二、Vivado添加时序约束

1、新建XDC文件，或添加已有的XDC文件

点击“+”号，选择“add or create constras”，点击下一步。

选择“create file”，填入时序文件名即可。

2、添加时序约束

（1）方法1

直接打开XDC文件，写入时序约束语句即可

（2）方法2

在将工程综合Synthesis完成后，点开“Open Synthesized Design”，等待打开完成后，直接在TCL console窗口中输入时序约束语句，回车即可。

（3）方法3

在将工程综合Synthesis完成后，点开“Edit Timing Constraints”，等待打开GUI界面。

在“分类区”选中要创建的约束类型，点击“+”号，创建约束，弹出约束创建界面。

点击source objects右侧的“...”，打开模块接口搜索界面，并点击find按钮，选中“sys_clk”信号，点击“右箭头”，最后点击set即可。

最后输入时钟名，时钟周期，和波形参数即可，点击ok，并“ctrl + S”保存即可。

三、总结

主时钟约束是FPGA中常见的操作，必须掌握，本文详细介绍了操作命令和操作示范，希望可以帮助到大家学习并掌握这个知识。