静态时序分析SAT
1.?? 背景
???? 靜態(tài)時序分析的前提就是設(shè)計者先提出要求，然后時序分析工具才會根據(jù)特定的時序模型進(jìn)行分析，給出正確是時序報告。
進(jìn)行靜態(tài)時序分析，主要目的就是為了提高系統(tǒng)工作主頻以及增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對很多數(shù)字電路設(shè)計來說，提高工作頻率非常重要，因為高工作頻率意味著高處理能力。通過附加約束可以控制邏輯的綜合、映射、布局和布線，以減小邏輯和布線延時，從而提高工作頻率。
2.?? 理論分析
?? 2.1???固定參數(shù)launch edge、latch edge、Tsu、Th、Tco概念
2.1.1???????? launch edge
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時序分析起點（launch edge）：第一級寄存器數(shù)據(jù)變化的時鐘邊沿，也是靜態(tài)時序分析的起點。
2.1.2??????? latch edge
時序分析終點（latch edge）：數(shù)據(jù)鎖存的時鐘邊沿，也是靜態(tài)時序分析的終點。
2.1.3???????? Clock Setup Time (Tsu)
建立時間（Tsu）：是指在時鐘沿到來之前數(shù)據(jù)從不穩(wěn)定到穩(wěn)定所需的時間，如果建立的時間不滿足要求那么數(shù)據(jù)將不能在這個時鐘上升沿被穩(wěn)定的打入觸發(fā)器。如圖3.2所示：
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?圖3.2? 建立時間圖解
2.1.4??????? Clock Hold Time (Th)
保持時間（Th）：是指數(shù)據(jù)穩(wěn)定后保持的時間，如果保持時間不滿足要求那么數(shù)據(jù)同樣也不能被穩(wěn)定的打入觸發(fā)器。保持時間示意圖如圖3.3所示：
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圖3.3? 保持時間圖解
2.1.5???????? Clock-to-Output Delay（tco）
數(shù)據(jù)輸出延時（Tco）：這個時間指的是當(dāng)時鐘有效沿變化后，數(shù)據(jù)從輸入端到輸出端的最小時間間隔。
2.2??? Clock skew
時鐘偏斜（clock skew）：是指一個時鐘源到達(dá)兩個不同寄存器時鐘端的時間偏移，如圖3.4所示：
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圖3.4? 時鐘偏斜
時鐘偏斜計算公式如下：
?????????????????????????????????????? ??? Tskew = Tclk2 - Tclk1 （公式2-1）
2.2??? Data Arrival Time
數(shù)據(jù)到達(dá)時間（Data Arrival Time）：輸入數(shù)據(jù)在有效時鐘沿后到達(dá)所需要的時間。主要分為三部分：時鐘到達(dá)寄存器時間（Tclk1），寄存器輸出延時（Tco）和數(shù)據(jù)傳輸延時（Tdata），如圖3.5所示
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圖3.5? 數(shù)據(jù)到達(dá)時間
數(shù)據(jù)到達(dá)時間計算公式如下：
Data Arrival Time = Launch edge?+ Tclk1 +Tco + Tdata （公式2-2）
2.3??? Clock Arrival Time
時鐘到達(dá)時間（Clock Arrival Time）：時鐘從latch邊沿到達(dá)鎖存寄存器時鐘輸入端所消耗的時間為時鐘到達(dá)時間，如圖3.6所示
圖3.6? 時鐘到達(dá)時間
時鐘到達(dá)時間計算公式如下：
???????????????????????????????????????? Clock Arrival Time = Lacth edge + Tclk2 （公式2-3）
2.4??? Data Required Time（setup/hold）
數(shù)據(jù)需求時間（Data Required Time）：在時鐘鎖存的建立時間和保持時間之間數(shù)據(jù)必須穩(wěn)定，從源時鐘起點達(dá)到這種穩(wěn)定狀態(tài)需要的時間即為數(shù)據(jù)需求時間。如圖3.7所示：
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圖3.7? 數(shù)據(jù)需求時間
（建立）數(shù)據(jù)需求時間計算公式如下：
Data Required Time = Clock Arrival Time - Tsu （公式2-4）
（保持）數(shù)據(jù)需求時間計算公式如下：
Data Required Time = Clock Arrival Time?+ Th ??? （公式2-5）
2.5??? Setup slack
建立時間余量（setup slack）：當(dāng)數(shù)據(jù)需求時間大于數(shù)據(jù)到達(dá)時間時，就說時間有余量，Slack是表示設(shè)計是否滿足時序的一個稱謂。
?圖3.8? 建立時間余量
如圖3.8所示，建立時間余量的計算公式如下：
Setup slack = Data Required Time - Data Arrival Time （公式2-6）
由公式可知，正的slack表示數(shù)據(jù)需求時間大于數(shù)據(jù)到達(dá)時間，滿足時序（時序的余量），負(fù)的slack表示數(shù)據(jù)需求時間小于數(shù)據(jù)到達(dá)時間，不滿足時序（時序的欠缺量）。
3.1.7??? 時鐘最小周期
時鐘最小周期：系統(tǒng)時鐘能運行的最高頻率。
1. 當(dāng)數(shù)據(jù)需求時間大于數(shù)據(jù)到達(dá)時間時，時鐘具有余量；
2.??? 當(dāng)數(shù)據(jù)需求時間小于數(shù)據(jù)到達(dá)時間時，不滿足時序要求，寄存器經(jīng)歷亞穩(wěn)態(tài)或者不能正確獲得數(shù)據(jù)；
3.??? 當(dāng)數(shù)據(jù)需求時間等于數(shù)據(jù)到達(dá)時間時，這是最小時鐘運行頻率，剛好滿足時序。
從以上三點可以得出最小時鐘周期為數(shù)據(jù)到達(dá)時間等于數(shù)據(jù)需求時間，的運算公式如下：
?????????????????????????????????????????????????????????????? Data Required Time?= Data Arrival Time
圖解Setup?與?Hold?Slack
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從上面兩個圖中可以清晰的看出Setup與Hold Slack的定義與計算方法:
Setup slack=latch edge+Tclk2-Tsu-(launch edge+Tclk1+Tco+Tdata)
????????????????=(latch edge-lanuch edge)+(Tclk2-Tclk1)-(Tsu+Tco+Tdata)
對于工具默認(rèn)的單周期來說，latch edge-lanuch edge=T，如果不考慮時鐘的skew，Tclk2-Tclk1=0，上式可以表達(dá)成：
Setup slack=T-(Tsu+Tco+Tdata),這就是為什么說源寄存器與目的寄存器之間延遲不能太長的原因，延遲越長，slack越小。
Hold slack=data arrival time – data required time
?????????????=(launch edge + Tclk1 + Tco + Tdata) – (latch edge + Tclk2?+ Th)
?????????????=(launch edge – latch edge) – (Tclk2 – Tclk1) + (Tco + Tdata?+ Th)
注意，上式中的launch edge為next launch edge，即為latch edge，所以launch edge – latch edge=0，如果不考慮時鐘的skew，Tclk2-Tclk1=0，上式可以表達(dá)成：
Hold slack=Tco + Tdata – Th，這就是為什么說源寄存器與目的寄存器之間延遲不能太短的原因，時間太短，slack越小。
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setup? slack 計算
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hold? slack 計算
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總結(jié)
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