【精品博文】4.11、静态时序分析的基本流程（Lattice Diamond篇）

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如题，这篇博文来简单地聊一聊使用Lattice的IDE Diamond进行静态时序分析的一般步骤。

Step1：编写高效的HDL的源码

说道如何使FPGA设计达到时序闭合（Timing Closure）工程师最容易想到的方法就是通过进行综合约束、布局布线约束、和其他的优化技术提升系统性能，当然这些都是设计过程中所必需的，但所有这些优化方法对于系统性能的提升都是有限的，系统的性能最终还是取决于工程师的设计（ coding style），其中同步设计是最重要的一点。具体的大家可以去看一下一个叫作“HDL Coding Guidelines”的文档，该文档，可以直接在Diamond的Start page中找到，如下图所示：

Step2：使用合适有效的时序约束

“有效的时序约束”，这是我们之前的几篇博文所一直讨论的问题。实际上，时序约束不仅仅是对于静态时序分析而言的，它是贯穿整个FPGA设计流程中的，包括综合（Synthesis）、MAP和PAR。这里为什么说“使用”，而不是说“编写”呢？是因为，时序约束除了可以像我们之前那样介绍的一样通过在LPF文件或者HDL源码中（或者在SDC文件中）直接编写之外，还可以通过Diamond的集成工具SpreadSheet View进行GUI式的设置。其中，在HDL源码中和在SDC文件中的时序约束会影响到综合工具的操作，以及后面的MAP和PAR的操作。而在LPF文件中的时序约束（包括通过SpreadSheet View进行设置的，实际上，最终也是写入到LPF文件中的），可能不会影响到综合过程（LSE和Synplify Pro对此处理方式不同）。

当然，除此之外，还有一个可以修改时序约束的工具——Timing Analysis View。该工具的具体用法，会在后面详细聊……

Step3：尝试性的运行MAP、MAP TRACE、PAR、PAR TRACE等操作

此过程主要用于检查HDL的设计中的一些错误和不合理的地方。这里有一个黄金法则（Rule of Thumb）：在设计前期尽量先用MAP TRACE来检查时序问题，因此此时主要的问题都存在与HDL的设计上。当MAP TRACE基本上没有什么问题的时候，在使用PAR和PAR TRACE进行时序分析，并充分利用Timing Analysis View工具，以节省开发时间（相对于MAP，PAR会花费大量的时间）。

Step4：认真分析Report

认真分析MAP report、MAP TRACE report、PAR report、PAR TRACE report以及PAD report。根据report中的相关信息，调整HDL设计或者时序约束条件……

Step5：如果需要，添加或者修改约束条件

如果当前约束不合适，可以通过修改一级、二级时钟分配（Primary and secondary clock）、调整和PLL相关的IO时序，将关键路径（Critical Paths）的相关组件进行组合（Group）等……

Step6：检查关键路径、高扇出网络和长组合路径

对于高扇出（High-fanout）网络，可以使用时钟（复位）网络资源（对于时钟和复位信号来说），或者插入冗余资源来降低扇出。当然这个不需要设计者去做，我们只需要在Strategy中进行相应的设置就可以，如下图所示，可以根据实际需求适当提高或者降低最大扇出。

对于长组合路径，可以采用之前介绍的Retiming或者Pipeling技术。具体地来说，用户可以修改HDL源码，将原设计修改为流水线设计；也可以通过Strategy进行设置，引导相关工具自动采用Retiming和Pipeling技术，如下图所示：

Step7：如果需要，可以通过Floorplanning进行一些layout的调整

如果通过以上6个步骤反复迭代，仍然不能到达预期的时序目标时，可以考虑使用Floorplanning工具适当调整Layout。如，将一些时序要求严格的组件（模块）放置在一起，以缩短走线距离……