哪些因此會導致時鐘skew過大呢？FPGA中降低時鐘skew的幾種方法

本文參考自高亞軍老師的《AMD FPGA設計優化寶典》

首先哪些因此會導致時鐘skew過大呢？

不合理的時鐘結構

時鐘同時驅動I/O資源和Slice資源

時鐘跨die

在時序報告中，會顯示出clock path skew，如果時鐘偏移超過0.5ns，就需要額外關注了。

書中列舉了幾個優化skew的方法：

移除時鐘路徑上多余的時鐘buffer，如果出現了級聯時鐘Buffer，勢必會導致時鐘路徑上的延遲增大。

移除時鐘路徑上的組合邏輯，一旦時鐘路徑上出現了組合邏輯，就意味著時鐘布線采用了“常規布線資源+專用布線資源”的組合形式，從而顯著增大了時鐘延遲且時鐘skew無法預測。同時，相比于專用時鐘布線資源，常規布線資源對噪聲更加敏感，這會使時鐘質量下降。

輸入時鐘從clock capable的管腳輸入，否則還是會出現“常規布線資源+專用布線資源”的組合形式。

如果設計中出現并行的MMCM/PLL時，應合理設置CLOCK_DEDICATED_ROUTE的值。

如果BUFGCE和兩個MMCM位于同列相鄰的時鐘區域，那么應為約束為SAME_CMT_COLUMN或BACKBONE，同時將MMCM的位置固定下來：

#FORUltraScale/UltraScale+
set_propertyCLOCK_DEDICATED_ROUTESAME_CMT_COLUMN[get_nets-of[get_pinsBUFG_inst/O]]
#FOR7series
set_propertyCLOCK_DEDICATED_ROUTEBACKBONE[get_nets-of[get_pinsBUFG_inst/O]]
set_propertyLOCMMCM3_ADV_X1Y2[get_cellsMMCM3_ADV_inst_0]
set_propertyLOCMMCM3_ADV_X1Y0[get_cellsMMCM3_ADV_inst_1]

如果BUFGCE和兩個MMCM位于不同列但相鄰的時鐘區域，那么應該設為ANY_CMT_COLUMN和FALSE。

#FORUltraScale/UltraScale+
set_propertyCLOCK_DEDICATED_ROUTEANY_CMT_COLUMN[get_nets-of[get_pinsBUFG_inst/O]]
#FOR7series
set_propertyCLOCK_DEDICATED_ROUTEFALSE[get_nets-of[get_pinsBUFG_inst/O]]
set_propertyLOCMMCM3_ADV_X1Y2[get_cellsMMCM3_ADV_inst_0]
set_propertyLOCMMCM3_ADV_X1Y0[get_cellsMMCM3_ADV_inst_1]

對于7系列FPGA，避免使用BUFIO/BUFR/BUFH來驅動分散在不同時鐘域內的邏輯。要評估設計中區域時鐘緩沖器負載的個數，以保證這些負載可以被放置在一個時鐘區域內。

對于UltraScale/UltraScale+和Versal的FPGA，避免使用MMCM/PLL對來自BUFG_GT的輸出時鐘執行簡單的分頻，可以使用BUFGCE_DIV、MBUFG這些帶有分頻功能的時鐘BUFFER來代替。

對于UltraScale/UltraScale+和Versal的FPGA，對關鍵的同步跨時鐘域路徑添加CLOCK_DELAY_GROUP約束。什么是同步跨時鐘域路徑呢，比如MMCM輸出的兩個同步時鐘。

對于UltraScale/UltraScale+的FPGA，修改時鐘根節點的位置。Vivado在布局階段會自動給每個時鐘分配根節點的位置，以獲取最佳的時序性能。通常情況下，時鐘根節點位于其驅動負載的中心位置，如果不是，可以使用USER_CLOCK_ROOT調整。

避免關鍵路徑穿越SLR或輸入輸出列。

對于UltraScale/UltraScale+的FPGA，使用CLOCK_LOW_FANOUT屬性使時鐘網線驅動的負載位于同一個時鐘區域內。