关于set_input_delay和set_output_delay的选项-max和-min的存在意义和推导

一、存在背景分析

      文档的说法是，set_input_delay和set_output_delay描述的是数据在端口处与某时钟的时序关系。这样的说法是很表面的。input/output其实是模拟数据在端口外的延时，实际上这是端口的一个外部约束条件，目的是为了约束FPGA输入端口到内部寄存器数据输入端或者内部寄存器输出端到FPGA输出端口之间允许的延时(因为这中间可能有组合逻辑)，理解这一点非常重要。

      既然模拟的是数据在外部的情况，那么弄清楚这个延时是相对于哪个时钟而言的就很重要(这里也是泛泛而谈，后面有详细一点的分析)。很显然，这里的对象时钟是虚拟时钟virtual clock。

      对于任何一种情况，有一点必须要保证：必须保证接收端能接收到数据。在推导过程中，这一条是隐含的前提。

二、set_input_delay的推导

      对于set_input_delay，虚拟时钟是Launch，为保证FPGA能采样到数据，对源寄存器与目的寄存器之间的路径延时是有限制的。假如延时太大，FPGA端的建立时间可能不满足；延时太小，FPGA端的保持时间可能不满足。因此，计算max时考虑的是建立时间的情况，计算min时考虑的是保持时间的情况。

      考虑保持时间时，可得如下关系：

      Launch + Tco_ext + Td_ext + Td_in + uTsu = Latch

      假如Td_in为Td_in_max，如果时钟周期不变，外界最糟糕的情况是，(Tco_ext + Td_ext)的值也为最大。SDC对输入时max的定义如下：

      set_input_delay –max {Tco_ext + Td_max}

      实际上这并不是FPGA内部的延时，这只是FPGA内部延时的相关量，因为很明显内部的延时是Td_in。为什么不直接使用内部延时呢？因为那样的话涉及到的变量太多，而这两个参数，在板卡和板卡环境确定之后，几乎是不会变化的。这个相关量的意义是，Td_in想往上增大是要受到这个相关量的约束的。

      考虑建立时间时，可得：

      Launch + Tco_ext + Td_in + Td_ext + Tsrc = Latch + uThd

      假如Td_in为Td_in_min，外界最糟糕的情况是(Tco_ext + Td_ext)的值也为最小。SDC对输入是min的定义如下：

      set_input_delay –min  {Tco_ext + Td_min}

      当然这也是相对量。

      有一点应该说明，-max和-min不会同时达到极限值，因为Td不会同时既为max又为min。因此，假如su或者hd有一个时序不收敛，内部的路径延时是有调整空间的。

三、set_output_delay的推导

      对于set_output_delay，虚拟时钟是Latch。

      考虑外部寄存器的建立时间，可得：

      Launch + uTco + Td_in + Td_ext + Tsu_ext = Latch

      假如Td_in为Td_in_max，最糟糕的情况是(Td_ext + Tsu_ext)也为最大。SDC对输出时max的定义如下：

      set_output_delay –max {Td_max + Tsu_ext}

      考虑外部寄存器的保持时间，可得：

      Launch + uTco + Td_in + Td_ext + Tsrc = Latch + Thd_ext

      假如Td_in为Td_in_min，最糟糕的情况是Td_ext亦为最小。SDC对输出是min的定义如下：

      set_output_delay –min {-Thd_ext + Td_ext_min}

      至于为什么不写成(Thd_ext – Td_ext_min)，是为了计算时与max一致。在验证建立时间是否满足时，在Latch确定了的情况下，需要Latch减去max得到Data Required Time。在验证保持时间时，为了计算一致，希望也用Latch减去min来得到Data Required Time，而这时Required的计算应写为

       Latch + Thd_ext – Td_ext_min

变换一下可得

       Latch – (-Thd_ext + Td_ext_min)

min就是这样得来的。