Quartus® Primeプロ・エディションのユーザーガイド: タイミング・アナライザー

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ID 683243
日付 4/01/2024
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. タイミング解析の概要 2. Quartus® Prime タイミング・アナライザーの使用 A. Quartus® Primeプロ・エディションのユーザーガイド
1. タイミング解析の概要 x
1.1. このバージョンの新機能 1.2. タイミング解析の基本概念 1.3. タイミング解析の概要の改訂履歴
1.2. タイミング解析の基本概念 x
1.2.1. タイミングパスとクロックの解析 1.2.2. クロックのセットアップ解析 1.2.3. クロックのホールド解析 1.2.4. リカバリーとリムーバル解析 1.2.5. マルチサイクル・パス解析 1.2.6. メタスタビリティー解析 1.2.7. タイミングの悲観 1.2.8. データとしてのクロックの解析 1.2.9. マルチコーナー・タイミング解析 1.2.10. 時間の借用
1.2.1. タイミングパスとクロックの解析 x
1.2.1.1. タイミング・ネットリスト 1.2.1.2. タイミングパス 1.2.1.3. データとクロックの到着時間 1.2.1.4. 起動エッジとラッチエッジ
1.2.5. マルチサイクル・パス解析 x
1.2.5.1. マルチサイクル・クロック・ホールド 1.2.5.2. マルチサイクル・クロック・セットアップ
1.2.10. 時間の借用 x
1.2.10.1. 時間借用における制限 1.2.10.2. ラッチでの時間借用 1.2.10.3. 時間借用最適化のイネーブル
2. Quartus® Prime タイミング・アナライザーの使用 x
2.1. デザインフロー全体におけるタイミング制約の使用 2.2. タイミング解析フロー 2.3. タイミング制約の適用 2.4. タイミング制約の詳細 2.5. タイミングレポートの詳細 2.6. タイミング解析のスクリプティング 2.7. Quartus® Prime タイミング・アナライザー・ユーザーガイドの改訂履歴 2.8. Quartus® Primeプロ・エディションのユーザーガイド: タイミング・アナライザーのアーカイブ
2.2. タイミング解析フロー x
2.2.1. ステップ 1: タイミング・アナライザーの基本的な設定を指定 2.2.2. ステップ 2: タイミング制約の指定 2.2.3. ステップ 3: タイミング・アナライザーの実行 2.2.4. ステップ 4: タイミングレポートの分析
2.2.2. ステップ 2: タイミング制約の指定 x
2.2.2.1. RTLでのSDCタイミング制約の指定 2.2.2.2. 従来のSDCタイミング制約の指定 2.2.2.3. 合成専用のSDCタイミング制約の指定
2.2.3. ステップ 3: タイミング・アナライザーの実行 x
2.2.3.1. 合成後の早期タイミング解析の実行 2.2.3.2. フィット後のタイミング解析の実行
2.2.3.2. フィット後のタイミング解析の実行 x
2.2.3.2.1. タイミング解析の動作条件の設定 2.2.3.2.2. クリティカルな警告のエラーへの昇格
2.2.4. ステップ 4: タイミングレポートの分析 x
2.2.4.1. デザイン・アシスタントでのクロスプローブ 2.2.4.2. タイミング・アナライザーからのデザイン・アシスタントの起動 2.2.4.3. 他のツールでのタイミングパスの特定 2.2.4.4. 制約とタイミングレポートの関連付け
2.2.4.1. デザイン・アシスタントでのクロスプローブ x
2.2.4.1.1. デザイン・アシスタントからタイミング・アナライザーへのクロスプローブ
2.3. タイミング制約の適用 x
2.3.1. 従来のSDCに推奨される初期の制約 2.3.2. 回路例と従来のSDCファイル 2.3.3. SDCファイルの優先順位 2.3.4. 制約変更の反復 2.3.5. エンティティーに結び付けられたタイミング制約の使用 2.3.6. デザインのパーティション・ポートの制約 2.3.7. フィッターの過剰制約の使用
2.3.1. 従来のSDCに推奨される初期の制約 x
2.3.1.1. クロックの作成 (create_clock) 2.3.1.2. PLL クロックの導出 (derive_pll_clocks) 2.3.1.3. クロックの不確実性の導出 (derive_clock_uncertainty) 2.3.1.4. クロックグループの設定 (set_clock_groups)
2.3.5. エンティティーに結び付けられたタイミング制約の使用 x
2.3.5.1. RTLでのエンティティーに結び付けられたSDC制約の使用 2.3.5.2. エンティティーに結び付けられたSDCファイルの使用
2.3.5.1. RTLでのエンティティーに結び付けられたSDC制約の使用 x
2.3.5.1.1. モジュールの入力と出力をターゲットとする制約 2.3.5.1.2. RTLエンティティー・ベースSDC制約のスコープ 2.3.5.1.3. RTLでのSDCにおける自動スコープ例 2.3.5.1.4. RTLでのSDCにおける手動スコープ例
2.3.5.2. エンティティーに結び付けられたSDCファイルの使用 x
2.3.5.2.1. エンティティーに結び付けられたSDC制約のスコープ 2.3.5.2.2. エンティティーに結び付けられた制約における自動スコープ例 2.3.5.2.3. エンティティーに結び付けられた制約における手動スコープ例 2.3.5.2.4. エンティティーに結び付けられた制約をもつデザイン・パーティションのエクスポート 2.3.5.2.5. エンティティーに結び付けられた制約をもつデザイン・パーティションのインポート
2.3.6. デザインのパーティション・ポートの制約 x
2.3.6.1. インポートされたコンパイル結果のタイミング解析
2.4. タイミング制約の詳細 x
2.4.1. クロック制約 2.4.2. I/O制約 2.4.3. 遅延およびスキュー制約 2.4.4. タイミング例外制約 2.4.5. 遅延アノテーション
2.4.1. クロック制約 x
2.4.1.1. ベースクロックの作成 2.4.1.2. 仮想クロックの作成 2.4.1.3. 生成されるクロックの作成 (create_generated_clock) 2.4.1.4. PLL クロックの導出 2.4.1.5. クロックグループの作成 (set_clock_groups) 2.4.1.6. クロックの影響による特性の考慮 2.4.1.7. CDCパスの制約
2.4.1.1. ベースクロックの作成 x
2.4.1.1.1. クロックの自動検出と制約の作成
2.4.1.2. 仮想クロックの作成 x
2.4.1.2.1. I/O インターフェイスの不確実性の指定 2.4.1.2.2. I/O インターフェイスのクロック不確実性の例
2.4.1.3. 生成されるクロックの作成 (create_generated_clock) x
2.4.1.3.1. クロック分周器の例 (-divide_by) 2.4.1.3.2. クロック・マルチプレクサーの例
2.4.1.5. クロックグループの作成 (set_clock_groups) x
2.4.1.5.1. 排他的クロックグループ (-logically_exclusive または -physically_exclusive) 2.4.1.5.2. 非同期クロックグループ (-asynchronous) 2.4.1.5.3. set_clock_groups 制約のヒント
2.4.1.6. クロックの影響による特性の考慮 x
2.4.1.6.1. クロック・レイテンシーの設定 (set_clock_latency) 2.4.1.6.2. クロックの不確実性
2.4.2. I/O制約 x
2.4.2.1. 入力の制約 (set_input_delay) 2.4.2.2. 出力の制約 (set_output_delay)
2.4.3. 遅延およびスキュー制約 x
2.4.3.1. 高度な I/O タイミングおよびボード・トレース・モデルの遅延 2.4.3.2. 最大スキュー (set_max_skew) 2.4.3.3. ネット遅延 (set_net_delay)
2.4.4. タイミング例外制約 x
2.4.4.1. タイミング例外の優先順位 2.4.4.2. フォルスパス (set_false_path) 2.4.4.3. 最小遅延と最大遅延 2.4.4.4. マルチサイクル･パス 2.4.4.5. マルチサイクル例外の例
2.4.4.4. マルチサイクル･パス x
2.4.4.4.1. 一般的なマルチサイクルのアプリケーション 2.4.4.4.2. マルチサイクルによるセットアップの緩和 (set_multicyle_path) 2.4.4.4.3. 位相シフトの考慮 (-phase)
2.4.4.5. マルチサイクル例外の例 x
2.4.4.5.1. デフォルトのマルチサイクル解析 2.4.4.5.2. エンド・マルチサイクル・セットアップ = 2、エンド・マルチサイクル・ホールド = 0 2.4.4.5.3. エンド・マルチサイクル・セットアップ = 2、エンド・マルチサイクル・ホールド = 1 2.4.4.5.4. 同じ周波数のクロック (送信先クロックのオフセットあり) 2.4.4.5.5. 送信元クロック周波数の倍数になる送信先クロック周波数 2.4.4.5.6. 送信元クロック周波数の倍数になる送信先クロック周波数 (オフセットあり) 2.4.4.5.7. 送信先クロック周波数の倍数になる送信元クロック周波数 2.4.4.5.8. 送信先クロック周波数の倍数になる送信元クロック周波数 (オフセットあり)
2.5. タイミングレポートの詳細 x
2.5.1. Fmax 概要レポート 2.5.2. Report Timingレポート 2.5.3. ソースファイルごとのタイミングレポート 2.5.4. データ遅延レポート 2.5.5. ネット遅延レポート 2.5.6. クロックレポートおよびクロック・ネットワーク・レポート 2.5.7. クロック間転送レポート 2.5.8. メタスタビリティー・レポート 2.5.9. CDC Viewer レポート 2.5.10. 非同期 CDC レポート 2.5.11. ロジック深度レポート 2.5.12. 近隣パスレポート 2.5.13. レジスター分布レポート 2.5.14. ルーティング着目ネットレポート 2.5.15. リタイミング制約レポート 2.5.16. レジスター統計情報レポート 2.5.17. パイプライン情報レポート 2.5.18. 時間借用データレポート 2.5.19. 例外レポートおよび例外範囲レポート 2.5.20. ボトルネック・レポート 2.5.21. タイミングの確認 2.5.22. SDCレポート
2.5.13. レジスター分布レポート x
2.5.13.1. タイミングパスのエンドポイントの Tension が大きいレジスター 2.5.13.2. 直接ファンアウトによる Tension が大きいレジスター
2.5.20. ボトルネック・レポート x
2.5.20.1. カスタム・ボトルネック基準の指定
2.6. タイミング解析のスクリプティング x
2.6.1. quartus_sta 実行ファイル 2.6.2. quartus_staw実行ファイル 2.6.3. コレクション・コマンド
2.6.3. コレクション・コマンド x
2.6.3.1. ワイルドカード文字 2.6.3.2. コレクション・アイテムの追加と削除 2.6.3.3. コレクションのクエリー 2.6.3.4. get_pins コマンドの使用
1. タイミング解析の概要
2. Quartus® Prime タイミング・アナライザーの使用
A. Quartus® Primeプロ・エディションのユーザーガイド

2.3.1.4. クロックグループの設定 (set_clock_groups)

Set Clock Groups (set_clock_groups) 制約を使用すると、デザイン内の無関係のクロックを指定することができます。デフォルトでは、タイミング・アナライザーは、共通のベースまたは親クロックをもつクロックはすべて関連しており、それらのクロックドメイン間の転送はすべてタイミング解析に有効であると想定します。クロックグループを切断することにより、特定のクロックドメイン間の転送をタイミング解析から除外することができます。

逆に、共通の親クロックまたはベースクロックをもたないクロックに関連はありませんが、タイミング解析にはそのようなクロック間の転送が含まれます。ただし、クロックが異なるクロックグループにある場合 (またはクロックのパスがすべてフォルスパス制約で切断されている場合) を除きます。

各グループに含めるクロック信号を定義し (-group)、異なるグループ間の関係を指定します。その後、グループが相互に Logically exclusive (-logically_exclusive)、Physically exclusive (-physically_exclusive)、または Asynchronous (-asynchronous) かを指定します。 

set_clock_groups -asynchronous -group {<clock1>...<clockn>} ... \
    -group {<clocka>...<clockn>}
  • -logically_exclusive - 論理的に排他的で、同時にアクティブにならないクロックを定義します (多重化されているクロックなど)
  • -physically_exclusive - 物理的にデバイスに同時に存在できないクロックを定義します
  • -asynchronous - 理想的なクロックソースが異なる完全に無関係なクロックを定義します。このフラグは、クロックがどちらも切り替わっていることを意味しますが、同期してデータを渡すことができるものではありません。

例えば、8ns クロックと 10ns クロックの間にパスがある場合、クロックが完全に非同期であっても、それらに関連がないことを指定しない限り、タイミング・アナライザーはこれらのクロックの間で 2ns のセットアップ関係を満たそうとします。

次の例は、クロック・マルチプレクサーに向けた制約です。2 つの入力、マルチレート・クロックがあり、適切な論理および物理的排他性の組み合わせを備えています。

# First profile
create_clock -name clk_a1 -period 10 [get_ports clk_a]
create_clock -name clk_b1 -period 20 [get_ports clk_b]

# Second profile
create_clock -name clk_a2 -period 100 [get_ports clk_a] -add
create_clock -name clk_b2 -period 200 [get_ports clk_b] -add

# Mark base clocks as asynchronous to each other
set_clock_groups -asynchronous -group {clk_a?} -group {clk_b?}

# Define muxed clocks for each profile
set muxout [get_pins -compatibility_mode {mux*|combout}]
foreach profile {1 2} {
     set mux_clk_a "mux_clk_a${profile}"
     set mux_clk_b "mux_clk_b${profile}"
     
     create_generated_clock -name $mux_clk_a -source [get_ports clk_a] \
          -master_clock "clk_a${profile}" $muxout -add
     create_generated_clock -name $mux_clk_b -source [get_ports clk_b] \
          -master_clock "clk_b${profile}" $muxout -add
     
     # Mark each muxed clock as logically exclusive to each other
     set_clock_groups -logically_exclusive -group $mux_clk_a \
          -group $mux_clk_b
}

# Mark profile clocks as physically exclusive to each other
# (Do this after defining the derived clocks so they get cut too)
set_clock_groups -physically_exclusive -group {*clk_?1} \
     -group {*clk_?2}
図 59. 制約例のデザイントポロジー

Set Clock Groups ダイアログボックスでは 2 つのクロックグループのみが許可されますが、.sdc ファイルでは、-group {<group of clocks>} オプションを無制限に指定することができます。関係のないクロックを割り当てから除外すると、タイミング・アナライザーは保守的に動作し、クロックが接続する他のすべてのドメインとのコンテキストでそのクロックを解析します。

タイミング・アナライザーは現在、クロストークを明示的に解析しません。代わりに、タイミングモデルで追加のガードバンドを使用し、クロストークを原因とする潜在的な遅延を考慮します。タイミング・アナライザーは、クロストーク関連の解析では、-asynchronous オプションと -exclusive オプションを同じように扱います。最大スキューレポートやシンクロナイザー検出などでは、非同期クロックグループと排他的クロックグループは個別に扱われます。

単一の割り当てでクロックを複数のグループ (-group) に含めることはできません。ただし、複数の set_clock_groups 割り当てを使用することができます。

クロック間のタイミングを切断する別の方法は、set_false_path を使用することです。sys_clk と dsp_clk の間のタイミングを切断する場合は、次のようになります。 

set_false_path -from [get_clocks sys_clk] -to [get_clocks dsp_clk]
set_false_path -from [get_clocks dsp_clk] -to [sys_clk]

この手法はクロックの数が少ない場合には効果的ですが、多数の制約がある場合は管理が難しくなる可能性があります。3 つの PLL を備え、複数の出力があるシンプルなデザインの場合、set_clock_groups コマンドではクロック間のタイミングの切断を 10 行未満で行うことができます。一方、set_false_path コマンドでは、50 行以上が必要になる場合があります。

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