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1、ISE 约束-UCF 编辑的入门介绍 zz From: http:/ ISE 中通过编辑 UCF 文件来对 FPGA 设计进行约束，主要涉及到的约束包括时钟约束、群组约束、逻辑管脚约束以及物理属性约束。Xilinx FPGA 设计约束的分类Xilinx 定义了如下几种约束类型： “Attributes and Constraints” “CPLD Fitter” “Grouping Constraints” “Logical Constraints” “Physical Constraints” “Mapping Directives” “Placement Constraints” “Rou

2、ting Directives” “Synthesis Constraints” “Timing Constraints” “Configuration Constraints”通过编译 UCF（user constraints file）文件可以完成上述的功能。还是用实例来讲 UCF 的语法是如何的。图 1 RTL Schematic图 1 是顶层文件 RTL 图，左侧一列输入，右侧为输出，这些端口需要分配相应的 FPGA管脚。1: NET “pin_sysclk_i“ LOC = AD12 | TNM_NET = pin_sysclk_i;2: TIMESPEC TS_pin_sysclk

3、_i = PERIOD “pin_sysclk_i“ 15 ns HIGH 50 %;3: #4: NET “pin_plx_lreset_n_i“ LOC = B18;5: #6: NET “pin_plx_lhold_i“ LOC = C17;7: NET “pin_plx_lholda_o“ LOC = D17 | SLEW = FAST;8: #9: NET “pin_plx_ads_n_i“ LOC = E18;10: NET “pin_plx_ads_n_i“ OFFSET = IN 6.3 ns AFTER “pin_sysclk_i“ HIGH;11: #12: NET “pi

4、n_plx_lw_r_n_i“ LOC = E9;13: NET “pin_plx_lw_r_n_i“ OFFSET = IN 6.3 ns AFTER “pin_sysclk_i“ HIGH;14: #15: NET “pin_plx_blast_n_i“ LOC = D18;16: NET “pin_plx_blast_n_i“ OFFSET = IN 6.3 ns AFTER “pin_sysclk_i“ HIGH;17: #18: NET “pin_plx_lad_io“ LOC = AD13 | SLEW = FAST | TNM = LAD;19: NET “pin_plx_lad

11、 SLEW = FAST | TNM = LAD;49: NET “pin_plx_lad_io“ LOC = F14 | SLEW = FAST | TNM = LAD;50: TIMEGRP “LAD“ OFFSET = IN 6.4 ns AFTER “pin_sysclk_i“ HIGH;51: TIMEGRP “LAD“ OFFSET = OUT 3.1 ns BEFORE “pin_sysclk_i“ HIGH;52: #53: NET “pin_plx_ready_n_o“ LOC = F18 | SLEW = FAST;54: NET “pin_plx_ready_n_o“ O

12、FFSET = OUT 4.2 ns BEFORE “pin_sysclk_i“ HIGH;55: #56: NET “pin_plx_bterm_n_o“ LOC = D10 | SLEW = FAST;57: NET “pin_plx_bterm_n_o“ OFFSET = OUT 4.2 ns BEFORE “pin_sysclk_i“ HIGH;58: #59: NET “pin_led_o“ LOC = D22;60: NET “pin_led_o“ LOC = C22;61: NET “pin_led_o“ LOC = E21;62: NET “pin_led_o“ LOC = D

13、21;63: NET “pin_led_o“ LOC = C21;64: NET “pin_led_o“ LOC = B24;65: NET “pin_led_o“ LOC = C20;66: NET “pin_led_o“ LOC = B23;表 1. UCF example对上面的 UCF 文件进行一些注释：该 UCF 文件主要是完成了管脚的约束、时钟的约束，以及组的约束。第一、二行：主要定义了时钟以及对应的物理管脚。第一行，端口 pin_sysclk_i 分配到 FPGA 管脚 AD12，并放到了 pin_sysclk_i group 中。那如何得知是 AD12 的管脚呢，请看图 2，F

14、PGA 管脚 AD12 是一个 66MHz 的外部时钟。FPGA 的开发板肯定有电路原理图供你分配外部管脚。图 2，电路原理图第二行：时钟说明：周期 15ns，占空比 50%。关键词 TIMESPEC（Timing Specifications），即时钟说明。一般的语法是：TIMESPEC “TSidentifier“=PERIOD “timegroup_name“ value units;其中 TSidentifier 用来指定 TS（时钟说明）的唯一的名称。第七行：pin_plx_lholda_o 连接至物理管脚 D17，并配置该管脚电平变化的速率。关键词：SLEW，用来定义电平变化的速率

15、的，一般语法是：NET “top_level_port_name“ SLEW=“value“;其中 value = FAST|SLOW|QUIETIO, QUIETIO 仅用在 Spartan-3A。第十行：定义 pin_plx_ads_n_i 输入跟时钟的关系。OFFSET IN 和 OFFSET OUT 的约束。OFFSET IN 定义了数据输入的时间和接收数据时钟沿（capture Edge）的关系。一般的语法是：OFFSET = IN value VALID value BEFORE clockOFFSET = OUT value VALID value AFTER clock图 3

16、时序图（OFFSET IN）例子：NET “SysCLk“ TNM_NET = “SysClk“;TIMESPEC “TS_SysClk“ = PERIOD “SysClk“ 5 ns HIGH 50%;OFFSET = IN 5 ns VALID 5 ns BEFORE “SysClk“;上面的定义了基于 SysClk 的全局 OFFSET IN 的属性。时序可看图 3.图 4 时序图（OFFSET OUT）例子：NET “ClkIn“ TNM_NET = “ClkIn“;OFFSET = OUT 5 ns AFTER “ClkIn“;上面设置主要是定了了时钟跟数据的时间关系，时序图 4。可

17、以看到这时一种全局定义，Data1 和 Data2 输出时间都受到 OFFSET = OUT 5 ns AFTER “ClkIn“ 的约束。如果需要单独定义输出端口的 OFFSET OUT 的，需要制定相应的 NET，可参考表 1 中的第 57 行。第 18 至 49 行：pin_plx_lad_io 被归到了名称为 LAD 的 TMN(Timing name)，这个可以说是 GROUP 的约束。这样往往给约束带来方便，不用一个一个的 NET 或者 INST 进行约束。第 50 至 51 行：对 TIMEGRP 是 LAD 进行 OFFSET IN 和 OUT 的定义。在时序约束中，在这里还未

18、提及 FROM TO 的约束。FROM TO 的约束主要是用来两个同步模块之间的时间关系的约束。在这里不做深入的讨论。至此，基本上把一般的 UCF 文件的作用进行了注释。注：一般的时间的约束需要通过静态的时序分析，然后再设定相应 PERIOD，OFFSET IN 以及 OFFEET OUT 等的时间参数。当然在例子中还没有涉及到区域的约束。下面会试图说一下。ISE 进行综合后会将设计代码生成相应的逻辑网表，然后经过 translate 过程，转换到Xilinx 特定的底层结构和硬件原语，MAP 过程就是将映射到具体型号的器件上，最后就是就是布线和布局的操作了。区域的约束相当于将布局过程中指定特

19、定型号的器件的位置，这完全可以通过FloorPlanner 的 GUI 界面进行设置，用图形界面设置完后，配置信息会放到 UCF 中，这里只介绍 UCF 的使用。例如：INST “Done“ LOC = “SLICE_X32Y163“ ; #Done 映射为一个寄存器，映射到SLICE_X32Y163 的位置上。（ 32，163）相当于一个坐标，可以用 FloorPlanner 进行查看。INST“BRAM4/BU2/U0/blk_mem_generator/valid.cstr/ramloop0.ram.r/v4_init.ram/TRUE_DP.SINGLE_PRIM.TDP“LOC =

20、“RAMB16_X2Y22“ ; #RAM16 的一个映射。又例如，X,Y,Z 是对应的是寄存器。现在想把它们放在一个指定的区域中,我可以这样写，INST “X” AREA_GROUP = reg;INST “X” AREA_GROUP = reg;INST “X” AREA_GROUP = reg;AREA_GROUP reg RANGE = SLICE_X1Y1 :SLICE_X1Y6;注：如何查看 INST 中的名称呢？在 ISE 中 Timing constraints editor 中可以查看。注：NET，LOC，TNM_NET ，TIMESPEC，PERIOD，OFFSET ，IN，OUT，SLEW ，HIGH等都是关键字，UCF 文件是大小敏感的，端口名称必须和源代码中的名字一致，且端口名字不能和关键字一样。但是关键字 NET 是不区分大小写的。其实上述都是约束的入门的内容，如果要想深入的了解的话，请参考 Ref1。笔者也是初学者，如果有什么不对的地方，请批评指正。我的邮箱是： http:/ Guide（10.1 ） ,Xilinx2.ISE 约束文件完整讲解3.如何在 FPGA 设计环境中加时序约束4.Xilinx ISE 所涉及的一些命令以及 Command Line 的使用5. http:/ IC design, FPGA, ISE

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