【精品博文】4.2、静态时序分析中典型路径与时序优化技术介绍

静态时序相关博文连载目录篇：

http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100052092

其实前一段时间，我写过一篇关于静态时序分析中的典型路径总结的文章（当时偷懒，直接截了几张图，哈哈哈）：http://blog.chinaaet.com/justlxy/p/5100051960

今天写的这篇，作为连载博文的一部分，为了方便大家对后面的文章的理解，所以决定在之前文章的基础上做一些解释和说明。

还记得在上一篇博文中的那张图不？

实际上和之前博文（关于静态时序分析中的典型路径总结的文章）中出现的这张是一样一样的：

其中，主要包含四种类型的时序路径：

输入端口到触发器（Flip-flop）、触发器到触发器、触发器到输出端口、输入端口到输出端口。

具体一点，主要有一下几种路径：

1、时钟到建立（Clock-to-Setup Path）

即图中灰色的路径。在大部分的电路设计中，一般都单独使用时钟的上升沿或者下降沿作为触发信号。此时有：

但是也有一些场合同时使用时钟的上升沿和下降沿作为触发信号的（如DDR），此时：

2、时钟到管脚（Clock-to-Pad Path）

时序图为：

3、管脚到管脚（Pad-to-Pad）

4、管脚到建立（Pad-to-Setup）

5、存在时钟偏移（Clock Skew）或者异步时钟输入的情况

在上一篇博文中有提到了两种时序优化方法，这里来简单地介绍一下：

首先是Retiming：

如上图所示，当系统设计目标为时钟周期为10ns时，左边的电路显然不符合要求了，因为其最大路径延时为11ns，已经大于了10ns，这就导致了时序不闭合，未能达成设计目标。不过目前的FPGA IDE都支持Retiming技术，通过Retiming技术，可以均衡各个模块之间关系，重新调整，以降低最大路经延时。显然，Retiming技术会改变原有的设计，也可能会带来一些潜在的时序问题（甚至是逻辑问题，毕竟IDE还没有那么聪明）。所以，对于初学者来说，不要盲目地使用Retiming技术，必须在完全了解设计的情况下，按照一定和规范和步骤使用（每一个FPGA厂商的IDE都有相关的文档告知设计者要遵循什么样的过程的）。

流水线技术（Pipeling）也不是什么新玩意了，说其是一种技术，还不如说是一种思想。关于流水线设计思想，网上已经有很多人介绍过了，这里就不详细说了，只来聊一聊时序优化方法中的流水线技术。

如上图所示，对于那些特别复杂的组合逻辑，可以通过向其中插入一些寄存器来打破长逻辑，以降低最大的Clock-to-Setup的路径延时，使得设计达到预期的设计目标。显然，流水线技术中也用到了Retiming技术。