定義時鐘

從最早的芯片規格定義分解出系統所需要的時鐘和頻率，以及各個模塊需要的時鐘和頻率。SoC的時鐘一般是由PLL產生，然后經過時鐘生成電路和分配網絡，最終給具體的功能模塊使用。一般地，第三方IP供應商都會提供比較成熟的SDC，SoC集成時需稍作修改。對于自研的IP和SoC頂層，設計人員在提供RTL的同時，也需提供一份時鐘結構圖，一方面是方便撰寫SDC，另一方面對后端PnR有針對性的進行CTS也非常有幫助。

時鐘結構圖分不同的層次，或抽象或具體，看具體的需要了，下面是一顆MCU全局時鐘分布的結構圖，大家有個認識就可以：

基于詳細的時鐘結構圖，定義時鐘的命令有兩個：create_clock和create_generated_clock

其中，create_clock命令比較簡單易懂，格式如下：

create_clock [-name clock_name] \\
    -period period_value \\
    [-waveform edge_list] \\
    [-add] \\
    [source_objects]

create_generated_clock命令解析

create_generated_clock命令格式如下，主要是定義generated clock和master clock的關系：

create_generated_clock [-name clock_name] \\
    -source master_pin \\
    [-master_clock clock] \\
    [-edge edge_list] \\
    [-edge_shift shift_list] \\
    [-divide_by factor] \\
    [-multiply_by factor] \\
    [-duty_cycle percent] \\
    [-combinational]
    [-invert] \\
    [-add] \\
    source_objects

create_generated_clock 需要指定源時鐘(master clock)的master_pin，在CTS時，默認會去balance這兩個時鐘(即generated clock 和 master clock)，讓skew盡可能小。而且在計算generated clock的clock latency時，會把從master clock pin 到generated clock pin之間的delay也考慮在內。在工具中report_timing的時候，通過選項-path_type full_clock_expanded可以將master clock的部分也展開。

report_timing -path_type full_clock
report_timing -path_type full_clock_expanded

需要注意：在使用create_generated_clock時，需要保證電路結構和命令的效果是一致的，否則工具在report_timing時會報錯，比如下面的錯誤(UITE-461)，這時就要仔細檢查分頻電路結構了。

Error: Generated clock 'CLKdiv2 with source pin Udiv/Q' 'rise_edge' is not satisfiable; zero
source latency will be used. (UITE-461)


Error: Generated clock 'CLKdiv2 with source pin Udiv/Q' 'fall_edge' is not satisfiable; zero
source latency will be used. (UITE-461)

簡單2分頻

先看一個簡單的2分頻的實際的例子，命令和效果圖如下：

create_clock -name SYSCLK \\
    -period 2 \\
    [get_ports SYSCLK]

create_generated_clock -name DIVIDE \\
    -source [get_ports SYSCLK] \\
    -divide_by 2 \\
    [get_pins FF1/Q]

考慮了edge/edge_shift的3分頻實例

下面是3分頻的實例，-edge選項中{3 5 9}分別表示SYSCLK的第3、5、9個時鐘沿(clock edge)，也分別對應DIV3B的一個完整時鐘周期（上升、下降、上升）的時鐘沿時間點。而-edge_shift選項{2.2 2.2 2.2}表示將DIV3B每個時鐘沿都往后延遲2.2ns，命令和效果圖如下：

create_clock -name SYSCLK \\
    -period 2.2 \\
    [get_ports SYSCLK]


create_generated_clock -name DIV3B \\
    -source [get_ports SYSCLK]  \\
    -edges { 3 5 9 } \\
    [get_pins U3/Q]


create_generated_clock -name DIV3C \\
    -source [get_ports SYSCLK]  \\
    -edges { 3 5 9 } \\
    -edge_shift {2.2 2.2 2.2} \\
    [get_pins U4/QN]

考慮invert/preinvert的實例

create_generated_clock使用-invert/-preinvert選項都表明generated clock與master clock相位相反，但這兩個選項的區別是：

• preinvert : Creates a generated clock based on the inverted sense of the master clock.
• invert : Creates an inverted generated clock based on the non-inverted sense of the master clock.

命令和效果圖如下：

create_generated_clock -name gclk_pos \\
-source [get_pins FF1/CLK]  \\
-divide_by 2 \\
[get_pins FF1/Q]


create_generated_clock -name gclk_neg \\
-source [get_pins FF1/CLK] \\
-divide_by 2 \\
-preinvert \\
[get_pins FF1/Q]


create_generated_clock -name glk_inv \\
-source [get_pins FF1/CLK] \\
-divide_by 2 \\
-invert \\
[get_pins FF1/Q]

同一點定義多個generated clock

在實際電路中比較常見的情況是，不同的場景下使用不同頻率的時鐘來驅動電路，如下圖所示，同一個時鐘，與經過二分頻，四分頻后的時鐘經過MUX輸出給電路使用。

這種情況下，需要在UMUX輸出點定義三個時鐘CLKbypass/CLKdiv2/CLKdiv4，而且這三個時鐘在物理上是不能共存的(physically_exclusive)，可以考慮使用以下命令來定義時鐘：

create_clock -period 10 CLK


create_generated_clock -name CLKbypass \\
    -source [get_ports CLK] \\
    -master CLK \\
    -divide_by 1 \\
    -combinational \\
    -add \\
    UMUX/Y


create_generated_clock -name CLKdiv2 \\
    -source FFdiv2/CK \\
    -master CLK \\
    -divide_by 2 \\
    -add \\
    UMUX/Y


create_generated_clock -name CLKdiv4 \\
    -source FFdiv4/CK \\
    -master CLK \\
    -divide_by 4 \\
    -add \\
    UMUX/Y


set_clock_groups -physically_exclusive \\
    -group {CLKbypass} \\
    -group {CLKdiv2} \\
    -group {CLKdiv4}

注意，這種方式定義時鐘看似合理，但是容易造成問題，因為在CLK和UMUX/Y之間有三條不同的路徑，延遲大小不同，所以在計算timing時，在launch path和capture path上選擇的路徑會不同，帶來悲觀的影響，如下圖所示，也有可能在計算min_pulse_width時造成假的違例。

在Solvnet上給出了更恰當的處理方式，具體命令如下：

# create parent clock
create_clock -period 10 CLK


# create divide-by-2, divide-by-4 generated clocks
create_generated_clock -name CLKdiv2 -divide_by 2 FFdiv2/Q -source FFdiv2/CK
create_generated_clock -name CLKdiv4 -divide_by 4 FFdiv4/Q -source FFdiv4/CK


# create "MUXed" versions of all clocks arriving at MUX
create_generated_clock -name CLK_mux -combinational UMUX/A -source UMUX/A
create_generated_clock -name CLKdiv2_mux -combinational UMUX/B -source UMUX/B
create_generated_clock -name CLKdiv4_mux -combinational UMUX/C -source UMUX/C


# create divide-by-3 versions of all clocks arriving at FFdiv3
create_generated_clock -name CLK_mux_div3 \\
    -divide_by 3 FFdiv3/Q -source FFdiv3/CK -master CLK_mux -add
create_generated_clock -name CLKdiv2_mux_div3 \\
    -divide_by 3 FFdiv3/Q -source FFdiv3/CK -master CLKdiv2_mux -add
create_generated_clock -name CLKdiv4_mux_div3 \\
    -divide_by 3 FFdiv3/Q -source FFdiv3/CK -master CLKdiv4_mux -add


# apply physical exclusivity to all clock families (generated clocks included)
# which are exclusive due to statically switched MUX
set_clock_groups -physically_exclusive \\
    -group {CLK_mux     CLK_mux_div3} \\
    -group {CLKdiv2_mux CLKdiv2_mux_div3} \\
    -group {CLKdiv4_mux CLKdiv4_mux_div3}