本文主要通過一個實例具體介紹ISE中通過編輯UCF文件來對FPGA設(shè)計進行約束，主要涉及到的約束包括時鐘約束、群組約束、邏輯管腳約束以及物理屬性約束。

Xilinx定義了如下幾種約束類型：

? “Attributes and Constraints”
? “CPLD Fitter”
? “Grouping Constraints”

? “Logical Constraints”
? “Physical Constraints”
? “Mapping Directives”
? “Placement Constraints”
? “Routing Directives”
? “Synthesis Constraints”
? “Timing Constraints”
? “Configuration Constraints”

通過編譯UCF（user constraints file）文件可以完成上述的功能。

還是用實例來講UCF的語法是如何的。

圖1 RTL Schematic

圖1 是頂層文件RTL圖，左側(cè)一列輸入，右側(cè)為輸出，這些端口需要分配相應(yīng)的FPGA管腳。

表1. UCF example對上面的UCF文件進行一些注釋：

?

該UCF文件主要是完成了管腳的約束、時鐘的約束，以及組的約束。
第一、二行：主要定義了時鐘以及對應(yīng)的物理管腳。

第一行，端口pin_sysclk_i 分配到FPGA管腳AD12，并放到了 pin_sysclk_i group中。那如何得知是AD12的管腳呢，請看圖2，F(xiàn)PGA管腳AD12 是一個66MHz的外部時鐘。FPGA的開發(fā)板肯定有電路原理圖供你分配外部管腳。

圖2，電路原理圖第二行：時鐘說明：周期15ns，占空比50%。關(guān)鍵詞TIMESPEC（Timing Specifications），即時鐘說明。一般的語法是：

TIMESPEC "TSidentifier"=PERIOD "timegroup_name" value [units];

其中TSidentifier用來指定TS（時鐘說明）的唯一的名稱。

第七行：pin_plx_lholda_o 連接至物理管腳 D17，并配置該管腳電平變化的速率。關(guān)鍵詞：SLEW，用來定義電平變化的速率的，一般語法是：

NET "top_level_port_name" SLEW="value";
其中value = {FAST|SLOW|QUIETIO}, QUIETIO僅用在Spartan-3A。

第十行：定義pin_plx_ads_n_i 輸入跟時鐘的關(guān)系。OFFSET IN和OFFSET OUT的約束。OFFSET IN 定義了數(shù)據(jù)輸入的時間和接收數(shù)據(jù)時鐘沿（capture Edge）的關(guān)系。

一般的語法是：OFFSET = IN value VALID value BEFORE clock

OFFSET = OUT value VALID value AFTER clock

圖3 時序圖（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";

上面的定義了基于SysClk的全局OFFSET IN的屬性。時序可看圖3.

圖4 時序圖（OFFSET OUT）例子：

?

NET "ClkIn" TNM_NET = "ClkIn";
OFFSET = OUT 5 ns AFTER "ClkIn";

上面設(shè)置主要是定了了時鐘跟數(shù)據(jù)的時間關(guān)系，時序圖4。可以看到這時一種全局定義，Data1 和Data2輸出時間都受到 OFFSET = OUT 5 ns AFTER "ClkIn" 的約束。如果需要單獨定義輸出端口的OFFSET OUT的，需要制定相應(yīng)的NET，可參考表1中的第57行。

第18至49行：pin_plx_lad_io<*> 被歸到了名稱為LAD的TMN(Timing name)，這個可以說是GROUP的約束。這樣往往給約束帶來方便，不用一個一個的NET 或者INST進行約束。

第50至51行：對TIMEGRP 是LAD進行OFFSET IN和OUT的定義。

在時序約束中，在這里還未提及FROM TO的約束。FROM TO的約束主要是用來兩個同步模塊之間的時間關(guān)系的約束。在這里不做深入的討論。

至此，基本上把一般的UCF文件的作用進行了注釋。

注：一般的時間的約束需要通過靜態(tài)的時序分析，然后再設(shè)定相應(yīng)PERIOD，OFFSET IN 以及OFFEET OUT等的時間參數(shù)。

當然在例子中還沒有涉及到區(qū)域的約束。下面會試圖說一下。

ISE進行綜合后會將設(shè)計代碼生成相應(yīng)的邏輯網(wǎng)表，然后經(jīng)過translate過程，轉(zhuǎn)換到Xilinx特定的底層結(jié)構(gòu)和硬件原語，MAP過程就是將映射到具體型號的器件上，最后就是就是布線和布局的操作了。

區(qū)域的約束相當于將布局過程中指定特定型號的器件的位置，這完全可以通過FloorPlanner的GUI界面進行設(shè)置，用圖形界面設(shè)置完后，配置信息會放到UCF中，這里只介紹UCF的使用。

例如：