摘要：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。

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圖1 RTL Schematic

圖1 是頂層文件RTL圖，左側一列輸入，右側為輸出，這些端口需要分配相應的FPGA管腳。

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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，FPGA管腳AD12 是一個66MHz的外部時鐘。FPGA的開發板肯定有電路原理圖供你分配外部管腳。

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圖2，電路原理圖

第二行：時鐘說明：周期15ns，占空比50%。關鍵詞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 輸入跟時鐘的關系。OFFSET IN和OFFSET OUT的約束。OFFSET IN 定義了數據輸入的時間和接收數據時鐘沿（capture Edge）的關系。

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

OFFSET = OUT value VALID value AFTER clock

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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.

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圖4 時序圖（OFFSET OUT）

例子：

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

上面設置主要是定了了時鐘跟數據的時間關系，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的時序分析，然后再設定相應PERIOD，OFFSET IN 以及OFFEET OUT等的時間參數。

當然在例子中還沒有涉及到區域的約束。下面會試圖說一下。

ISE進行綜合后會將設計代碼生成相應的邏輯網表，然后經過translate過程，轉換到Xilinx特定的底層結構和硬件原語，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界面進行設置，用圖形界面設置完后，配置信息會放到UCF中，這里只介紹UCF的使用。

例如：

INST "Done" LOC = "SLICE_X32Y163" ; #Done映射為一個寄存器，映射到SLICE_X32Y163的位置上。（32，163）相當于一個坐標，可以用FloorPlanner進行查看。
INST"BRAM4/BU2/U0/blk_mem_generator/valid.cstr/ramloop[0].ram.r/v4_init.ram/TRUE_DP.SINGLE_PRIM.TDP"LOC = "RAMB16_X2Y22" ; #RAM16的一個映射。

又例如，X,Y,Z是對應的是寄存器。現在想把它們放在一個指定的區域中,我可以這樣寫，

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中的名稱呢？在ISE中 Timing constraints editor中可以查看。

注：NET，LOC，TNM_NET，TIMESPEC，PERIOD，OFFSET，IN，OUT，SLEW，HIGH等都是關鍵字，UCF文件是大小敏感的，端口名稱必須和源代碼中的名字一致，且端口名字不能和關鍵字一樣。但是關鍵字NET是不區分大小寫的。

其實上述都是約束的入門的內容，如果要想深入的了解的話，請參考Ref1。