Setup和hold時間檢查

Setup時間是，為了寄存器可靠的采樣到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須提前于采樣時鐘沿穩(wěn)定的最小時間。Hold時間是，為了寄存器可靠的采樣到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須在采樣時鐘沿后穩(wěn)定的最小時間。

如圖一所示，周期T=1ns，該寄存器的setup要求時間是Tsetup=0.1ns，hold要求時間是Thold=0.1ns。setup時間檢查機制做這樣的檢查：上一個Launch時鐘沿打出來的數(shù)據(jù)的data arrival time(數(shù)據(jù)到達時間)不能晚于T - Tsetup = 0.9ns；而hold時間檢查機制做這樣的檢查：同一個周期的Launch時鐘沿打出來的數(shù)據(jù)的data arrival time(到達時間)不能早于Thold = 0.1ns。

同時滿足setup、hold時間要求的意義即是，在時鐘采樣沿的前后一段最小時間內(nèi)，數(shù)據(jù)必須保存穩(wěn)定，以供寄存器可靠的采樣到上一拍發(fā)送過來的正確數(shù)據(jù)。

**圖一 ** setup 、 hold****時間檢查示意圖

我們把上篇文章的圖再貼過來：

圖二 邏輯電路圖（含BC工作條件下的延遲信息）

下面分析FFC1寄存器的setup、hold檢查過程：

上篇文章說過，到FFC1的D端2條邏輯路徑和4個path delay，分別是FFL1->FFC1的rise delay、FFL1->FFC1的fall delay、FFL2->FFC1的rise delay、FFL2->FFC1的fall delay。

以時鐘源頭作為起點的path delay等于data arrival time。 根據(jù)圖一，可以看出：

0****1

FFL1到FFC1的rise delay的data arrival time

T(FFL1->FFC1-rise)

= T(Launch-clock-tree) + T(data-path-rise)

=T(C00-rise) + T(UCKBUF0-rise) + T(C01-rise) + T(UCKBUF1-rise) + T(C05-rise) + T(FFL1_CK2Q-rise) + T(C1-rise) ~ ~ + D(UNAND1_A2Z-fall) + T(C2-fall) + T(UINV2-rise) + T(C3-rise) + T(UINV3-fall) + T(C4-fall) + T(UINV4-rise) + T(C5-rise)

= (0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05) + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.05 + 0.08 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.08 + 0.05

= 0.96ns；

02

FFL1到FFC1的fall delay的data arrival time

T(FFL1->FFC1-fall)

= T(Launch-clock-tree) + T(data-path-fall)

=(0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05) + 0.1 + 0.1 + 0.08 + 0.05 + 0.1 + 0.05 + 0.04 + 0.05 + 0.1 + 0.05

= 0.97ns；

03

FFL2到FFC1的rise delay的data arrival time

T(FFL2->FFC1-rise)

= T(Launch-clock-tree) + T(data-path-rise)

=T(C00-rise) + T(UCKBUF0-rise) + T(C02-rise) + T(UCKBUF2-rise) + T(C06-rise) + T(FFL2_CK2Q-rise) + T(C6-rise) ~ ~ + D(UNAND1_B2Z-fall) + T(C2-fall) + T(UINV2-rise) + T(C3-rise) + T(UINV3-fall) + T(C4-fall) + T(UINV4-rise) + T(C5-rise)

= (0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05) + 0.1 + 0.1 + 0.09 + 0.05 + 0.08 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.08 + 0.05

= 0.95ns；

04

FFL2到FFC1的fall delay的data arrival time

T(FFL2->FFC1-fall)

= T(Launch-clock-tree) + T(data-path-fall)

=(0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05) + 0.1 + 0.1 + 0.07 + 0.05 + 0.1 + 0.05 + 0.04 + 0.05 + 0.1 + 0.05

= 0.96ns；

05

FFC1的setup requirement時間

T + T(Capture-clock-tree) - T(setup)

= T + T(C00-rise) + T(UCKBUF0-rise) + T(C03-rise) + T(UCKBUF3-rise) + T(C07-rise) - T(setup)

= 1ns + (0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05) – 0.1ns

= 1.15ns

06

FFC1的hold requirement時間

T(Capture-clock-tree) + T(hold)

= T(C00-rise) + T(UCKBUF0-rise) + T(C03-rise) + T(UCKBUF3-rise) + T(C07-rise) - T(setup)

= (0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05 + 0.05) + 0.1ns

= 0.35ns

做setup檢查時，STA會遍歷計算所有到FFC1/D端路徑的data arrival time，然后將每個值與T + T(Capture-clock-tree) - T(setup)做運算。以slack來表示余量，setup time slack = data require time – data arrival time = {T + T(Capture-clock-tree) - T(setup)} – {T(Launch-clock-tree) + T(data-path)}。只有當所有Slack值都為正時，才滿足setup時間要求。

類似的，做hold檢查時，也是將每個data arrival time的值與T(Capture-clock-tree) + T(hold)做比較，以slack來表示余量，hold time slack = data arrival time - data require time = {T(Launch-clock-tree) + T(data-path)} - {T(Capture-clock-tree) + T(hold)}。只有當所有Slack值都為正時，才滿足hold時間要求。

上述4個path delay的Setup time slack分別為：

Setup time slack(1) = 1.15ns – 0.96ns = 0.19ns

Setup time slack (2) = 1.15ns – 0.97ns = 0.18ns

Setup time slack (3) = 1.15ns – 0.95ns = 0.20ns

Setup time slack (4) = 1.15ns – 0.96ns = 0.19ns

4條path delay的hold slack time分別為：

Hold time slack(1) = 0.96ns – 0.35ns = 0.61ns

Hold time slack(2) = 0.97ns – 0.35ns = 0.62ns

Hold time slack(3) = 0.95ns – 0.35ns = 0.60ns

Hold time slack(4) = 0.96ns – 0.35ns = 0.61ns

由于所有slack值都為正，故setup和hold時間檢查都滿足了。

時序路徑概念

STA分析時，所有時序路徑都有起點和終點，起點包括輸入端口和時序單元的時鐘端口，終點包括輸出端口和時序單元的數(shù)據(jù)輸入端口。所以總共有4種路徑集合，即：

a. 從輸入端口到輸出端口(IN To OUT)；

b. 從輸入端口到時序單元的數(shù)據(jù)輸入端口(IN To REG)；

c. 從時序單元的時鐘端口到時序單元的數(shù)據(jù)輸入端口(REG To REG)；

d. 從時序單元的時鐘端口到輸出端口(REG To OUT)。

4種時序路徑請見圖三：

圖三 時序路徑

Timing Arc 概念

如圖三所示，每個cell都存在多條Timing Arc，如UNAND1存在A->Z和B->Z這2條Timing Arc。FFC1也存在CK->Q和CK->D 2條Timing Arc。

其中UNAND1的A->Z和B->Z是組合路徑Timing Arc。FFC1的CK->Q是edge Timing Arc，F(xiàn)FC1的CK->D又含setup arc和hold arc。