设计约束文件SDC

设计约束文件SDC，全称Synopsys design constraints

主要包括以下内容

Units(Time,capacitance,Resistance,Voltage,Current,Power)单位（时间，电容，电阻，电压，电流，功率）

System interface(Driving cell load) 系统接口（驱动单元，负载）

Design rule constraint（max fanout,max transition）

Timing constraints(Clock definitions, clock latency, clock uncertainty, input/output delay)

Timing exceptions (Multi-cycle and false paths)

按照用途大致分为以下几类：

#1、描述芯片的工作速度，即时钟的频率，包括create_clock，create_generated_clock等

#2、描述芯片的边界约束，包括set_input_delay，set_output_delay等

#3、描述芯片的一些设计违反rule（DRV），包括set_max_fanout，set_max_capacitance，set_max_transition等

#4、描述设计中一些特殊的路径。包括set_false_path,set_multicycle_path等

#5、描述设计中一些需要禁止的timing arc例如set_disable_timing

时钟 sdc

任何sdc首先定义的都是时钟，对于一个同步电路而言，缓存器间的路径延迟时间必须小于一个clock周期（Period），clock三要素：Waveform、Uncertainty和clock group

Crate_clock:主要定义一个Clock的source远端、周期、占空比（时钟高电平与周期的比例）及信号上升沿及下降沿的时间点。

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| create_clocks -name clk_name -period 10 [get_ports clk_in] |

这是最基本的时钟约束语句，为时钟管脚创建一个时钟，综合工具会根据创建的时钟进行布局布线，并给出时序分析报告，若发生时序违例，则需要对设计进行优化修改。

这个时钟描述成sdc语句就是

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| create_clock -name SYSCLK -period 20 -waveform {0 5} [get_ports2 SCLK] |

waveform后面跟上升沿和下降沿的时间 -waveform {time_rise time_falltime }如果没指定-period，默认的waveform为{0，period/2}

create_generated_clock( 分频时钟)

generated clock是从master clock中取得的时钟定义。Master clock是指create_clock命令指定的时钟长生节点。如图所示：

#定义master clock

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| create_clock -name CLKP -period 10 \ -waveform {0 5} [get_pins UPLL0/CLKOUT] |

#在Q点定义generated clock

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| create_generated_clock -name CLKPDIV2 -source UPLL0/CLKOUT \ master_clock CLKP -divide_by 2 [get_pins UFF0/Q] |

-source设定生成时钟的源引脚

divide_by 3：3分频

divide_by：表示生成时钟通过分频生成

multiply_by:表示生成时钟通过倍频生成。

Edges：占空比设置

一般我们把时钟的源头定义为create_clock，而分频时钟则会定义为create_generated_clock。两者的主要区别在CTS步骤，generated clock并不会产生新的clock domain（时钟域），而且定义generated clock后，clock path的起点始终位于master clock，这样source latency并不会重新计算。

Virtual clock （虚拟时钟）:

设计中的某个时钟实际存在，但其时钟源不是来自设计中任何引脚和端口；由于虚拟时钟和设计中的任何引脚和端口无直接关系，故定义虚拟时钟时并不指定时钟端口。

虚拟时钟用于作为输入输出延时约束的时钟源。

#定义虚拟时钟

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| create_clock -name VCLK -period 10 -waveform {0 5} |

通常把input/output delay挂在virtual clock上，因为input/output delay约束就是指片外的时钟，挂在虚拟时钟上较为合理。

set_clock_uncertainty ：定义了clock信号到时序器件的clock端可能早到或晚到的时间。主要用来降低jitter对有效时钟周期的影响。在setup check中，clock uncertainty是代表着降低了时钟的有效周期，在hold check中，clock uncertainty 是代表这hold check所需要满足的额外margin。

对于不同时钟不确定度建模时，源时钟可用from，目的时钟可用to

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| #c1 到c2 的建立时间和保持时间不确定度 set_clock_uncertainty -from C1 to C2 -setup 0.5 set_clock_uncertainty -from C1 to C2 -hold 0.5 #C1 上升沿到C2 下降沿的不确定度 set_clock_uncertainty -rise_from C1 fall_to C2 0.5 #C1 和C2 之间的不确定度 set_clock_uncertainty -from C1 to C2 0.5 set_clock_uncertainty -from C2 to C1 0.5 |

时钟延迟 set_clock_latency

时钟信号从时钟源输出端到达时序单元时钟输入端（如触发器）所需要的时间，称为时钟延迟；

时钟延迟包括源延迟和网络延迟，源延迟是指源时钟到达时钟定义的端口的延迟；

网路延迟是指时钟定义的端口到时序单元时钟输入端的延迟；

·-source设定源延迟

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| set_clock_latency -source 0.5 [get_clocks C1] |

最长路径可以用-late或者max，最短路径可以用-early或者min

当为设定-source时，表示网络延迟；

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| # 上下降沿网络延迟 Set_clock_latency 0.5 -rise [get_clocks C1] Set_clock_latency 0.3 -fall [get_clocks C1] |

时钟网络延迟和时钟源延迟的区别：

时钟网络延迟时时钟树生成前的设置，当实际时钟树生成后，时钟网络延迟将通过set_propagated_clock被时钟树的实际结果所替代；而时钟源延迟则会一直存在。

时钟分组set_clock_groups

同步时钟：时钟存在固定的相位关系，来自同一个时钟；异步时钟：不存在固定的相位关系；为了让时序工具忽略异步时钟之间的时序分析或串扰分析，SDC提供了set_clock_groups命令，表明时钟组之间的时序路径不必考虑；

asynchronous 代表两个异步的clock group

physically_exclusive 代表两个clock group在物理上相互排斥，比如在一个source pin上定义两个时钟

logically_exclusive 代表两个clock group在逻辑上相互排斥，比如两个clock经过MUX选择器。例如

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| set_clock_groups -physically_exclusive -group {CLK1 CLK2} -group {CLK3 CLK4} |

input/output delay IO 边界上的约束。

STA并不能去检查一条没有被约束的路径，因此所有的端口都必须被赋予边界约束。set_input_delay和set_output_delay都是对外部时延信息的描述。

set_input_delay ：

输入延迟：在一个时钟周期内，外部逻辑的输出数据到达设计输入端口所需的时间。即输入信号是在时钟沿后多长时间到达模块port上的。

用如下命令表示：

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| set_input_delay 1.0 -clock ck [all_inputs] |

set_output_delay ：

输出延迟：在一个时钟周期内，设计输出端口数据到达外部逻辑所需的时间。信号在后级模块中需要在时钟沿之前提前多长时间准备好。

用如下命令表示：

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| set_output_delay 2.5 -clock ck [get_ports out1] |

一般来说，IO的timing优先级较低，我们应该关注与芯片内部的timing path。Input/output_delay设置的越大，就给PCB板级电路留有更大余量；input/output_delay设置的越小，对板级电路的限制越大，一般情况下设置为时钟周期的70%，如果综合后时序不满足，则可降至时钟周期的50%。

IO 环境建模

输入驱动建模：默认情况下，如果没有外部输入驱动，时序分析工具则默认外部输入驱动为无穷大；

set_drive:

设置外部驱动信息，通过该命令定义驱动该引脚的输入驱动电阻值，通过该驱动电阻值计算出驱动端的转换时间，并计入时序路径延时信息。该值越小，驱动能力越强。

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| set_drive 2.0 [get_ports in1] |

注意： 不能使set_drive值为0，为0时，这样输入就具有无限大的驱动能力，意味着transition time为0.

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| set_drive -rise 0.4 [all_inputs] set_drive -fall 0.3 [all_inputs] |

上述命令定义所有输入的驱动值，上拉驱动电阻为0.4，下拉驱动电阻为0.3

·-min指定最小电阻，用于保持时间分析

·-max指定最大电阻，用于建立时间分析

·如果不指定-max和-min，那么指定的值即用于建立时间分析，也用于保持时间分析；

set_driving_cell :这个约束其实和set_drive实现的是同一个功能，指使用设计库的某一个单元来驱动输入端口，然后按照该单元的输入电阻来计算tranition time，从而得到输入端口的延迟。通常要比set_drive使用更多，一般用在block level上，因为会考虑OCV等因素，会更加准确一点。

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| set_driving_cell -lib_cell AND -from -pin B -pinY IN1 |

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| set_driving_cell -lib_cell INVX1M [all_inputs] |

上述命令定义设计所有驱动力等价于单元库中INVX1M单元的驱动力；

-lib_cell：指定驱动引脚的单元；

set_input_transition:

通过set_input_transition 定义驱动该引脚的输入驱动端转换时间，设置的转换时间越大驱动能力越小，当定义为0时，其代表输入端驱动力无穷大。

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| set_input_transition 0.8 [get_ports DATA_IN*] |

输出驱动负载建模：默认情况下，如果没有设置外部负载，时序分析工具则默认外部输出负载为0

1.set_load: 设置输出电路的负载。由于外部电路的负载将会影响到接到端口上单元的延迟，因此需要对端口的带负载能力做限制。为了比较精确地计算输出电路的延迟，需要知道输出电路的所有负载。电路负载电容越大，延时时间越大。

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| set_load 1.5 -min -pin_load [get_ports in1] set_load 10 [all_outputs] set_load [expr[load_of $LIB_NAME/AND2X1M/A]*3] [all_outputs] |

注意： 不能使负载电容为0，这样1输出端口就具有无穷大的驱动能力。上述命令定义所有输出负载等效为库中与门AND2X1M的引脚A的电容值的3倍。

负载类型：-pin_load，-wire_load可以指定负载类型时引脚负载还是线负载。

2.set_port_fanout_number value port_list

指定输出的扇出数（如果已知外部寄生负载并且已经通过set_load指定了外部寄生负载，则这个命令没有具体含义）

3.set_fanout_load value port_list

指定扇出负载（根据标准负载指定负载值）

时序特例 sdc

时序特例sdc即Path exception。针对一些路径需要的一些特殊设定，常用的有set_flase_path，set_multicycle_path，set_max_delay，set_min_delay等

伪路径set_false_path ：

false path是指在正常环境下，并不真实存在或者经过的路径，比如一些静态输入信号产生的path。像这样的path，我们可以指定set_false_path。这样在计算timing时就不会去分析它。

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| set_false_path -from ff1/CK -through {u1/Y} -to ff2/D set_false_path -from [get_clocks CLK1] -to [get_clocks CLK2] |

多周期路径set_multicycle_path:

指的是两个寄存器之间的数据要经过多个时钟才能稳定的路径，一般出现在组合逻辑较大的那些路径，也有可能是一些慢时钟去踩快时钟的路径。对于这些路径，我们可以设置multicycle path。同样的设置multicycle path时，也要非常谨慎，需要提前知道1该条path要设几个cycle，start还是end也要理解清楚，而且默认的hold的multicycle比setup少一个。

最大最小延迟set_max_delay ，set_min_delay

当需要点对点对某些电路进行约束时，可通过最大最小延迟实现。

异步电路之间

输入信号直接通过组合逻辑后输出

当约束定义的时时序路径中的节点时，则约束的仅在两个节点之间；

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| set_max_delay -from [get_ports A1] -to [get_ports A2] 8 set_min_delay -from [get_ports A1] -to [get_ports A2] 5 |

上述定义A1到A2之间的时序路径的约束最大延时8ns最小延时6ns。

当约束定义是时钟树，最大最小延时将应用于该时钟源所控制的所有路径

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| Set_max_delay -from [get_clocks CLK1] -to [get_clocks CLK2] 8 Set_min_delay -from [get_clocks CLK1] -to [get_clocks CLK2] 5 |

上述定义表示从时钟域CLK1到CLK2之间的所有时序路径的约束最大延时为8ns，最小延时为6ns

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| set_max_delay 8.0 -from {ff1/CP} -to {ff2/D} set_min_delay 4.0 -from {ff1/CP} -to {ff2/D} |

设计规则约束 sdc

设计规则约束sdc即drv，主要包括set_max_capacitance,set_min_capacitance,

set_max_fanout,set_max_transition.一般情况下lib库里面会有这些约束，但是为了时序更好，会在sdc里面更加严格的去约束它。

set_max_capacitance,set_min_capacitance ：设定了某一端口所互连线的最大和最小负载电容，负载电容是互连线自身电容和扇出电容之和。

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| set_max_capacitance 150 [current_design] |

set_max_fanout: 约束了某条net上驱动的所有cell的个数的总和，而这条net可以由input port驱动，也可以是内部的任何一条net。需要注意的是，max_fanout并不是用来约束output port的，因为一个输出端口可能会连有很多条net

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| set_max_fanout 80 [current_design] |

set_max_transition: 设定端口信号的最大转移时间，需要注意区分data transition和clock transition time，一般clock的transition time要小一点。

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| set_max_transition 150 [current_design] set_max_transition -clock_path 80 [all_clocks] |

逻辑赋值约束 sdc

常用的逻辑约束命令就是set_case_analysis。它的作用是对电路端口置0，置1的操作。根据设计中不同模式的需要，通过设置恒定状态约束来定义时钟选择端口的对应状态值，在多个模式中选择的时候，设定指定单一模式（相当于mux选择器）

如上图，假如CLK_SEL为0时，选择PLLdiv6_input,CLK_SEL为1时，选择PLLdiv2_input,则可设set_case_analysis 0 [get_pins {mux.CLK_SEL}]

上述定义模式端口mux.CLK_SEL恒定状态为0；可以是0，1，rising，falling

时钟转换时间set_clock_transition

时钟在高低电平状态下切换所需要的延时；

·-rise提供时钟上升沿的转换时间

·-fall提供时钟下降沿的转换时间

·-max和-min设置转换时间的最大最小条件

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| set_clock_transition -rise 0.2 [get_clock CLK] set_clock_transition -fall -min 0.2 [get_clocks CLK] set_clock_transition -fall -max 0.4 [get_clocks CLK] |

该命令仅用于预布局阶段，即时钟树综合完成之前，在时钟树生成之后，该命令不应用于任何布局时序分析；

SDC 命令

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| 时序约束命令包括指定时钟特性，端口延迟，引脚和路径命令 create_clock create_generated_clock set_clock_groups set_clock_uncertainty set_clock_latency set_clock_transition set_input_delay set_output_delay set_propagated_clock set_clock_gating_check set_ideal_latency set_ideal_network set_ideal_transition set_max_time_borrow set_resistance set_time_derate set_data_check group_path set_load set_drive set_input_transition set_fanout_load |

面积与功率约束

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| set_max_area create_valtage_area set_level_shifter_threshold set_level_shifter_strategy set_max_dynamic_power set_max_leakage_power |

设计规则约束

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| set_max_transition set_max_capacitance set_min_capacitance set_max_fanout |

接口约束

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| set_load set_drive set_driving_cell set_fanout_load set_port_fanout_number set_input_transition set_input_delay set_output_delay |

特定模式和配置约束

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| set_case_analysis set_logic_dc set_logic_zero set_logic_one |

时序例外

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| set_false_path set_multicycle_path set_max_delay set_min_delay set_disable_timing |

其他命令

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| set_wire_load_model set_wire_load_mode set_wire_load_selection_group set_wire_load_min_block_size set_units set_operating_condition sdc_version |

SDC查询命令

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| get_cells get_ports get_pins get_nets get_clocks all_inputs all_output all_registers all_clocks get_libs get_lib_cells get_lib_pins current_design |