面向模块的综合技术之过约束（十）

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面向模块的综合技术之过约束（十）
前言
[过约束：FPGA 时序收敛的"隐形杠杆"](#过约束：FPGA 时序收敛的“隐形杠杆”)
- [1. 什么是"过约束"](#1. 什么是“过约束”)
- [2. 官方推荐公式与数值](#2. 官方推荐公式与数值)
- [3. 实现方式对比（官方支持 vs 民间偏方）](#3. 实现方式对比（官方支持 vs 民间偏方）)
- [4. 一键过约束脚本（Project / Non-Project 通用）](#4. 一键过约束脚本（Project / Non-Project 通用）)
- [5. 过约束与 Hold-Detour 的联动](#5. 过约束与 Hold-Detour 的联动)
- [6. 过约束的 3 条红线](#6. 过约束的 3 条红线)
- [7. 快速自查清单](#7. 快速自查清单)

前言

过约束：FPGA 时序收敛的"隐形杠杆"

1. 什么是"过约束"

定义：在布局/布线阶段 人为收紧时序预算（通常 ≥ 200 ps），迫使工具对关键路径 投入更多优化资源；布线后再释放多余预算，从而提前达到时序收敛。
适用范围 ：
-- 仅用于时钟内 或同步跨时钟域 路径；
-- 异步路径 、假路径禁止过约束（工具已忽略）。
官方定位 ：UG949 §5.5.9 将过约束列为"布线前最后一次加速手段"，并给出 0.5 ns 上限建议。

2. 官方推荐公式与数值

阶段	过约束量	来源	备注
布局前	`+0.2 ~ +0.5 ns`	UG949 v2018.3 p.128	超过 0.5 ns 可能过度优化、增加布线拥塞
保持时间	仅当 `WHS < --0.4 ns`	UG904 §2.4.1	布线前修复，避免布线后Hold Detour 导致建立时间退化

3. 实现方式对比（官方支持 vs 民间偏方）

方式	是否推荐	官方理由	实测副作用
`set_clock_uncertainty -setup`	✅ 官方推荐	不改变周期、占空比、时钟关系；易回滚	无
直接缩小 `create_clock -period`	❌ 不推荐	改变所有衍生时钟；无法局部撤销	导致假违例、编译时间翻倍
`set_max_delay` 硬压	⚠️ 有限场景	仅适合跨时钟域且需datapath_only	容易覆盖多周期约束、优先级混乱

4. 一键过约束脚本（Project / Non-Project 通用）

tcl 复制代码

# 1. 定位需要过约束的时钟对
set worst_clk [get_clocks -of_objects [get_timing_paths -setup -max_paths 1]]
set worst_slack [get_property SLACK [get_timing_paths -setup -max_paths 1]]

# 2. 仅当 WNS ∈ [-0.5 ns, 0 ns] 才过约束
if {$worst_slack > -0.5 && $worst_slack < 0} {
    set over 0.3
    set_clock_uncertainty -setup $over $worst_clk
    puts "INFO: Over-constrained $worst_clk by ${over}ns"
}

# 3. 布局后**必须**回滚，否则影响最终报告
#    在 route_design 前放入 Tcl.pre
set_clock_uncertainty -setup 0 $worst_clk

5. 过约束与 Hold-Detour 的联动

场景：布线后 Hold Slack 为 --0.55 ns ，工具插入 LUT1 导致建立路径被推开。
官方方案 （UG904 §2.4.1）：
1. 在 phys_opt_design 前加 +0.4 ns 过约束；
2. 使用 -hold_fix 或 -aggressive_hold_fix；
3. 布线前撤销过约束，避免建立时间过度优化。
结果：Hold Slack 提升至 --0.12 ns ，建立时间仍保持 +0.15 ns。

6. 过约束的 3 条红线

不得超过 0.5 ns（UG949 明确警告）；
不得用于异步路径 （set_clock_groups 已忽略）；
必须在布线前回滚 ，否则
-- 最终报告虚高；
-- 可能掩盖真实时序问题；
-- 下游PR流程无法复现结果。

7. 快速自查清单

检查项	Tcl 命令	通过标准
过约束量	`report_clock -of_objects $clk`	`USER_UNCERTAINTY ≤ 0.5 ns`
是否回滚	`get_clock_uncertainty $clk`	布线前 = 0
优先级冲突	`report_exceptions -overlap`	无 `set_max_delay` 覆盖