跳转到主要内容

Vivado约束添加方法：一文全面解析IO和时序约束

由 judy 提交于

本文转载自：<span id="profileBt"><a href="https://mp.weixin.qq.com/s/7YdXZ6NhOhPnRC6NvRO05g"&gt; FPGA入门到精通微信公众号</a></span>

FPGA开发离不开IO约束和时序约束，IO约束用于确定输入/输出端口的物理端口和电气特性，与芯片和电路设计有关。而时序约束则用于设定FPGA设计中的时序特性，以确保系统能够在预期时钟频率下正常运行。本文将介绍vivado中常见的设置约束方法。

<strong>一、IO约束</strong>

IO约束，实际上是将工程的输入输出端口与芯片的引脚关联起来，所以需要参考芯片手册和实际电路设计。在vivado中通常有两种加入IO约束的方式：

1、通过GUI界面设置IO约束

（1）创建vivado工程，并添加HDL文件。

（2）点击“Run Synthesis”，执行综合，等待综合完成。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（3）点开 “Open Synthesized Design”，等待打开综合结果。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（4）点开vivado菜单栏右上角的，窗口选择“I/O Planning”
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（5）vivado出现“IO Ports”窗口，根据电路图和芯片手册，定义引脚位置和电气标准。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（6）设置完后，按快捷键“ctrl + s”保存，填入约束文件名。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（7）在“source”窗口，点开“Constraint”下的“constrs_1”可看到创建的约束文件，点开即可看到约束的内容。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

2、直接创建xdc文件并加入IO约束

可通过点击“source”窗口的“+”创建xdc文件。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（1）引脚分配设置

“pin name”是芯片的引脚，ports是工程中定义的模块名

set_property PACKAGE_PIN <pin name> [get_ports <ports>]

（2）引脚电气标准设置

“IOSTANDARD”是电气标准，如LVCMOS18、LVCMOS12等等。

set_property IOSTANDARD <IO standard> [get_ports <ports>]

（3）引脚驱动能力设置

set_property DRIVE <2 4 6 8 12 16 24> [get_ports <ports>]

（4）引脚抖动设置

set_property SLEW <SLOW|FAST> [get_ports <ports>]

（5）引脚上拉设置

set_property PULLUP true [get_ports <ports>]

（6）引脚下拉设置

set_property PULLDOWN true [get_ports <ports>]

<strong>二、时序约束</strong>

FPGA时序与资源的平衡是永恒的话题，时序约束是非常重要的，实际上是设定整个FPGA工程的时序特性，比如整个工程模块的运行的时钟频率，这样就能让编译器根据设定约束在FPGA中布线，如果时序不满足，整个FPGA系统可能运行的状态不稳定，达不到设计要求。

1、通过GUI界面设置时序约束

（1）点开 “Open Synthesized Design”，等待打开综合结果，再点开“Open Synthesized Design”选项，单击“Edit Timing Constraints”。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（2）打开了“Timing Constraints”，点击“+”。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（3）弹出“create clock”，单击“source objects”右侧“ … ”按钮。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（4）弹出“specify clock source objects”，点击”find”。在“result”窗口中选择“clk”，单击右侧的“→”，将其添加到“selected”窗口中，再点击set。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（5）返回“create clock”，设置时钟周期和占空比，点击“OK”。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

（6）按“Ctrl + s”保存，再打开top_io.xdc的窗口，可看到新增了时序约束。
<center><img src="https://cdn.eetrend.com/files/2023-09/%E5%8D%9A%E5%AE%A2/100574011-3156…; alt=""></center>

2、直接创建xdc文件并加入时序约束

时序约束命令

create_clock -period 10.000 -waveform {0.000 5.000} [get_ports clk]

<strong>三、总结</strong>

本文介绍了常用的设置IO约束与时序约束的方法，大家可以参考下，掌握配置约束文件的方法，使用正确的I/O约束方法和语法可以确保FPGA设计的正确性和可靠性。