IO管脚约束，延迟约束

• I/O约束是每个工程项目都必须要用的约束，具体又包括管脚约束和延迟约束。

管脚约束

• 管脚约束就是指管脚分配，我们至少需要指定管脚的PACKAGE_PIN和IOSTANDARD两个属性的值,前者指定了管脚的位置,后者指定了管脚对应的电平标准。

XDC约束代码

• 在vivado中，使用如下命令在xdc中对管脚进行约束。

#-----使用< >标识的内容为填入值-----#
#设置引脚分配
set_property PACKAGE_PIN <pin name> [get_port<port>] 

#设置引脚电气标准
seset_property IOSTANDARD <IO standard> [get_port<port>] 

#设置引脚驱动能力
seset_property DRIVE<driver_num> [get_port<port>] 

#设置引脚上拉设置
set_property PULLUP true [get_port<port>] 

#设置引脚下拉设置
set_property PULLDOWN true [get_port<port>] 

• 也可以使用-dict{ }指令将以上约束合并起来书写，例子如下：

set_property -dict {PACKAGE_PIN AJ16  IOSTANDARD  LVCMOS18} [get_ports "led[0]" ]

差分端接约束

• 除了管脚位置和电平，还有一个大家容易忽略但很容易引起错误的就是端接，当我们使用差分电平时比如LVDS，在在V7中我们使用IBUFDS原语来处理输入的差分信号时，可以指定端接为TRUE。

IBUFDS #(
      .DIFF_TERM("TRUE"),       // Differential Termination
      .IOSTANDARD("DEFAULT")     // Specify the input I/O standard
   ) IBUFDS_inst (
      .O(O),  // Buffer output
      .I(I),  // Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
      .IB(IB) // Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
 );

• 但在Ultrascale中的IBUFDS，却把端接这个选项去掉了

IBUFDS #(
      .DQS_BIAS("FALSE")  // (FALSE, TRUE)
   )
   IBUFDS_inst (
      .O(O),   // 1-bit output: Buffer output
      .I(I),   // 1-bit input: Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
      .IB(IB)  // 1-bit input: Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
   );

• 所以，我们有必要在xdc或I/O Pors界面中，手动指定，否则，虽然程序可能不会出错，但是却可能会在实际调试使用过程中出现问题（一个大坑）。因为端接会影响信号的实际电平，导致FPGA判断错误，所以在处理差分端口时，一定需要注意该问题。具体添加指令如下：

set_property IOSTANDARD LVDS [get_ports {rx_data_in_p}] #约束端口为LVDS信号
set_property DIFF_TERM_ADV TERM_100 [get_ports {rx_data_in_p}] #100欧电阻差分端接

延迟约束

• 延迟约束用的是set_input_delay和set_output_delay，分别用于input端和output端，其时钟源可以是时钟输入管脚，也可以是虚拟时钟。

约束原理

• 需要注意的是，延迟约束的原理并不是通过增加或减少某路信号的延迟，从而使得消除延迟或者让输入的延迟平衡。下面以set_input_delay约束为例，分析该约束的具体作用。
  
• 这个约束是告诉vivado我们的输入信号和输入时钟之间的延迟关系，即T_inputdelay = Tco + TD，让vivado在这个前提下去Place and Route，而不是字面意思理解用于调节输入信号的延迟。如果在项目中确实需要调整输入信号的延迟，可使用IDELAY和IDELAYCTRL原语。

XDC约束代码

• 具体添加约束的方式如下：

create_clock -name sysclk -period 10 [get_ports clkin] #创建时钟sysclk，周期10ns
set_input_delay 2 -max -clock sysclk [get_ports Datain] #约束相较时钟sysckl的最大输入延迟
set_input_delay 1 -min -clock sysclk [get_ports Datain] #约束相较时钟sysckl的最小输入延迟

• 输入延迟与输出延迟的值既可以为正值，也可以为负值，这具体取决于FPGA元器件时钟与数据的相对相位。
• 如果未指定"-max"与"-min"参数，则延迟值会既作用于最大值，也会作用于最小值。

参考：

1. FPGA时序约束理论篇之IO约束-Author:猫叔
2. 《Xilinx FPGA权威设计指南--基于Vivado2018集成开发环境》,何宾,电子工业出版社