同步SRAM读写时序约束分析 数据线, 信号线, 文章, 网上

yuyang911220

同步SRAM读写时序约束分析                                                                SRAM有多种类型，包括异步SRAM，同步SRAM，双端口SRAM等等。网上大部分文章都是针对异步SRAM进行时序约束分析。现在讨论下同步SRAM的时序约束分析。主要是针对时钟相移的讨论。
                                        同步SRAM即是与时钟同步运行的SRAM，其地址的提取以及数据的输出全部是与时钟同步的。本例中用的SRAM为Cypress 公司的1M x 18位的cy7c1372，包括20位地址总线，18位数据线，3为片选，1位时钟输入，1位写使能，2为字节选择，1位异步输出使能，还有一些是突发模式下用到的信号线，这里就不再介绍了。以上各个信号都是基于时钟的上升沿被采样的。可见对于同步SRAM的时序约束分析，主要还是对时钟相移的约束，时钟相移约束好了，其他的可以根据时序分析结果报告，稍微的修改约束下就好了。本例为SRAM的普通读写模式，其时序图如下：
         
                                                               图1  SRAM读写时序图
                图片不是很清楚，可以参考datasheet, 其中tAS , tAH为地址的建立保持时间，tDS ，tDH为数据的建立保持时间 。 tCO 为时钟上升沿触发后，有效数据输出延时时间。tDOH 为时钟上升沿触发后，当前数据的保持时间。
                本例中工作时钟为50MHz。时序余量还是比较大的。首先分析往SRAM里面写数据，这种情况下，其信号路径还是比较简单的，在FPGA里同时产生地址和数据信号，再放送给SRAM，其模型如下：
         
                                                                        图2  写SRAM模型

        只要保证以下两个公式成立就可以了：
          (sram_CLK 相对于 sys_CLK 的相移 + td_clk + sram_CLK)-(tco+tdelay+t_ext)< tAS 和 tDS

         (sram_CLK 对于sys_CLK 的相移 + td_clk + sram_CLK+Tclk)-(tco+tdelay+t_ext)> tAH 和 tDH
        其中Tclk为时钟周期。这里为20ns。
                 由以上两个公式容易看出，sram_CLK相对于sys_CLK的相移应该为负，既sram_CLK比sys_CLK要晚点触发。由于时钟周期高达20ns，所以以上两个公式还是很容易满足的。在没有做别的约束下，只设个偏移值，基本上在2ns和18ns的偏移情况下都能满足要求。当然具体情况下会有点区别。
        再分析下读取SRAM数据的情况。建立一个读模型的时序图：
         
                                                                               图3 读SRAM数据模型

                 其中READ1，READ2，READ3是系统时钟sys_CLK触发的，R1，R2，R3是供给外部SRAM的时钟sram_CLK触发的。根据图1 SRAM读写时序图，可以看出sram在读信号触发后，延时两个时钟周期，数据线上才有数据，这时候FPGA才可以去读取数据。
                根据图3，在R1处触发读sram数据，只有在R3处，数据才有效。而相对于FPGA，读有效数据并不一定出现在READ3处，这里就要看这个相移。要满足FPGA可以在READ3处读取数据，必须下面公式：
        相移 + Tco + t_ext + FPGA内部的一些走线延时 + FPGA内部寄存器建立时间< Tclk
        相移 + Tdoh > t_ext + FPGA内部的一些走线延时 + FPGA内部寄存器建立时间

                 可见相移不能太大，也不能太小，太大太小都不能在READ3处读取到正确的数据。具体值可以通过上面两个公式可以得出，由于写SRAM的时序余量比较大，满足上面两公式的相移值，基本上也能满足写SRAM的时序要求。FPGA内部的一些走线延时是通过对I0进行时序约束得到的。这个以后有时间再讨论。