1．约束文件的概念
FPGA设计中的约束文件有3类：
用户设计文件（.UCF文件）、
网表约束文件（.NCF文件）、
物理约束文件（.PCF文件）；
可以完成时序约束、管脚约束以及区域约束。
3类约束文件的关系为：
用户在设计输入阶段编写UCF文件，然后UCF文件和设计综合后生成NCF文件，最后再经过实现后生成PCF 文件。
本节主要介绍UCF文件的使用方法。
UCF文件是ASC 2码文件，描述了逻辑设计的约束，可以用文本编辑器和Xilinx约束文件编辑器进行编辑。
NCF约束文件的语法和UCF文件相同，二者的区别在于： UCF文件由用户输入，NCF文件由综合工具自动生成，
当二者发生冲突时，以UCF文件为准，这是因为UCF的优先级最高。PCF文件可以分为两个部分：
一部分是映射产生的物理约束，另一部分是用户输入的约束，同样用户约束输入的优先级最高。
一般情况下，用户约束都应在UCF文件中完成，不建议直接修改 NCF文件和PCF文件。
2.UCF文件的语法说明
UCF文件的语法为：
{NET|INST|PIN} "signal_name" Attribute;
其中
“signal_name”是指所约束对象的名字，包含了对象所在层次的描述；
“Attribute”为约束的具体描述；语句必须以分号“；”结束。可以用“#”或“/* */”添加注释。
需要注意的是：UCF文件是大小写敏感的，信号名必须和设计中保持大小写一致，但约束的关键字可以是大写、小写甚至大小写混合。
在UCF文件中描述管脚分配的语法为：
NET “端口名称” LOC = 引脚编号;
例如： NET "CLK" LOC = P30; “CLK”就是所约束信号名，LOC = P30；是约束具体的含义，将CLK信号分配到FPGA的P30管脚上。
通配符: 在UCF文件中，通配符指的是“*”和“?”。“*”可以代表任何字符串以及空，“?”则代表一个字符。
在编辑约束文件时，使用通配符可以快速选择一组信号，当然这些信号都要包含部分共有的字符串。例如：
NET "*CLK?" FAST;
将包含“CLK”字符并以一个字符结尾的所有信号，并提高了其速率。
在位置约束中，可以在行号和列号中使用通配符。例如：
INST "/CLK_logic/*" LOC = CLB_r*c7;
把CLK_logic层次中所有的实例放在第7列的CLB中。
3. 约束
3.1 管脚约束：
最简单的应用主要是位置约束LOC，和电平标准IOSTANDARD
NET CLK_27MHZ_FPGA LOC="AG18"; # Bank 4, Vcco=3.3V, No DCI
NET CLK_33MHZ_FPGA LOC="AH17"; # Bank 4, Vcco=3.3V, No DCI
NET CLK_FPGA_N LOC="K19"; # Bank 3, Vcco=2.5V, No DCI
fpga_0_SysACE_CompactFlash_SysACE_MPA_pin<5> IOSTANDARD = LVCMOS33;
3.2 时序约束：
1）周期约束
PERIOD约束是一个基本时序和综合约束，它附加在时钟网线上，时序分析工具根据PERIOD约束检查时钟域内所有同步元件的时序是否满足要求，它将检查与同步时序约束端口相连接的所有路径的延迟，但是不会检查PAD到寄存器的路径。
附加时钟周期约束的首选方法（Preferred Method）语法如下：
TIMESPEC “TSidentifier” = PERIOD “TNM_reference” period {HIGH|LOW} [high_or_low_time]
其中“[]”内为可选项，“{}”为必选项，参数period为要求的时钟周期，可以使用ps、ns、us或者ms等单位，大小写都可以，缺省单位为ns。
HIGH|LOW关键词指出时钟周期里的第一个脉冲是高电平还是低电平，而high_or_low_time为脉冲的延续时间，缺省单位也是ns，如果不提供该项，则缺省占空比为50%。
TIMESPEC是一个基本时序相关约束标识，表示本约束为时序规范。
TSidentifier包括字母TS和一个标识符identifier（为ASCII码字符串）共同组成一个时序规范。
例如定义时钟周期约束时，首先在时钟网线clk上附加一个TNM_NET约束，把clk驱动的所有同步元件定义为一个名为sys_clk的分组，
然后使用TIMESPEC约束定义时钟周期。
NET “clk” TNM_NET=”sys_clk”;
TIMESPEC “TS_sys_clk”= PERIOD “sys_clk” 50 HIGH 30;
而定义派生时钟的语法如下：
TIMESPEC “TSidentifier_2”=PERIOD “timegroup_name” “TSidentifier_1” [*or/] factor PHASE [+|-] phase_value [units];
其中TSidentifier_2为要定义的派生时钟，TSidentifier_1为已经定义的时钟，factor指出两者周期的辈出关系，是一个浮点数。
phase_value指出两者之间的相位关系，为浮点数。例如：
定义主时钟clk0：
TIMESPEC “TS01” = PERIOD “clk0” 10.0 ns;
定义派生时钟clk180，其相位与主时钟相差180°：
TIMESPEC “TS02” = PERIOD “clk180” TS01 PHASE + 5.0 ns;
定义派生时钟clk180_2,其周期为主时钟的1/2，并延迟2.5ns：
TIMESPEC “TS03” = PERIOD “clk180_2” TS01 /2 PHASE + 2.5 ns;
2)偏移约束
偏移约束规定了外部时钟和数据输入输出引脚之间的时序关系，只用于与PAD相连的信号，不能用于内部信号。
使用该约束可以为综合实现工具指出输入数据到达的时刻，或者输出数据稳定的时刻，从而在综合实现中调整布局布线过程，使正在开发的FPGA/CPLD的输入建立时间以及下一级电路的输入建立时间满足要求。
基本语法如下：
OFFSET = {IN|OUT} “offset_time” [units] {BEFORE|AFTER} “clk_name” [TIMEGRP “group_name”];
其中
{IN|OUT}说明约束的是输入还是输出，
offset_time为FPGA引脚数据变化与有效时钟沿之间的时间差，
BEFORE|AFTER说明该时间差在有效时钟沿的前面还是后面，
TIMEGRP “group_name”定义了约束的触发器组，缺省时约束该时钟驱动的所有触发器。
OFFSET根据芯片外围电路的时序特性约束了内部延时。
OFFSET_IN 约束输入信号
OFFSET_IN_AFTER：输入信号（in）在时钟后（after）多长时间进入芯片。
OFFSET_IN_BEFORE：输入信号（in）在时钟前（before）多长时间进入芯片。
显然 CLOCK = OFFSET_IN_AFTER + OFFSET_IN_BEFORE。
OFFSET_IN_AFTER 反映的是外围电路的时序特性，我们无法左右。
OFFSET_IN_BEFORE 是留给芯片的时序余量。PAR的目的就是要满足这个余量，不得超过。
OFFSET_OUT 约束输出信号
OFFSET_OUT_AFTER：输出信号（out）在时钟后（after）多长时间输出芯片。
OFFSET_OUT_BEFORE：输出信号（out）在时钟前（before）多长时间输出芯片。
显然 CLOCK = OFFSET_OUT_AFTER + OFFSET_OUT_BEFORE。
OFFSET_OUT_BEFORE 反映的是外围电路的时序特性，我们无法左右。
OFFSET_OUT_AFTER 是留给芯片的时序余量。PAR的目的就是要满足这个余量，不得超过。
例
OFFSET = IN 10 ns BEFORE "i_ref_clk";
NET “Q_OUT” OFFSET=OUT 15.0 BEFORE “CLK_SYS”;
说明：第二个例子好理解，第一个例子没有指明对象，表示所有受到“i_ref_clk”约束的信号都被施加了该约束
3）分组约束
使用TNM（Timing Name）约束可以选出构成一个分组的元件，并赋予一个名字，以便给它们附加约束。
TNM_NET（timing name for nets）约束只加在网线上，其作用与TNM加在网上时基本相同，即把该网线所在路径上的所有有效同步元件作为命名组的一部分。
不同之处在于当TNM约束加在PAD NET上时，TNM的值将被赋予PAD，而不是该网线所在的路径上的同步元件，即TNM约束不能穿过IBUF。而用TNM_NET约束就不会出现这种情况。
TNM是Timing Name的缩写，是一种grouping约束，用于把若干信号组合成一个特定的组以施加相同的约束。例如
INST "o_dbg_out[0]" TNM = "dbg_out";
INST "o_dbg_out[1]" TNM = "dbg_out";
......
INST "o_dbg_out[63]" TNM = "dbg_out";
采用该方法后一些列信号都被列入名为“dbg_out”的组合。然后可以统一施加约束。如
TIMESPEC "TS_FFS_2_dbg_out" = FROM "FFS" TO "dbg_out" TIG;
4）专门约束
附加约束的一般策略是首先附加整体约束，例如PERIOD、OFFSET等，然后对局部的电路附加专门约束，这些专门约束通常比整体约束宽松， 通过在可能的地方尽量放松约束可以提高布线通过率，减小布局布线的时间。
FROM_TO约束在两个组之间定义时序约束，对两者之间的逻辑和布线延迟进行控制，这两个组可以是用户定义的，也可以是与定义的。
用户可以使用TNM_NET、TNM和TIMEGRP定义组，而与定义组主要包括FFS、LATCHES、PADS和RAMS等。语法如下：
TIMESPEC “TSname” = FROM “group1” TO “group2” value;
其中value为延迟时间，可以使具体数值或表达式。
MAXDELAY约束定义了特定网线上的最大延迟，其语法如下：
NET “net_name” MAXDELAY = value units;
TIG是Timing IGnore的缩写。表示忽略该对象上的时序约束。例如
NET “RESET” TIG=TS_fast, TS_even_faster;
表示对RESET信号，时序约束TS_fast和TS_even_faster无效。
关于from to 的约束是一个比较实用，也比较好用的约束。 尤其在跨时钟域处理中的应用，特别有效。
举例： 设计中有两个时钟，一个是PLL的输入，一个是PLL的输出，并且两者为异步形式，当设计中有数据在该两个时钟域中传递时，又没有用到fifo隔离，那么这个使用就需要用这个约束。
TIMEGRP "tg_from" = RISING "PLL_IN" ;
TIMEGRP "tg_to" = RISING "PLL_OUT" ;
TIMESPEC "TS_CLK" = FROM "PLL_IN" TO "PLL_OUT" TIG;
TIMESPEC "TS_CLK" = FROM "PLL_OUT" TO "PLL_IN" TIG;
这样工具就不会对该两个跨时钟路径就不会分析了。
如果不加这个约束，时序会比较紧，很容易造成其它模块的时序过不去。
来源：少壮要努力的博客 |
