Процесс построен не так После трассировки программист получает от PCB-дизайнера бумажку с получившимися задержками и пляшет уже от нее.
Ну не дело это для программиста - рассчитывать задержки. В идеале он видит максимум электрическую схему.

Вся беда только в одном - Вы, как программист, оперируете дискретными временными отрезками (период между фронтами), а жизнь не настолько детерминирована.
Поэтому присоединюсь к совету сделать синхронный проект, в котором будут отслеживаться уровни данных, а также фронт тактового сигнала интефейса, и лишь затем производить остальные операции сдвига и тп.

Отнюдь. От подобного отучаешься за первые пару лет погружения в работу, особенно если нет мешающего багажа из компьютерного программирования.
Просто и в первом, и во втором подходе будут и свои плюсы, и свои минусы, проявляющиеся в разных местах. И от разработчика зависит, с чем у него больше душа лежит. Мне больше импонирует разбираться с пересинхронизацией исключительно внутренних сигналов ПЛИСа.