Cyclone III, констрейны Опции

[Sprite]

Доброго дня всем!

Есть модуль ПИ-регулятора, проект собирается на cyclone III, таймквест ругается, выдает слаки.

Код:

Код

module pid
(
    input     clk,
    input     use_pid,                //Если 1 - включается ПИД-регулятор, иначе выдаем pwm_cur = pwm_fixed
    input     [24:0] pwm_fixed,        //Фиксированное значение ШИМ (используется при use_pid=0)
    input     start_pulse,            //Импульс начала вычислений
    input     [11:0] ADC_REF,            //АЦП уставки, max:  4096 (12 bit)
    input     [11:0] ADC_FAKT,        //АЦП фактическое, max:  4096 (12 bit)
    input     [15:0] Ki,                //Интегральный коэффициент
    input     [15:0] Kp,                //Пропорциональный коэффициент
    input     [24:0] pwm_min,            //Минимальная граница ШИМ
    input     [24:0] pwm_max,            //Макчимальная граница ШИМ    
    
    output     reg [24:0] pwm_cur,        //Выходное значение ШИМ
    output     reg is_pwm_max,            //Если 1 - то ШИМ максимальный
    output     end_pulse                //Импульс окончания вычислений
);
    reg signed [25:0] I_reg;
    reg signed [26:0] F_reg;
    reg signed [24:0] I_prev_reg;
    reg [24:0] pwm_fixed_reg;
    reg [1:0] F_limits_reg;
    reg [1:0] I_limits_reg;
    reg [11:0] adc_ref_reg;
    reg [11:0] adc_fakt_reg;
    reg signed [12:0] err_reg;
    reg [9:0] Kp_reg;
    reg [9:0] Ki_reg;
    
    initial
    begin
        I_prev_reg = 25'd1000;
        is_pwm_max = 0;
        pwm_cur = 0;
    end
    
    
    wire [1:0] w_F_limits;
    wire [1:0] w_I_limits;
    wire signed [25:0] w_I;
    wire signed [23:0] w_P;
    wire signed [26:0] w_F;
    wire signed [12:0] w_err;
    wire w_start_pulse2;
    wire w_start_pulse3;
    wire w_start_pulse4;
    wire w_start_pulse5;    
    wire w_start_pulse6;
    //---------------------------------
    // PID-calculating
    //---------------------------------
    assign w_err =$signed({1'b0, ADC_REF}) - $signed({1'b0, ADC_FAKT});        //max: 13 bit
    assign w_I = use_pid? ($signed({1'b0, Ki_reg}) * err_reg + I_prev_reg) : ($signed({1'b0, pwm_fixed_reg}));    //max: (10+1) * 13 + 25 = 26 bit
    assign w_P = $signed({1'b0, Kp_reg}) * err_reg;                            //max: (10+1) * 13 = 24 bit
    assign w_F = use_pid? (w_I + w_P) : ($signed({1'b0, pwm_fixed_reg}));        //max: 26 + 24 = 27 bit;
    assign w_F_limits[0] = (w_F < $signed({1'b0, pwm_min}))? 1'b1 : 1'b0;
    assign w_F_limits[1] = (w_F > $signed({1'b0, pwm_max}))? 1'b1 : 1'b0;
    assign w_I_limits[0] = (w_I < $signed({1'b0, pwm_min}))? 1'b1 : 1'b0;
    assign w_I_limits[1] = (w_I > $signed({1'b0, pwm_max}))? 1'b1 : 1'b0;

    //============================================
    delay            delay1(.in(start_pulse),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse2));
    delay            delay2(.in(w_start_pulse2),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse3));
    delay            delay3(.in(w_start_pulse3),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse4));
    delay            delay4(.in(w_start_pulse4),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse5));        
    delay            delay5(.in(w_start_pulse5),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse6));                            
    delay            delay6(.in(w_start_pulse6),
                        .clk(clk),
                        .out(end_pulse));                            
    
    //============================================
    always @ (posedge clk)
    begin
        //========================================
        // Начало вычислений, захватываем входные данные
        //========================================
        if (start_pulse)
            begin
                Ki_reg = Ki[9:0];
                Kp_reg = Kp[9:0];
                err_reg <= w_err;
                pwm_fixed_reg <= pwm_fixed;
            end
        //========================================
        // Даем 3 такта на вычисления, помещаем результат в регистры
        //========================================    
        else if (w_start_pulse4)
        begin
            I_reg <= w_I;
            F_reg <= w_F;
            I_limits_reg <= w_I_limits;
            F_limits_reg <= w_F_limits;
        end
        //========================================
        // Выдаем результат, учитывая ограничения
        //========================================
        else if (w_start_pulse5)        
        begin
            //Ограничиваем выходное воздействие
            case (F_limits_reg)
                2'b01:        
                    begin
                        pwm_cur <= pwm_min;
                        is_pwm_max <= 0;
                    end
                2'b10:         
                    begin
                        pwm_cur <= pwm_max;
                        is_pwm_max <= 1;
                    end
                default:    
                    begin
                        pwm_cur <= F_reg[24:0];
                        is_pwm_max <= 0;
                    end                        
            endcase
            //Ограничиваем интегральную составляющую
            case (I_limits_reg)
                2'b01:        I_prev_reg <= pwm_min;
                2'b10:         I_prev_reg <= pwm_max;
                default:    I_prev_reg <= I_reg[24:0];
            endcase
        end        
    end
    //============================================
    
endmodule

Модуль delay:

Код

module delay
#(parameter WIDTH = 1)
(
    input    [WIDTH-1:0] in,
    input    clk,
    output     reg [WIDTH-1:0] out
);

always @(posedge clk)
   out <= in;

endmodule

Идея такова: в момент прихода стартового импульса (start_pulse) происходит захват входных значений в регистры, цепочка из элементов delay производит задержку входного сигнала на 6 тактов для того, чтобы вся эта "колбаса" успела посчитаться к моменту выдачи импульса завершения (end_pulse).
Таймквест выдает ошибки:

Но регистр err_reg захватывается на 3 такта раньше чем производится вычисление F_reg, неужели 3 такта недостаточно для умножения?
Файл констрейнов:

Код

derive_clock_uncertainty
create_clock -name clk -period 36.1MHz [get_ports {clk}]
create_generated_clock -name clk_216MHz -source [get_ports {clk}] -multiply_by 6 [get_nets {pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|wire_pll1_clk[0]}]
create_generated_clock -name clk_adc -source [get_ports {clk}] -divide_by 17 -multiply_by 15 [get_nets {pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|wire_pll1_clk[1]}]
set_false_path -from pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|pll1|clk[1] -to adc_inst:adc_inst1|sync:sync_adc|sync[0]

Какие констрейны прописать для устранения ошибок?
Заранее спасибо!

[nice_vladi]

Код

    delay            delay1(.in(start_pulse),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse2));
    delay            delay2(.in(w_start_pulse2),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse3));
    delay            delay3(.in(w_start_pulse3),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse4));
    delay            delay4(.in(w_start_pulse4),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse5));        
    delay            delay5(.in(w_start_pulse5),
                        .clk(clk),
                        .out(w_start_pulse6));                            
    delay            delay6(.in(w_start_pulse6),
                        .clk(clk),
                        .out(end_pulse));

Вот это прям сильно) Зачем на такую простую операцию столько модулей? На мой взгляд - лишняя писанина... все это можно заменить парой строк:

Код

    reg   [4:0] shft_reg;

        shft_reg <= shft_reg << 1 | start_pulse; // либо shft_reg <= {shft_reg[3:0], start_pulse}; /*мне так больше нравится*/

И, если сильно хочется, можно этот сдвиговый регистр утащить в отдельный модуль. При таком описании в качестве сигналов разрешения (w_start_pulsе...) будут использоваться биты сдвигового регистра (shft_reg[...]).

Но регистр err_reg захватывается на 3 такта раньше чем производится вычисление F_reg, неужели 3 такта недостаточно для умножения?

Не понятно, как компилятор развел умножители - возможно, и не хватает. Я бы попробовал утащить в симуляцию и там посмотреть-отладить. А так же для умножения пользовал бы корки от производителя. Их использование хотя бы гарантирует, что компилятор разведет блоки так, как вы зададите в настройках этой корки (пайплайны и все такое).

Код

derive_clock_uncertainty
create_clock -name clk -period 36.1MHz [get_ports {clk}]
create_generated_clock -name clk_216MHz -source [get_ports {clk}] -multiply_by 6 [get_nets {pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|wire_pll1_clk[0]}]
create_generated_clock -name clk_adc -source [get_ports {clk}] -divide_by 17 -multiply_by 15 [get_nets {pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|wire_pll1_clk[1]}]
set_false_path -from pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|pll1|clk[1] -to adc_inst:adc_inst1|sync:sync_adc|sync[0]

Я бы описал входные клоки (опорные):
create_clock -name clk -period 36.1MHz [get_ports {clk}]

И потом командой создаются все клоки PLL:
derive_pll_clocks

Для удобства и красоты им можно присвоить имена:
set clk_216MHz pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|pll1|clk[0]
set clk_adc pll_ena_inst1|pll1|altpll_component|auto_generated|pll1|clk[1]

А еще стоит открыть handbook на вашу модель циклона и посмотреть, сколько максимальная частота работы умножителей. Может быть, они не умеют в 216 МГц.

[Flip-fl0p]

Особо в код не вникал, но если у вас данные меняются каждые 3 такта - то для того, чтобы подсказать это синтезатору обычно применяют мультициклы:

Код

set_multicycle_path

Ибо по-умолчанию анализатор считает что данные меняются каждый такт.

[Maverick]

TC, если интересно може посмотреть описание на vhdl, правда

[Flip-fl0p]

Еще чуть добавлю. Очень неплохо было бы если бы автор темы сообщал решил ли он проблему или нет. И как он решил возникшую проблему.
Ведь форум - это не только место где могут помочь, подсказать и дать пинка в верном направлении, но также это хорошая база знаний, где можно найти решение проблемы, если она встречалась ранее

[Sprite]

Спасибо за оперативные ответы!
Извиняюсь, что пишу так поздно. Проблема была в невыставленном set_multicycle_path. Я почему то полагал, что TimeQuest чуть умнее и сам додумается, т.к. вычисления разнесены по цепочке D-триггеров, но как выяснилось - нужно все прописывать самому. Пришлось добавить целую портянку кода:

Код

set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM3} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM3} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM5} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM5} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[24]_OTERM217} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[24]_OTERM217} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM235} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM235} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM153_OTERM223_OTERM251} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM153_OTERM223_OTERM251} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM155_OTERM221_OTERM239_OTERM299} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM155_OTERM221_OTERM239_OTERM299} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM281} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM281} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM287} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM287} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM291} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM291} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM295} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[*]_OTERM295} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|I_limits_reg[0]_OTERM13_OTERM215_OTERM233_OTERM275} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|I_limits_reg[0]_OTERM13_OTERM215_OTERM233_OTERM275} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM149_OTERM227_OTERM247_OTERM307} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM149_OTERM227_OTERM247_OTERM307} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM149_OTERM227_OTERM245_OTERM303} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[0]_OTERM7_OTERM149_OTERM227_OTERM245_OTERM303} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[12]_OTERM325} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|F_reg[12]_OTERM325} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|I_limits_reg[0]_OTERM13_OTERM215_OTERM233_OTERM273} -setup -end 4
set_multicycle_path -from {pid:pid1|Ki_reg[*]} -to {pid:pid1|I_limits_reg[0]_OTERM13_OTERM215_OTERM233_OTERM273} -setup -end 4

Ситуация выправилась, но осталась куча слаков по Hold, вот один из них:


Если я правильно понимаю, то Hold time (th) - это время, которое сигнал должен удерживаться после фронта clk приёмника. Как понимать эту диаграмму? Данные (Data Arrival) пришли раньше фронта Latch clock, что не так?

[Sprite]

Задам вопрос по другому. Есть 1 общий клок и цепочка D-триггеров:



В момент прихода импульса на первый триггер (1) в регистры заносятся некоторые данные, например err_reg[]. Далее с ними проводятся манипуляции (сложение/умножение/сравнение) и к моменту поступления импульса на шестой триггер (6) берется результат (F_limits_reg[]). Периодичность поступления импульсов на цепочку триггеров намного больше 6.
Как правильно описать данный констрейн с помощью set_multicycle_path?
Делаю так:

Код

set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|F_limits_reg[*]*} -setup -end 6

На картинке снизу изображения временного отчета по setup(слева) и hold(справа).


По setup все более-менее понятно: мы указываем когда защелкиваются данные, соответственно сами данные должны прибыть ДО Latch-фронта.
А вот с hold не знаю что делать, смысл его для меня пока загадка. Из каких соображений определяется констрейн для hold?

[Sprite]

Вобщем посмотрел Time-report простейшей цепи и сделал вывод: setup и hold отстают друг от друга на один такт. В моем случае - та же простейшая цепь с одним клоком, просто данные захватываются с задержкой в 6 тактов. Поставил hold-time на 1 меньше setup и варнинги пропали. Осталось легкое недопонимание относительно hold(

Код

set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|I_limits_reg[*]*} -hold -end 6
set_multicycle_path -from {pid:pid1|err_reg[*]} -to {pid:pid1|I_limits_reg[*]*} -setup -end 7

[_Anatoliy]

Всё правильно, разница в один такт должна быть.Здесь смотрели?

Прикрепленные файлы

 Multicycles_explained_v1.0.pdf ( 481.14 килобайт ) Кол-во скачиваний: 36

 

[Sprite]

_Anatoliy, спасибо большое!
Посмотрю обязательно!

[Sprite]

Спасибо всем, кто принимал участие в обсуждении!
Все получилось, остался один вопрос: при компиляции проекта выдается ограничение по частоте в 200Мгц:


Где именно ограничивается минимальный период и можно ли это поправить?

[Flip-fl0p]

Спасибо всем, кто принимал участие в обсуждении!
Все получилось, остался один вопрос: при компиляции проекта выдается ограничение по частоте в 200Мгц:


Где именно ограничивается минимальный период и можно ли это поправить?

Лучше читать описание к микросхеме.
Тут у Вас либо ограничение клокового дерева, либо применяется какой-то блок, который имеет ограничение в 200 Mhz. Например, очень частым блоком, ограничивающим максимальную частоту является блок памяти.
Первая цифра максимальной частоты в проекте (Fmax) - это максимальная теоретическая частота для конкретного проекта на конкретной FPGA без учёта ограничений на спец блоки, и клоковое дерево. Вторая цифра (restricted Fmax - максимальная частота с учетом ограничения на спец блоки и клоковое дерево).
Приведу простой пример: если создать небольшой сдвиговый регистр на триггерах, у него Fmax может показать под 800 Mhz. Но restricted Fmax будет например 400 Мгц.
Т.е триггеры могли бы и на 800 Мгц щелкать. Но клоковое дерево выше 400 Мгц через себя не пропустит.
Иными словами: максимальная частота проекта - это меньшее из этих значений (Fmax и restricted Fmax).

[Sprite]

Лучше читать описание к микросхеме.
Тут у Вас либо ограничение клокового дерева, либо применяется какой-то блок, который имеет ограничение в 200 Mhz. Например, очень частым блоком, ограничивающим максимальную частоту является блок памяти.
Первая цифра максимальной частоты в проекте (Fmax) - это максимальная теоретическая частота для конкретного проекта на конкретной FPGA без учёта ограничений на спец блоки, и клоковое дерево. Вторая цифра (restricted Fmax - максимальная частота с учетом ограничения на спец блоки и клоковое дерево).

Иосиф Григорьевич, спасибо!
Все ясно и понятно! Тему можно считать закрытой.

[Flip-fl0p]

Иосиф Григорьевич, спасибо!
Все ясно и понятно! Тему можно считать закрытой.

Вы меня перепутали с многоуважаемым iosifk

[Sprite]

Вы меня перепутали с многоуважаемым iosifk

Прошу прощения Но за советы все равно спасибо!