本篇博文中的分析是根據客戶真實問題撰寫的，該客戶發現即使時序已得到滿足的情況下，硬件功能仍出現錯誤。最后發現，問題與時鐘域交匯 (Clock Domain Crossing) 有關，因此，本篇博文介紹了如何調試設計中的時鐘域交匯問題。

問題說明：

在此設計中，用戶生成了比特流并將其用于器件編程，在硬件上進行測試時，用戶發現少量時鐘域上無法獲得期望的功能。

用戶對行為仿真和實現后仿真進行了測試，發現信號上可得到正確的結果。

同時，這些用戶未發現任何種類的時序違例，所有值均為正值，如“設計時序匯總 (Design Timing Summary)” 中所示。

注：您可使用以下選項自行檢查設計的時序匯總信息：

■ 在 Vivado GUI 中，轉至“報告 (Reports)”選項卡 ->“時序 (Timing)”->“時序匯總報告 (Report Timing Summary)”

■運行以下 Tcl 命令：

report_timing_summary -file /timingreport.txt

根本原因：

硬件功能問題背后可能存在多種原因。

包括缺少時鐘域交匯 (CDC) 同步器、時鐘拓撲欠優化、時鐘結構中使用了組合邏輯、亞穩態以及經典的未約束路徑問題。

要檢查與時鐘/架構/CDC 等相關的警告/嚴重警告，可使用方法論報告。

要在 Vivado GUI 中打開方法論報告，請轉至“報告 (Report)”選項卡 ->“方法論報告 (Report Methodology)”，或者在 Tcl 控制臺 (Tcl console) 中，使用 report_methodology。

報告打開后，您可能會看到幾條與設計相關的警告和嚴重警告，需您進行檢查。

在此示例中，報告中顯示了幾條警告，這些警告與 CDC 相關的錯誤實踐有關（這些警告的 ID 為 Timing-9 和 Timing-10），如下所示。

這些警告聲稱工具經由約束語句（例如，set_false_path 或 set_clock_groups）的使用，在 2 個時鐘域之間檢測到一個或多個異步時鐘域交匯。

但它在捕獲時鐘端未找到任何雙寄存器邏輯同步器。因此，它建議用戶運行 report_CDC 并對這些 CDC 路徑執行進一步分析。

要在 Vivado GUI 中打開 CDC 報告，請轉至“報告 (Report)”選項卡 -> “時序 (Timing)”->“CDC 報告 (Report CDC)”。或者，您可在 Tcl 控制臺中運行 report_cdc 命令。

請參閱 (UG906) 以獲取有關閱讀此 CDC 報告的詳細指南。

CDC 報告顯示在發生硬件功能錯誤的時鐘域內存在不安全的未知 CDC 端點（如下所示）。請參閱 (UG906) 以了解此報告命名法。

如何解決這些警告/嚴重警告？

1) (UG906)包含有關這些警告以及其它時序方法論檢查的詳細說明。請詳查其中提供的示例，以理解每一項警告及其根本原因。您可通過添加適當的同步電路（通過修改 RTL 或者使用賽靈思可參數化宏 (XPM)）來相應改善設計。

2) 您可能還需要相應添加或修改約束，或者在 RTL 源代碼中為 CDC 端點添加 ASYNC_REG 屬性。（您還可參閱(UG906)以便詳細了解 CDC 拓撲結構。）

3) 對于偽靜態寄存器接口，最好將 CDC 接口豁免，而不是對其進行過度設計。

如需獲取有關豁免以及如何創建豁免的更多信息，請參閱 (UG906)。

注：偽靜態 CDC 寄存器接口為包含近似靜態的配置寄存器的 CDC 路徑。這些路徑初始化后可能不再改變，或者可能僅改變 1 次，因此用戶幾乎可以將其看作是靜態的。

結論

對 CDC 路徑完成必要修改后，客戶得以成功通過硬件的功能測試。

　　審核編輯：湯梓紅