xilinx FPGA IOB約束使用以及注意事項

一、什么是IOB約束

在xilinx FPGA中，IOB是位于IO附近的寄存器，是FPGA上距離IO最近的寄存器，同時位置固定。當你輸入或者輸出采用了IOB約束，那么就可以保證從IO到達寄存器或者從寄存器到達IO之間的走線延遲最短，同時由于IO的位置是固定的，即存在于IO附近，所以每一次編譯都不會造成輸入或者輸出的時序發生改變。

二、為什么要使用IOB約束

考慮一個場景，當你用FPGA寫了一個spi模塊，將時鐘、片選和數據線綁定到FPGA的IO管腳，如果沒有加IOB約束的話，綜合工具在布局布線的時候直接將FPGA內部寄存器輸出連到IO上，但是這樣存在一定的問題，每次修改邏輯重新編譯的時候，輸出寄存器的位置有可能發生改變，那么從寄存器輸出到IO之間的布線長度就會發生變化，造成寄存器輸出到達IO之間的走線延遲發生改變，每一次編譯都會使得spi的輸出時序不確定。

為了解決這個問題，需要加入IOB約束，將模塊輸出端口的最后一級寄存器放在IOB上，這樣最后一級輸出的寄存器位置就固定下來了，每次編譯都不會造成輸出時序發生改變。

IOB約束使用方法如下：

1、在約束文件中加入下面約束：

set_property IOB true [get_ports {port_name}]

set_property IOB true [get_cells {cell_name}]

2、直接在代碼中加約束，在寄存器前加入下面約束,需要注意的是，對于輸入IOB約束，這里的寄存器是第一級寄存器，對于輸出IOB約束，這里的寄存器是最后一級寄存器，且寄存器輸出不能再作為組合邏輯輸入。

（* IOB = "true" *) reg O_data;

三、IOB約束使用注意事項

對于輸出IOB約束，在使用的時候有一些限制：

1、約束的端口必需是寄存器輸出，這點比較好理解，因為IOB約束本質上是約束最后一級寄存器的位置，將最后一級寄存器的位置放在IOB上，而不是增加一級寄存器。所以你必須要是寄存器輸出，才能進行IOB約束，這是前提。

2、最后一級寄存器的輸出不能再作為輸入反饋到內部邏輯中，必需是開路的。舉個例子，比如如下代碼：

always @ (posedge clk)

begin

if(cnt == 2'b1 || cnt == 2'b3)

spi_clk <= ~spi_clk;

else

spi_clk <= spi_clk;

end

上面描述了一個分頻器，當計數器cnt為1和3的時候spi_clk翻轉，那這個時候spi_clk就是一個輸出又作為輸入反饋到內部的寄存器，得到的綜合結果如下圖：

由于需要將寄存器的輸出作為輸入其他邏輯的輸入，這種情況下是無法將spi_clk寄存器放到IOB上的，因為IOB的輸出直接對接IO，無法再作為輸入反饋到內部邏輯。

所以可以將spi_clk輸出再加一級寄存器，將加入的寄存器放到IOB上，相應的需要對時序做出一定的調整，和sip_clk有時序關系的都需要打一拍以保持同步。