スラック値がマイナスだとタイミング・エラー

図1は、タイミング解析の結果です。TimeQuest Timing Analyzer では、スラック値の正負によって、タイミング制約を満たすかどうかを判断します。

図1．タイミング解析レポートの一部

マス男の頭の中は、 “スラック値？がマイナスのときタイミング・エラー？？？？” でした。スラック値を理解することがとても難しかったです。下記4つのパラメータを理解することで、スラック値を理解できました。

・データ到着時間 （ Data Arrival ）

・クロック到着時間 （ Clock Arrival ）

・セットアップのデータ要求時間 （ Setup Data Required ）

・ホールドのデータ要求時間 （ Hold Data Required ）

スラック値に関する4つのパラメータについて

スラック値を理解する為に、4つのパラメータをおさえました。

データ到着時間（ Data Arrival ）

受信レジスタの D 入力にデータが到達するまでの時間。

 

図2より、（式1）を導くことができます。

図2．データ到着時間の概略図

クロック到着時間 （ Clock Arrival ）

受信側レジスタのクロック入力にクロックが到着する時間。

 

図3より、（式2）を導くことができます。

図3．クロック到着時間の概略図

セットアップのデータ要求時間 （ Setup Data Required ）

受信側レジスタが正しくデータを受け取るためには、この時間内に信号が到着する必要があります。

 

図4より、（式3）を導くことができます。

図4．セットアップデータ要求時間の概略図

ホールドのデータ要求時間 （ Hold Data Required ）

受信側レジスタが正しくデータを受け取るためには、この時間以降に信号が到着する必要があります。これより早いと、前サイクルのデータに干渉します。

 

図5より、（式4）を導くことができます。

図5．セットアップデータ要求時間の概略図

スラック値の定義式

動作周波数（ Fmax ）の定義式と上記4つのパラメータからスラック値を理解することができました。動作周波数（ Fmax ）の定義式については 『タイミング解析シリーズ1　タイミング解析の概念』 を参照下さい。

◆セットアップ・スラック

セットアップ・スラックとはセットアップのデータ要求時間が満たされるタイミング・マージン。ラッチを満たすためにデータがその時間内に到着することを保証します。

セットアップ・スラック = セットアップのデータ要求時間 － データ到着時間

ここで、（式1）（式4）を代入

= （クロック到着時間 － Tsu ）－（ 送信エッジ + TCLK1 + μTco + TdataDelay ）

ここで、（式2）を代入

=（受信エッジ + TCLK2 － Tsu ）－（ 送信エッジ + TCLK1 + μTco + TdataDelay ）

= （受信エッジ － 送信エッジ） ＋ TdataDelay ＋（TCLK2－TCLK1）－ Tsu － μTco

ここで、（式5）を代入

= 1クロック・サイクル － 1/Fmax　

※1クロック・サイクルは希望の動作周波数。1/Fmax は動作周波数の計算結果。

◆ホールド・スラック

ホールド・スラックとはホールドのデータ要求時間が満たされるタイミング・マージン。ラッチデータが別の立ち上がりエッジからのデータによって干渉されないことを保証します。また、データの突き抜けを防ぐことにもなります。

ホールド・スラック = データ到着時間 － ホールドのデータ要求時間

= 1クロック・サイクル － 1/Fmax

※1クロック・サイクルは希望の動作周波数。1/Fmax は動作周波数の計算結果。

したがって、

（式6）より、スラック値とは“実現したい動作周波数”と“実際のユーザー・デザインでの実現性を計算した動作周波数”の差分となっていました。

つまり、スラック値とは“理想”と“現実”の動作周波数のギャップなんですね～。

マス男も日々、理想と現実のギャップに直面し、奮闘しております。理想に一歩でも近づけるよう、日々精進しております！！