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xilinx FPGA IOB约束使用以及注意事项

一、什么是IOB约束

在xilinx FPGA中，IOB是位于IO附近的寄存器，是FPGA上距离IO最近的寄存器，同时位置固定。当你输入或者输出采用了IOB约束，那么就可以保证从IO到达寄存器或者从寄存器到达IO之间的走线延迟最短，同时由于IO的位置是固定的，即存在于IO附近，所以每一次编译都不会造成输入或者输出的时序发生改变。

二、为什么要使用IOB约束

考虑一个场景，当你用FPGA写了一个spi模块，将时钟、片选和数据线绑定到FPGA的IO管脚，如果没有加IOB约束的话，综合工具在布局布线的时候直接将FPGA内部寄存器输出连到IO上，但是这样存在一定的问题，每次修改逻辑重新编译的时候，输出寄存器的位置有可能发生改变，那么从寄存器输出到IO之间的布线长度就会发生变化，造成寄存器输出到达IO之间的走线延迟发生改变，每一次编译都会使得spi的输出时序不确定。

为了解决这个问题，需要加入IOB约束，将模块输出端口的最后一级寄存器放在IOB上，这样最后一级输出的寄存器位置就固定下来了，每次编译都不会造成输出时序发生改变。

IOB约束使用方法如下：

1、在约束文件中加入下面约束：

set_property  IOB true [get_ports {port_name}]
set_property  IOB true [get_cells {cell_name}]
           

2、直接在代码中加约束，在寄存器前加入下面约束,需要注意的是，对于输入IOB约束，这里的寄存器是第一级寄存器，对于输出IOB约束，这里的寄存器是最后一级寄存器，且寄存器输出不能再作为组合逻辑输入。

（* IOB = "true" *) reg  O_data;
           

三、IOB约束使用注意事项

对于输出IOB约束，在使用的时候有一些限制：

1、约束的端口必需是寄存器输出，这点比较好理解，因为IOB约束本质上是约束最后一级寄存器的位置，将最后一级寄存器的位置放在IOB上，而不是增加一级寄存器。所以你必须要是寄存器输出，才能进行IOB约束，这是前提。

2、最后一级寄存器的输出不能再作为输入反馈到内部逻辑中，必需是开路的。举个例子，比如如下代码：

always @ (posedge clk)
	begin
		if(cnt == 2'b1 || cnt == 2'b3)
			spi_clk <= ~spi_clk;
		else
			spi_clk <= spi_clk;
	end
           

上面描述了一个分频器，当计数器cnt为1和3的时候spi_clk翻转，那这个时候spi_clk就是一个输出又作为输入反馈到内部的寄存器，得到的综合结果如下图：

由于需要将寄存器的输出作为输入其他逻辑的输入，这种情况下是无法将spi_clk寄存器放到IOB上的，因为IOB的输出直接对接IO，无法再作为输入反馈到内部逻辑。

所以可以将spi_clk输出再加一级寄存器，将加入的寄存器放到IOB上，相应的需要对时序做出一定的调整，和sip_clk有时序关系的都需要打一拍以保持同步。